Lixiviimi me ultratinguj i metaleve të çmuara

Ultratingujt me fuqi të lartë janë një teknikë efektive për nxjerrjen e metaleve, si metalet e çmuara dhe tokat e rralla. Ky proces i ekstraktimit ngurtë–lëng të asistuar nga ultratingujt njihet si sono-lixiviim, lixiviim ose larje. Pajisjet industriale robuste me ultratinguj mund të instalohen lehtësisht për të lixiviuar tokat e rralla nga xeherorët, për të trajtuar suspensionet minerare për një rikuperim më të plotë ose për të ndarë metalet me vlerë të lartë (p.sh. Cu, Zn, Ni) nga metalet me vlerë më të ulët.

Lixiviimi me ultratinguj nxit reaksionin përmes transferimit të masës dhe tretjes, në mënyrë që të përftohen rendimente më të larta në një kohë më të shkurtër ekstraktimi.
Përfitimet kryesore të lixiviimit me ultratinguj janë:

• rendiment më i lartë
• lixiviim më i plotë
• konsum i reduktuar i reagentëve
• kushte më të buta
• testim i thjeshtë i fizibilitetit
• kalim linear në shkallë më të madhe
• instalim i lehtë i sistemeve me ultratinguj në shkallë të plotë tregtare
• pajisje shumë robuste me ultratinguj për rrjedha me vëllim të madh

Lixiviimi me ultratinguj i metaleve të çmuara: ekstraktim më i shpejtë përmes kimisë së kavitacionit

Rikuperimi i metaleve të çmuara, si ari, argjendi, platini, paladiumi dhe rodiumi, është një shtyllë themelore e metalurgjisë dhe riciklimit modern – veçanërisht në përpunimin e xeherorëve, koncentrateve dhe burimeve dytësore, si skrapi elektronik dhe konvertuesit katalitikë. Megjithëse lixiviimi konvencional është i konsoliduar mirë, ai shpesh kufizohet nga transferimi i ngadaltë i masës, pasivizimi i sipërfaqes, çlirimi jo i plotë i fazave me vlerë dhe konsumi i lartë i reagentëve.
Lixiviimi me ultratinguj trajton shumë prej këtyre pengesave duke futur ultratinguj me intensitet të lartë në suspensionin e lixiviimit, duke intensifikuar në mënyrë të theksuar kinetikën e reaksionit përmes një dukurie të njohur si kavitacion akustik.

Mekanizmi kryesor: kavitacioni akustik

Kur energjia e ultratingujve me fuqi të lartë transmetohet në një lëng, krijohen flluska mikroskopike kavitacioni që formohen dhe shemben me shpejtësi. Kjo shembje krijon kushte ekstreme të lokalizuara, duke përfshirë:

• mikropërzierje intensive dhe forca prerëse
• mikrorryma me shpejtësi të lartë të drejtuara ndaj sipërfaqeve të ngurta
• zona të nxehta të lokalizuara (temperatura dhe presione shumë të larta për mikrosekonda)

Megjithëse këto efekte ndodhin në shkallë mikroskopike, ato ndikojnë fuqishëm në procesin makroskopik të lixiviimit duke ripërtërirë vazhdimisht sipërfaqen reaktive dhe duke përshpejtuar transportin e reagentëve drejt grimcave të ngurta dhe larg tyre.

Lixiviimi acidik i përforcuar me ultratinguj zhvillohet me një shpejtësi dymbëdhjetë herë më të madhe se lixiviimi acidik konvencional, falë veprimit mekanik të dobishëm të flluskave të kavitacionit që shpërthejnë pranë sipërfaqes. Kjo dukuri përmirëson përzierjen e tretësirës acide, duke përmirësuar kështu vetitë e transportit.
Imazhi dhe studimi: © Canciani et al., 2024

Pse ultratingujt përmirësojnë lixiviimin e metaleve të çmuara

Në shumicën e sistemeve të lixiviimit, hapi që kufizon shpejtësinë nuk është vetë reaksioni kimik, por transporti i reaktantëve përmes shtresave kufitare, poreve ose cipave sipërfaqësore pasivizuese. Kavitacioni me ultratinguj përmirëson efikasitetin e lixiviimit përmes disa efekteve sinergjike:

1. Transferim i përmirësuar i masës
   Ultratingujt zvogëlojnë trashësinë e shtresës së palëvizshme të difuzionit që rrethon grimcat e ngurta. Kjo u mundëson agjentëve lixiviues (p.sh. cianurit, tiosulfatit, klorurit, jodurit, tiouresë ose sistemeve acidike) të arrijnë më shpejt sipërfaqen që përmban metal, ndërsa komplekset metalike të tretura largohen me më shumë efikasitet.
2. Aktivizimi i sipërfaqes së grimcave
   Mikrorrymat dhe valët goditëse të kavitacionit gërryejnë, pastrojnë dhe ashpërsojnë vazhdimisht sipërfaqet e grimcave. Kjo ekspozon faza minerale të freskëta dhe rrit sipërfaqen reaktive efektive – veçanërisht e rëndësishme për xeherorët refraktarë ose grimcat e veshura.
3. Prishja e shtresave të pasivizimit
   Shumë minerale që përmbajnë metale të çmuara formojnë shtresa sipërfaqësore gjatë lixiviimit (p.sh. okside, sulfate, squfur elementar ose cipa silici). Ultratingujt mund t’i prishin fizikisht këto barriera, duke i rikthyer agjentit lixiviues mundësinë e kontaktit me fazën metalike që ndodhet poshtë tyre.
4. Depërtim i përmirësuar në trupat e ngurtë porozë
   Për koncentratet, katalizatorët dhe grimcat e mbetjeve elektronike, ultratingujt ndihmojnë në futjen me forcë të lëngut në pore dhe mikroçarje, duke përmirësuar kontaktin e reagentëve me metalet e çmuara të përfshira brenda tyre.

Shpërndarjet e madhësisë së grimcave pas lixiviimit me ultratinguj dhe atij konvencional
Imazhi dhe studimi: © Canciani et al., 2024

Zbatimet: nga xeherorët te nxjerrja e metaleve nga mbetjet urbane

Lixiviimi me ultratinguj po studiohet gjithnjë e më shumë si për burimet parësore, ashtu edhe për ato dytësore:

• Ari dhe argjendi
  Është treguar se ultratingujt me fuqi të lartë përshpejtojnë lixiviimin e arit në cianur dhe në agjentë lixiviues alternativë duke përmirësuar transportin dhe duke eliminuar efektet e pasivizimit. Ata janë gjithashtu të rëndësishëm për rikuperimin e argjendit nga xeherorët dhe mbetjet industriale.
• Metalet e grupit të platinit (PGMs)
  Rikuperimi i platinit, paladiumit dhe rodiumit – veçanërisht nga konvertuesit katalitikë të konsumuar – shpesh mbështetet në sisteme lixiviimi me bazë kloruresh ose acidike. Ultratingujt përmirësojnë kinetikën e tretjes duke intensifikuar reaksionet sipërfaqësore dhe duke përmirësuar shpërbërjen e matricave komplekse qeramike/metalike.
• Skrapi elektronik
  Pllakat e qarqeve të stampuara dhe komponentët elektronikë përmbajnë metale të çmuara me vlerë, por paraqesin barriera të forta ndaj difuzionit për shkak të polimereve, oksideve dhe strukturave prej materialesh të ndryshme. Trajtimi me ultratinguj përmirëson njëtrajtshmërinë e lixiviimit dhe mund të zvogëlojë kohën e nevojshme të lixiviimit.
• Tokat e rralla nga hiri i qymyrit
  Hiri i qymyrit mund të përmbajë metale me vlerë dhe toka të rralla, shpesh të lidhura brenda fazave minerale ose një matrice aluminosilikate qelqore. Trajtimi me ultratinguj përmirëson kontaktin ndërmjet grimcave të hirit dhe tretësirës së lixiviimit, gjë që mund të rrisë efikasitetin e ekstraktimit dhe të shkurtojë kohën e lixiviimit.
  Lexoni më shumë rreth lixiviimit me ultratinguj të tokave të rralla nga hiri!

Përparësitë kryesore të procesit

Nga këndvështrimi i inxhinierisë së proceseve, lixiviimi me ultratinguj ofron disa përfitime të matshme:

• kohë më të shkurtra lixiviimi përmes kinetikës së përshpejtuar
• rendimente më të larta ekstraktimi falë kontaktit të përmirësuar me sipërfaqen
• konsum më i ulët i reagentëve në shumë sisteme (nevojitet më pak agjent lixiviues i tepërt)
• riprodhueshmëri e përmirësuar përmes shpërndarjes dhe përzierjes më të mirë
• temperaturë pune potencialisht më e ulët, sepse ultratingujt kompensojnë kinetikën termike më të ngadaltë

Konsiderata për procesin dhe kalimi në shkallë më të madhe

Lixiviimi i suksesshëm me ultratinguj varet shumë nga projektimi i procesit. Parametrat kritikë përfshijnë:

• dendësinë e fuqisë dhe amplitudën e ultratingujve
• përqendrimin e suspensionit dhe shpërndarjen e madhësisë së grimcave
• gjeometrinë e reaktorit dhe kushtet e rrjedhjes
• kontrollin e temperaturës
• zgjedhjen e kimisë së lixiviimit (acidike, alkaline, me klorure etj.)

Është e rëndësishme që zbatimi në shkallë industriale kërkon reaktorë me ultratinguj me fuqi të lartë të tipit me sondë, pasi sonikatorët me banjë zakonisht nuk transmetojnë energji të mjaftueshme në suspensionet e dendura të lixiviimit. Qelizat e rrjedhjes me ultratinguj të instaluara në linjë mund të integrohen në qarqe të vazhdueshme lixiviimi, duke mundësuar funksionimin në shkallë të zgjerueshme. Sonikatorët Hielscher me performancë të lartë janë ndërtuar për përpunimin e vëllimeve të mëdha në kushte kërkuese – duke rritur rendimentet e metaleve të lixiviuara dhe njëkohësisht duke reduktuar kohën e përpunimit dhe ndikimin në mjedis.

Projektim, prodhim dhe konsulencë – cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet Hielscher me ultratinguj janë të mirënjohura për standardet më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të pajisjeve tona me ultratinguj në impiantet industriale. Pajisjet Hielscher me ultratinguj përballojnë lehtësisht kushte të vështira dhe mjedise kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton vëmendje të veçantë pajisjeve me ultratinguj me performancë të lartë, që përfshijnë teknologjinë më të avancuar dhe lehtësinë e përdorimit. Sigurisht, pajisjet Hielscher me ultratinguj janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Literatura / Referencat

• Chiara Canciani, Elia Colleoni, Varaha P. Sarvothaman, Paolo Guida, William L. Roberts (2024): On the effect of cavitation on particles in leaching processes: implications to battery recycling. Environmental Advances, Volume 17, 2024.
• Wang, J.; Faraji, F.; Ghahreman, A. (2020): Effect of Ultrasound on the Oxidative Copper Leaching from Chalcopyrite in Acidic Ferric Sulfate Media. Minerals 2020, 10, 633.
• I. De La Calle, N. Cabaleiro, M. Costas, F. Pena, S. Gil, I. Lavilla, C. Bendicho (2011):
  Ultrasound-assisted extraction of gold and silver from environmental samples using different extractants followed by electrothermal-atomic absorption spectrometry. Microchemical Journal, Volume 97, Issue 2, 2011. 93-100.