Ултразвучно испирање ретких земљних елемената из пепела
Ултразвучно издвајање може повећати принос екстракције и скратити време обраде приликом опоравка ретких земних елемената из пепела. Побољшањем контакта између честица пепела и реагенаса за издвајање, ултразвук убрзава растворење и помаже у томе да вредни елементи буду доступнији. Истраживања пепела из угља показују потенцијал: истраживачи су извештавали о 97% екстракције иттријума, док је у другом истраживању на галијуму и ванадијуму време киселинског издвајања смањено са 180 на 20 минута.
Пепео као секундарни ресурс за ретке земне елементе
Пепео представља обећавајући секундарни ресурс за ретке земне елементе (РЕЕ). Остаци сагоревања угља могу садржавати итријум и друге ретке земље које се користе у електроници, енергетским технологијама и напредним материјалима. Опоравак ових елемената из постојећих токова пепела и депозита могао би диверзификовати залихе сировина и претворити материјал за одлагање у корисну сировину.
Потенцијал екстракције зависи и од концентрације елемената и од приступачности. Пепео може да садржи вредне елементе, али ослобађа само ограничену фракцију током испирања ако околна минерална матрица ограничава приступ реагенсу. Сходно томе, састав пепела, предтретман и хемија испирања морају се разматрати заједно. Обнављање неколико вредних елемената из исте сировине такође може побољшати изгледе процеса.
Ултразвучни фрагменти испирања честице пепела чинећи ретке земље доступним за испирање реагенса. Побољшањем преноса масе између честица и реагенса, соникација повећава опоравак уз скраћивање времена обраде!
Индустријска инсталација Хиелсцхерових соникатора: кластер соникатора од 48 кW за континуирано (инлајн) испирање ретких земних елемената из пепела угља
Како ултразвук побољшава испирање пепела
Снажни ултразвук интензивира екстракцију чврстих и течних материја кроз акустичну кавитацију. Микроскопски мехурићи се формирају и колабирају у течности, стварајући локалне силе смицања, микромлазеве и интензивно мешање. Ови ефекти могу дисперговати агломерате честица, очистити изложене површине и побољшати транспорт средстава за лужење до реактивних места. Растворене врсте се брже транспортују, помажући у одржавању растварања.
За прераду пепела, ови ефекти нуде неколико практичних предности:
- Брже испирање: Побољшани пренос масе може скратити време потребно за екстракцију доступних метала.
- Виша приноса екстракције: Побољшани површински контакт може помоћи у ослобађању материјала који остаје недовољно излужен при конвенционалном мешању.
- Комбинација са претходним третманом: Ултразвук може појачати фазу испирања након што активирање учини отпорне фазе приступачнијим.
- Флексибилан развој процеса: Соникација се може развијати и прилагодити различитим концентрацијама киселина, оптерећењу чврстих материја, температури и времену третмана.
Примери истраживања: Високи приноси и краће време испирања
Следеће студије илуструју ове предности у специфичним експерименталним условима. Итријум је елемент ретких земаља; галijум и ванадијум су други вредни метал. Њихова екстракција пружа допунске доказе за ултразвучну обраду пепела.
Итријум и ванадијум: До 97% и 100% екстракције
Масоум ет ал. (2021) истраживали су екстракцију ванадијума и итријума из летећег пепела угља коришћењем сумпорне киселине, водоник-пероксида и ултразвука. Истраживачи су применили методологију површине одговора како би оптимизовали однос чврсте материје и течности и пропорције сумпорне киселине и водоник пероксида. Под оптимизованим условима, пријављена екстракција је достигла 100% за ванадијум и 97% за итријум.
Izmenjeni model skupljajuće jezgre je ukazao da je brzina reakcije kontrolisana masenom difuzijom. Ovaj nalaz ističe značaj transportnih procesa u ispitivanom sistemu i podržava ciljanje prenosa mase tokom optimizacije procesa. Rezultati pokazuju da je moguće postići visoku ekstrakciju itrijuma kombinovanim tretmanom, iako prijavljeni prinosi odražavaju kompletan sistem reagensa i ultrazvuka.
FESEM slike sirove pepela uglja (a) pre luženja pepela, (b) nakon ultrazvučnog luženja.
Studija i slike: ©Masoum i saradnici, 2021.
Galijum i Vanadijum: 88,89% kraće vreme luženja
Зханг ет ал. (2026) истраживао ултразвучно испирање киселине након пржења активације натријум карбоната. Оптимизована предобрада састојала се од печења на 850 ° Ц током 60 минута, користећи однос масеног пепела и На ₂ ЦО ₃ од 2: 1. Накнадно ултразвучним испирањем киселине постигнута је висока екстракција галијума и ванадијума у року од 20 минута.
| Параметар | Ултразвучно испирање након активације печења | Конвенционално испирање |
|---|---|---|
| Време испирања | 20 мин | 180 мин |
| Ефикасност испирања галијума | 98.14% | 63.81% |
| Ефикасност испирања ванадијума | 92.32% | 83.56% |
Smanjenje sa 180 na 20 minuta odgovara skraćenju faze luženja za 88,89%. Kinetička analiza je pokazala povećane konstante brzine i poboljšanje kako procesa prenosa mase, tako i interfejsne reakcije. Ovi rezultati pokazuju potencijal kombinovanja aktivacionog prženja sa ultrazvučnim luženjem. Ušteda vremena se odnosi na luženje; prženje ostaje dodatna faza obrade.
Ултразвучно побољшано лужење киселине ради брзином дванаест пута брже од конвенционалног киселог лужења, због благотворног механичког дејства кавитационих мехурића који пуцају близу површине. Овај феномен побољшава мешање раствора киселине, чиме се побољшавају транспортне карактеристике.
Slika i studija: © Canciani et al., 2024
2 industrijska sonicatora UIP4000hdT za tešku obradu
Развијте ваш процес ултразвучног испирања за високу рекуперацију ретких земаља.
За практично вађење ретких земаља, испирање је праћено раздвајањем и пречишћавањем растворених елемената. Дакле, висока ефикасност испирања представља важан посредни резултат, а не принос готовог производа ретких земаља. Процена процеса треба да обухвати каснију рекуперацију, потрошњу реагенаса и енергију потребну за и предтретман и соникацију.
Хиелшер нуди индустријске лабораторијске соникаторе и тешке ултразвучне проточне реакторе за развој и примену интензивираних процеса леевања. Избор опреме и испитивања могу да утврде одговарајући амплитуд, оптерећење чврстих материја, време задржавања и контролу температуре за одређени пепео.
Једноставно повећање обима на велике количине: Kada se jednom uspostave parametri za optimalan oporavak, oni se potom linearno mogu povećavati za bilo koji komercijalni obim luženja.
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси за апликације за мешање, дисперзију, емулзификацију и екстракцију у лабораторијским, пилотским и индустријским размерама.
СЕМ слике за честице у различитим временима конвенционалног (а–ц) и ултразвучног (д–ф) испирања.
Slika i studija: © Canciani et al., 2024
Често постављана питања
Kako ultrazvuk poboljšava luženje retkih zemalja iz pepela?
Ultrazvuk stvara akustičnu kavitaciju u lužnoj suspenziji. Kolapsirajuće mehuriće proizvode intenzivno lokalno mešanje, strižne sile i mikrojeteve koje poboljšavaju kontakt između čestica pepela i lužne otopine. Ovi efekti izlažu reaktivne površine i ubrzavaju prenos mase, pomažući povećanju prinosa ekstrakcije i skraćenju vremena luženja.
Koji retki zemni elementi i dragoceni metali se mogu izlučiti iz pepela?
U zavisnosti od njihovog porekla i mineralnog sastava, pepeo se može izlučiti da bi se dobili retki zemni elementi, uključujući lanthanum (La), cerium (Ce), neodimijum (Nd), disprozium (Dy), itrijum (Y) i skandijum (Sc). Pepel od uglja predstavlja potencijalni izvor ovih elemenata.
Ostali dragoceni metali uključuju galijum (Ga) i vanadijum (V) u odgovarajućem pepelu uglja, kao i bakar (Cu) i cink (Zn) u pepelu iz sagorevanja komunalnog otpada.
Zašto koristiti snažan sonifikator sa sondom za luženje pepela?
Сонicator са сонотродом уводи ултразвучну енергију директно у суспензију кроз сонотроду (ултразвучну сонду/шипку). Ово омогућава интензивну обраду смеша тврдих и течних материја и пружа подесиве услове процеса. Индустријска ултразвучна опрема Hielscher подржава интеграцију у цепачке кругове где су контролисани улаз енергије и поуздан рад од суштинског значаја. Конфигурација треба да одговара саставу суспензије, оптерећењу тврдих материја и потребном протоку.
Ево неколико примена Hielscher-а за цепање:
Могу ли Hielscher сонокатори радити континуирано?
Да. Хиелсчер индустријски сондикатори као што су UIP500hdT (500W) до UIP16000hdT (16.000W) дизајнирани су за континуиран рад 24/7. Они могу бити конфигурисани за обраду у серијама, рециклажу или континуирану обраду кроз ултразвучну проточну ћелију. За извлачење пепела, инсталација је интегрисана у пумпање суспензије, контролу температуре и одабрану хемију извлачења.
Да ли се ултразвучно извлачење може проширити на индустријску производњу?
Да, Хилсчер соникатори омогућавају линеарно повећање обима. Хилсчер нуди опрему за лабораторијске испитивања, пилотску обраду и индустријску производњу, укључујући процесоре од 16 кW који се могу комбиновати у кластерима. Повећање обима почиње испитивањима како би се утврдиле одговарајућа амплитуда, унос енергије, температура и време задржавања. Ови резултати пружају основу за избор капацитета реактора и валидацију перформанси екстракције при захтеваном протоку.
Да ли ултразвук замењује киселине или активирајућу калцинацију?
Ултразвук интензивира процес леићинга, док хемијски реагенси обезбеђују хемију потребну за растварање циљаних елемената. Неке пепељеве такође могу захтевати претходну обраду како би отпорне минералне фазе постале приступачне.
Који параметри процеса могу бити праћени?
Сви Хиелсцхер звучни уређаји од 200 вати до подржавају праћење и аутоматско снимање амплитуде, снаге, времена третмана и температуре, са мерењем притиска доступним преко опционог сензора. Ови подаци помажу у упоређивању испитивања и поуздано репродукују услове рада. Ефикасност екстракције ретких земних елемената мора се одредити одвојено хемијском анализом хране, процједних вода и преосталих чврстих материја.
Може ли се ултразвучна опрема користити са киселим, абразивним суспензијама пепела?
Хиелсцхер Ултрасоницс нуди решења за соникиране киселе, абразивне суспензије пепела. Сонотроди , проточне ћелије, заптивке и друге навлажене компоненте треба да буду изабрани против киселинског састава, концентрације, температуре и абразивности честица.
Да ли већа ефикасност испирања значи већу крајњу рекуперацију ретких земаља?
Да, већа ефикасност испирања значи да се више од циљаног елемента преноси у течну фазу. Произвести употребљив производ ретких земних елемената такође захтева накнадну сепарацију и пречишћавање. Укупни повраћај зависи од перформанси целокупног процеса.
Како да одаберем Хиелшеров соникатор за свој процес?
Почните са представничким узорцима пепела и дефинишите циљане елементе, концентрацију суспензије, хемију испирања, запремину серије или проток, и жељен принос издвајања. Ми у Хиелшеру можемо вам помоћи да одаберете опрему за пробне фазе изводљивости и последње линеарно скалирање. Наш технички центар и лабораторија за процесе такође нуде пробе како би подржали одабир опреме.
Литература / Референце
- Masoum, H.G., Rastegar, S.O. and Khamforoush, M. (2021): Ultrasound-Assisted Leaching of Vanadium and Yttrium from Coal Ash: Optimization, Kinetic and Thermodynamic Study. Chemical Engineering and Technology 44, 2021. x2249-2256.
- Qian Zhang, Deqing Zhu, Siwei Li, Jian Pan, Zhengqi Guo, Congcong Yang, Jiachen Gong (2026):
Ultrasonic enhanced leaching for the synergistic extraction of Ga and V from fly ash. Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 14, Issue 5, 2026. - 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.
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучне хомогенизаторе високих перформанси од лаб до индустријска величина.