Ultraljudsurlakning av ädelmetaller

Power ultrasound är en effektiv teknik för att utvinna metaller som ädelmetaller och sällsynta jordartsmetaller. Denna process med ultraljudsassisterad fast-vätskeextraktion är känd som sono-urlakning, lixiviation eller tvättning. Robusta industriella ultraljudsapparater kan enkelt installeras för att läcka ut sällsynta jordartsmetaller från malmer, för att behandla gruvslam för en mer fullständig återvinning eller för att separera högvärdiga metaller (t.ex. Cu, Zn, Ni) från mindre värdefulla metaller.

Ultraljudslakningen främjar reaktionen genom massöverföring och upplösning så att högre utbyten erhålls på kortare extraktionstid.
De främsta fördelarna med ultraljudsurlakning är:

• Högre avkastning
• Mer fullständig urlakning
• Minskad reagensförbrukning
• mildare förhållanden
• Enkel genomförbarhetstestning
• Linjär uppskalning
• Enkel installation av fullkommersiella ultraljudssystem
• mycket robusta ultraljudsapparater för stora volymströmmar

Ultraljudslakning av ädelmetaller: Snabbare utvinning genom kavitationskemi

Återvinning av ädelmetaller som guld, silver, platina, palladium och rodium är en hörnsten i modern metallurgi och återvinning – särskilt vid bearbetning av malmer, koncentrat och sekundära resurser som elektronikskrot och katalysatorer. Även om konventionell lakning är väletablerad begränsas den ofta av långsam massöverföring, ytpassivering, ofullständig frigöring av värdefulla faser och hög reagensförbrukning.
Ultraljudslakning åtgärdar många av dessa flaskhalsar genom att införa högintensivt ultraljud i lakuppslamningen, vilket dramatiskt intensifierar reaktionskinetiken genom ett fenomen som kallas akustisk kavitation.

Den grundläggande mekanismen: Akustisk kavitation

När högeffektsultraljud kopplas in i en vätska skapas mikroskopiska kavitationsbubblor som snabbt bildas och kollapsar. Denna kollaps genererar extrema lokaliserade förhållanden, inklusive:

• intensiv mikroblandning och skjuvkrafter
• mikrostrålar med hög hastighet riktade mot fasta ytor
• lokaliserade heta punkter (mycket höga temperaturer och tryck under mikrosekunder)

Även om dessa effekter sker i mikroskopisk skala, påverkar de starkt den makroskopiska lakningsprocessen genom att kontinuerligt förnya den reaktiva ytan och påskynda transporten av reagenser till och från de fasta partiklarna.

Ultraljudsförstärkt syraurlakning fungerar med en hastighet tolv gånger snabbare än konventionell syraurlakning, på grund av den fördelaktiga mekaniska verkan av kavitationsbubblor som spricker nära ytan. Detta fenomen förbättrar blandningen av syralösningar och förbättrar därmed transportegenskaperna.
Bild och studie: © Canciani et al., 2024

Varför ultraljud förbättrar lakning av ädelmetaller

I de flesta lakningssystem är det hastighetsbegränsande steget inte den kemiska reaktionen i sig, utan snarare transporten av reaktanter genom gränsskikt, porer eller passiverande ytfilmer. Ultraljud kavitation förbättrar urlakning effektivitet genom flera synergistiska effekter:

1. Förbättrad massöverföring
   Ultraljud minskar tjockleken på det stillastående diffusionsskiktet som omger fasta partiklar. Detta gör det möjligt för lixiviants (t.ex. cyanid, tiosulfat, klorid, jodid, tiourea eller sura system) att nå den metallbärande ytan snabbare, medan upplösta metallkomplex avlägsnas mer effektivt.
2. Aktivering av partikelytan
   Mikrostrålar och stötvågor från kavitation eroderar, rengör och ruggar kontinuerligt partikelytorna. Detta exponerar nya mineralfaser och ökar det effektiva reaktiva området – särskilt viktigt i eldfasta malmer eller belagda partiklar.
3. Störning av passiveringsskikt
   Många ädelmetallbärande mineraler bildar ytskikt under urlakning (t.ex. oxider, sulfater, elementärt svavel eller kiseldioxidfilmer). Ultraljud kan fysiskt störa dessa barriärer, vilket återställer åtkomsten av lakningsmedlet till den underliggande metallfasen.
4. Förbättrad penetrering i porösa fasta ämnen
   För koncentrat, katalysatorer och e-avfallspartiklar hjälper ultraljud till att tvinga in vätska i porer och mikrosprickor, vilket förbättrar reagensens tillgång till inbäddade ädelmetaller.

Partikelstorleksfördelningar efter ultraljud och konventionell urlakning
Bild och studie: © Canciani et al., 2024

Tillämpningar: Från malm till gruvdrift i städer

Ultraljudslakning undersöks alltmer i både primära och sekundära resurser:

• Guld och silver
  Power-ultraljud har visat sig kunna påskynda guldlakning i cyanid och alternativa lakmedel genom att förbättra transporten och avlägsna passiveringseffekter. Det är också relevant för silveråtervinning från malmer och industriella restprodukter.
• Metaller i platinagruppen (PGM)
  Återvinning av platina, palladium och rodium – särskilt från förbrukade katalysatorer – ofta förlitar sig på kloridbaserade eller sura lakningssystem. Ultraljud förbättrar upplösningskinetiken genom att intensifiera ytreaktioner och förbättra nedbrytningen av komplexa keramiska / metallmatriser.
• Elektroniskt skrot
  Kretskort och elektroniska komponenter innehåller värdefulla ädelmetaller men utgör starka diffusionsbarriärer på grund av polymerer, oxider och multimaterialstrukturer. Ultraljudsbehandling förbättrar lakningens enhetlighet och kan minska den nödvändiga lakningstiden.

Viktiga processfördelar

Ur ett processtekniskt perspektiv erbjuder ultraljudslakning flera mätbara fördelar:

• kortare urlakningstider genom accelererad kinetik
• högre utvinningsutbyte tack vare förbättrad tillgång till markytan
• lägre reagensförbrukning i många system (mindre överskott av lixiviant behövs)
• förbättrad reproducerbarhet genom bättre dispergering och blandning
• potentiellt lägre driftstemperatur eftersom ultraljudet kompenserar för långsammare termisk kinetik

Processöverväganden och uppskalning

Framgångsrik ultraljudslakning beror starkt på processdesign. Kritiska parametrar inkluderar:

• ultraljudets effekttäthet och amplitud
• slamkoncentration och partikelstorleksfördelning
• reaktorgeometri och flödesförhållanden
• Temperaturkontroll
• val av lakningskemi (sur, alkalisk, klorid etc.)

Det är viktigt att implementering i industriell skala kräver högeffektiva ultraljudsreaktorer av sondtyp, eftersom badsonikatorer vanligtvis inte levererar tillräcklig energi i täta lakuppslamningar. Inline ultraljudsflödesceller kan integreras i kontinuerliga urlakningskretsar, vilket möjliggör skalbar drift. Hielschers högpresterande ultraljudsmaskiner är byggda för bearbetning av stora volymer under krävande förhållanden – ökar utbytet av urlakade metaller samtidigt som processtiden och miljöpåverkan minskar.

Design, tillverkning och rådgivning – Kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielscher ultraljudsapparater är välkända för sina högsta kvalitets- och designstandarder. Robusthet och enkel drift möjliggör en smidig integration av våra ultraljudsapparater i industriella anläggningar. Tuffa förhållanden och krävande miljöer hanteras enkelt av Hielscher ultraljudsapparater.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsapparater med den senaste tekniken och användarvänligheten. Naturligtvis är Hielscher ultraljudsapparater CE-kompatibla och uppfyller kraven i UL, CSA och RoHs.

Litteratur / Referenser