Değerli Metallerin Ultrasonik Liçi

Güç ultrasonu, değerli metaller ve nadir toprak elementleri gibi metallerin ekstraksiyonu için etkili bir tekniktir. Ultrason destekli bu katı-sıvı ekstraksiyon işlemi sono-liç, liç veya yıkama olarak bilinir. Sağlam endüstriyel sonikatörler, cevherlerden nadir toprak elementlerini liç etmek, daha eksiksiz geri kazanım için madencilik bulamaçlarını işlemek veya yüksek değerli metalleri (ör. Cu, Zn, Ni) daha düşük değerli metallerden ayırmak için kolayca kurulabilir.

Ultrasonik liç, kütle transferi ve çözünme yoluyla reaksiyonu destekler; böylece daha kısa ekstraksiyon süresinde daha yüksek verimler elde edilir.
Ultrasonik liçin başlıca faydaları şunlardır:

• daha yüksek verim
• daha eksiksiz liç
• daha düşük reaktif tüketimi
• daha ılımlı koşullar
• kolay uygulanabilirlik testi
• doğrusal ölçek büyütme
• tam ticari ölçekli ultrason sistemlerinin kolay kurulumu
• yüksek hacimli akışlar için çok sağlam sonikatörler

Değerli Metallerin Ultrasonik Liçi: Kavitasyon Kimyasıyla Daha Hızlı Ekstraksiyon

Altın, gümüş, platin, paladyum ve rodyum gibi değerli metallerin geri kazanımı, modern metalurjinin ve geri dönüşümün temel taşlarından biridir – özellikle cevherlerin, konsantrelerin ve elektronik hurda ile katalitik konvertörler gibi ikincil kaynakların işlenmesinde. Geleneksel liç yerleşik bir yöntem olsa da genellikle yavaş kütle transferi, yüzey pasivasyonu, değerli fazların tam olarak serbestleşmemesi ve yüksek reaktif tüketimiyle sınırlanır.
Ultrasonik liç, liç bulamacına yüksek yoğunluklu ultrason uygulayarak bu darboğazların birçoğunu giderir ve akustik kavitasyon olarak bilinen bir olgu yoluyla reaksiyon kinetiğini büyük ölçüde hızlandırır.

Temel Mekanizma: Akustik Kavitasyon

Yüksek güçlü ultrason bir sıvıya aktarıldığında, hızla oluşup çöken mikroskobik kavitasyon kabarcıkları meydana getirir. Bu çökme, aşağıdakiler dahil olmak üzere yerel olarak aşırı koşullar oluşturur:

• yoğun mikro karışım ve kesme kuvvetleri
• katı yüzeylere yönelen yüksek hızlı mikro jetler
• yerel sıcak noktalar (mikrosaniyeler boyunca çok yüksek sıcaklıklar ve basınçlar)

Bu etkiler mikroskobik ölçekte meydana gelse de reaktif yüzeyi sürekli yenileyerek ve reaktiflerin katı parçacıklara doğru ve katı parçacıklardan dışarı taşınmasını hızlandırarak makroskobik liç işlemini güçlü biçimde etkiler.

Ultrasonla iyileştirilmiş asit liçi, yüzeyin yakınında patlayan kavitasyon kabarcıklarının yararlı mekanik etkisi sayesinde geleneksel asit liçinden on iki kat daha hızlı gerçekleşir. Bu olgu, asit çözeltisinin karışımını iyileştirerek taşınım özelliklerini geliştirir.
Görsel ve çalışma: © Canciani et al., 2024

Ultrason Değerli Metal Liçini Neden İyileştirir?

Çoğu liç sisteminde hızı sınırlayan aşama, kimyasal reaksiyonun kendisi değil, reaksiyona giren maddelerin sınır tabakalarından, gözeneklerden veya pasifleştirici yüzey filmlerinden taşınmasıdır. Ultrasonik kavitasyon, çeşitli sinerjik etkiler yoluyla liç verimliliğini artırır:

1. İyileştirilmiş Kütle Transferi
   Ultrason, katı parçacıkları çevreleyen durgun difüzyon tabakasının kalınlığını azaltır. Bu, liç ajanlarının (ör. siyanür, tiyosülfat, klorür, iyodür, tiyoüre veya asidik sistemler) metal içeren yüzeye daha hızlı ulaşmasını sağlarken çözünmüş metal kompleksleri daha verimli biçimde uzaklaştırılır.
2. Parçacık Yüzeyinin Aktivasyonu
   Kavitasyon mikro jetleri ve şok dalgaları, parçacık yüzeylerini sürekli aşındırır, temizler ve pürüzlendirir. Bu, yeni mineral fazlarını açığa çıkarır ve etkin reaktif alanı artırır – bu etki, özellikle refrakter cevherlerde veya kaplı parçacıklarda önemlidir.
3. Pasivasyon Tabakalarının Parçalanması
   Değerli metal içeren birçok mineral, liç sırasında yüzey tabakaları (ör. oksitler, sülfatlar, elementel kükürt veya silika filmleri) oluşturur. Ultrason, bu engelleri fiziksel olarak parçalayabilir ve liç ajanının alttaki metal fazına erişimini yeniden sağlayabilir.
4. Gözenekli Katılara Daha İyi Nüfuz Etme
   Konsantreler, katalizörler ve e-atık parçacıkları söz konusu olduğunda ultrason, sıvının gözeneklere ve mikro çatlaklara zorlanarak girmesine yardımcı olur ve reaktiflerin yapıya gömülü değerli metallere erişimini iyileştirir.

Ultrasonik ve geleneksel liç sonrası parçacık boyutu dağılımları
Görsel ve çalışma: © Canciani et al., 2024

Uygulamalar: Cevherlerden Kentsel Madenciliğe

Ultrasonik liç, hem birincil hem de ikincil kaynaklarda giderek daha fazla araştırılmaktadır:

• Altın ve Gümüş
  Güç ultrasonunun, taşınımı iyileştirerek ve pasivasyon etkilerini ortadan kaldırarak siyanür ve alternatif liç ajanlarıyla altın liçini hızlandırdığı gösterilmiştir. Cevherlerden ve endüstriyel kalıntılardan gümüş geri kazanımı için de uygundur.
• Platin Grubu Metaller (PGMs)
  Platin, paladyum ve rodyum geri kazanımı – özellikle kullanılmış katalitik konvertörlerden – çoğunlukla klorür bazlı veya asidik liç sistemlerine dayanır. Ultrason, yüzey reaksiyonlarını yoğunlaştırarak ve karmaşık seramik/metal matrislerinin parçalanmasını iyileştirerek çözünme kinetiğini hızlandırır.
• Elektronik Hurda
  Baskılı devre kartları ve elektronik bileşenler, değerli metaller içerir; ancak polimerler, oksitler ve birden fazla malzemeden oluşan yapılar nedeniyle güçlü difüzyon engelleri oluşturur. Ultrasonik işlem, liçin homojenliğini iyileştirir ve gerekli liç süresini azaltabilir.
• Kömür Küllerinden Nadir Toprak Elementleri
  Kömür külü, genellikle mineral fazları veya camsı bir alüminosilikat matrisi içinde bağlı halde bulunan değerli metaller ve nadir toprak elementleri içerebilir. Ultrasonik işlem, kül parçacıkları ile liç çözeltisi arasındaki teması iyileştirir; bu da ekstraksiyon verimliliğini artırabilir ve liç süresini kısaltabilir.
  Küllerden nadir toprak elementlerinin ultrasonik liçi hakkında daha fazla bilgi edinin!

Başlıca Proses Avantajları

Proses mühendisliği açısından ultrasonik liç, ölçülebilir çeşitli faydalar sunar:

• hızlandırılmış kinetik sayesinde daha kısa liç süreleri
• yüzeye erişimin iyileştirilmesi sayesinde daha yüksek ekstraksiyon verimleri
• birçok sistemde daha düşük reaktif tüketimi (fazladan liç ajanına daha az ihtiyaç duyulması)
• daha iyi dispersiyon ve karışım sayesinde daha yüksek tekrarlanabilirlik
• ultrasonun daha yavaş termal kinetiği telafi etmesi sayesinde potansiyel olarak daha düşük çalışma sıcaklığı

Proseste Dikkate Alınması Gereken Hususlar ve Ölçek Büyütme

Başarılı ultrasonik liç, büyük ölçüde proses tasarımına bağlıdır. Kritik parametreler şunlardır:

• ultrason güç yoğunluğu ve genliği
• bulamaç konsantrasyonu ve parçacık boyutu dağılımı
• reaktör geometrisi ve akış koşulları
• sıcaklık kontrolü
• liç kimyasının seçimi (asidik, alkali, klorür vb.)

Endüstriyel ölçekte uygulamanın, prob tipi yüksek güçlü ultrasonik reaktörler gerektirdiğini vurgulamak gerekir; çünkü banyo tipi sonikatörler genellikle yoğun liç bulamaçlarına yeterli enerji aktarmaz. Hat içi ultrasonik akış hücreleri, sürekli liç devrelerine entegre edilerek ölçeklenebilir çalışma sağlanabilir. Hielscher yüksek performanslı sonikatörleri, zorlu koşullar altında büyük hacimleri işlemek için üretilmiştir – işlem süresini ve çevresel etkiyi azaltırken liç edilen metallerin verimini artırırlar.

Tasarım, Üretim ve Danışmanlık – Almanya’da Üretilen Kalite

Hielscher sonikatörleri, en yüksek kalite ve tasarım standartlarıyla tanınır. Sağlamlık ve kolay kullanım, sonikatörlerimizin endüstriyel tesislere sorunsuz entegrasyonunu sağlar. Hielscher sonikatörleri, ağır koşulların ve zorlu ortamların kolayca üstesinden gelir.

Hielscher Ultrasonics, ISO sertifikalı bir şirkettir ve en son teknolojiye ve kullanıcı dostu özelliklere sahip yüksek performanslı sonikatörlere özel önem verir. Elbette Hielscher sonikatörleri CE uyumludur ve UL, CSA ve RoHs gerekliliklerini karşılar.

Literatür / Kaynaklar

• 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.