Ультразвукове вилуговування дорогоцінних металів

Силовий ультразвук є ефективною методикою для вилучення таких металів, як дорогоцінні метали та рідкоземельні елементи. Цей процес ультразвукової екстракції твердої рідини відомий як соно-вилуговування, ліксивіація або промивання. Надійні промислові ультразвукові апарати можуть бути легко встановлені для вилуговування рідкоземельних елементів з руд, для обробки гірничих шламів для більш повного відновлення або для відділення високоцінних металів (наприклад, Cu, Zn, Ni) від менш цінних металів.

Ультразвукове вилуговування сприяє реакції шляхом масопереносу та розчинення, завдяки чому можна отримати вищі виходи за коротший час екстракції.
Основними перевагами ультразвукового вилуговування є:

• Більш висока врожайність
• більш повне вилуговування
• знижена витрата реагентів
• більш м'які умови
• Проста техніко-економічна перевірка
• Лінійне масштабування
• Проста установка повноцінних комерційних ультразвукових систем
• Дуже надійні ультразвукові апарати для великих потоків

Ультразвукове вилуговування дорогоцінних металів: Швидше вилучення через кавітаційну хімію

Відновлення дорогоцінних металів, таких як золото, срібло, платина, паладій і родій, є наріжним каменем сучасної металургії та переробки. – особливо при переробці руд, концентратів і вторинних ресурсів, таких як електронний брухт і каталізатори. Хоча традиційне вилуговування добре відоме, воно часто обмежене повільним масообміном, пасивацією поверхні, неповним вивільненням цінних фаз і високими витратами реагентів.
Ультразвукове вилуговування усуває багато з цих вузьких місць шляхом введення високоінтенсивного ультразвуку в суспензію для вилуговування, різко інтенсифікуючи кінетику реакції за допомогою явища, відомого як акустична кавітація.

Основний механізм: Акустична кавітація

Коли потужний ультразвук потрапляє в рідину, він створює мікроскопічні кавітаційні бульбашки, які швидко утворюються і руйнуються. Цей колапс створює екстремальні локальні умови, в тому числі:

• інтенсивне мікроперемішування та зсувні сили
• високошвидкісні мікрострумені, спрямовані на тверді поверхні
• локальні гарячі точки (дуже високі температури і тиск протягом мікросекунд)

Хоча ці ефекти відбуваються в мікроскопічному масштабі, вони сильно впливають на макроскопічний процес вилуговування, безперервно оновлюючи реакційну поверхню і прискорюючи транспорт реагентів до і від твердих частинок.

Кислотне вилуговування з ультразвуковим посиленням відбувається зі швидкістю в дванадцять разів швидше, ніж звичайне кислотне вилуговування, завдяки корисній механічній дії кавітаційних бульбашок, що лопаються біля поверхні. Це явище покращує перемішування кислотного розчину, тим самим посилюючи транспортні властивості.
Зображення та дослідження: © Canciani та ін., 2024

Чому ультразвук покращує вилуговування дорогоцінних металів

У більшості систем вилуговування, швидкість, що обмежує крок не сама хімічна реакція, а скоріше транспортування реагентів через прикордонні шари, пори або пасивуючі поверхневі плівки. Ультразвукова кавітація покращує ефективність вилуговування за рахунок декількох синергетичних ефектів:

1. Покращений масообмін
   Ультразвук зменшує товщину застійного дифузійного шару, що оточує тверді частинки. Це дозволяє ліксивантам (наприклад, ціанідам, тіосульфатам, хлоридам, йодидам, тіосечовинам або кислотним системам) швидше досягати поверхні металу, в той час як розчинені комплекси металів видаляються більш ефективно.
2. Активація поверхні частинок
   Кавітаційні мікрострумені та ударні хвилі безперервно розмивають, очищають і шліфують поверхні частинок. Це відкриває свіжі мінеральні фази і збільшує ефективну реактивну площу – особливо важливо для вогнетривких руд або частинок з покриттям.
3. Порушення пасиваційних шарів
   Багато мінералів, що містять дорогоцінні метали, утворюють поверхневі шари під час вилуговування (наприклад, оксиди, сульфати, елементарну сірку або плівки кремнезему). Ультразвук може фізично зруйнувати ці бар'єри, відновлюючи доступ вилуговувача до основної металевої фази.
4. Покращене проникнення в пористі тверді речовини
   Для концентратів, каталізаторів і частинок електронних відходів ультразвук допомагає проштовхувати рідину в пори і мікротріщини, покращуючи доступ реагентів до вбудованих дорогоцінних металів.

Гранулометричний склад після ультразвукового і звичайного вилуговування
Зображення та дослідження: © Canciani та ін., 2024

Застосування: Від руд до міського будівництва

Ультразвукове вилуговування все частіше досліджується як для первинних, так і для вторинних ресурсів:

• Золото та срібло
  Показано, що ультразвук прискорює вилуговування золота в ціанідах та альтернативних вилуговувачах, покращуючи транспорт та усуваючи ефекти пасивації. Це також актуально для вилучення срібла з руд і промислових відходів.
• Метали платинової групи (МПГ)
  Вилучення платини, паладію та родію – особливо з відпрацьованих каталізаторів – часто покладається на системи вилуговування на основі хлоридів або кислот. Ультразвук покращує кінетику розчинення, інтенсифікуючи поверхневі реакції та покращуючи руйнування складних керамічних/металевих матриць.
• Електронний брухт
  Друковані плати та електронні компоненти містять цінні дорогоцінні метали, але мають сильні дифузійні бар'єри через полімери, оксиди та багатокомпонентні структури. Ультразвукова обробка покращує рівномірність вилуговування і може скоротити необхідний час вилуговування.

Основні переваги процесу

З точки зору технологічного процесу, ультразвукове вилуговування пропонує кілька вимірних переваг:

• скорочення часу вилуговування завдяки прискореній кінетиці
• вищий вихід видобутку завдяки покращеному доступу до поверхні
• менша витрата реагентів у багатьох системах (менша потреба в надлишку ліксиванту)
• покращена відтворюваність завдяки кращому диспергуванню та змішуванню
• потенційно нижча робоча температура, оскільки ультразвук компенсує повільнішу теплову кінетику

Процесуальні міркування та масштабування

Успішне ультразвукове вилуговування значною мірою залежить від дизайну процесу. Критичні параметри включають:

• щільність та амплітуда потужності ультразвуку
• концентрація шламу та гранулометричний склад
• геометрія реактора та умови потоку
• Контроль температури
• вибір хімії вилуговування (кислотне, лужне, хлоридне тощо)

Важливо, що для реалізації в промислових масштабах потрібні потужні ультразвукові реактори зондового типу, оскільки ультразвукові генератори для ванн зазвичай не забезпечують достатньої кількості енергії в щільних шламах вилуговування. Вбудовані ультразвукові проточні комірки можуть бути інтегровані в схеми безперервного вилуговування, що дозволяє масштабувати роботу. Високопродуктивні сокатори Hielscher побудовані для обробки великих обсягів у складних умовах – збільшення виходу вилуговуваних металів при одночасному скороченні часу обробки та зменшенні впливу на навколишнє середовище.

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Література / Список літератури