Metallarni sanoat miqyosida ajratib olish uchun sono-elektrolitik ajratib olish

Mis, nikel, kobalt, rux, kumush, oltin, noyob metallar va akkumulyatorlar uchun muhim materiallarga global talab ortib borar ekan, metall ishlab chiqaruvchilar rudalar, konsentratlar, boyitish chiqindilari, qayta ishlanadigan material oqimlari va metall miqdori kam boʻlgan xomashyolardan koʻproq qiymat olish bosimi ostida qolmoqda. Gidrometallurgiyada metallarni ajratib olishning eng yaxshi oʻzlashtirilgan usullaridan biri elektrolitik ajratib olish boʻlib, u elektroekstraksiya deb ham ataladi: erigan metall ionlari tanlab eritish eritmasidan elektr toki yordamida ajratib olinadi; tok ionlarni qaytaradi va metallni katodga choʻktiradi.

Metallarni gidrometallurgik ajratib olishni yaxshilash uchun sono-elektrolitik ajratib olish

Sono-elektrolitik ajratib olish elektrolitik ajratib olishni yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan birlashtirib, ushbu tamoyilni rivojlantiradi. Natijada akustik kavitatsiya, mikrooqimlar va elektrokimyoviy qaytarilish birgalikda taʼsir qiladigan sono-elektrokimyoviy jarayon hosil boʻladi. Faqat elektr potensiali va elektrolitning anʼanaviy aylanishiga tayanish oʻrniga, sono-elektrolitik ajratib olish kuchli mahalliy aralashtirishni bevosita elektrodning fazalararo chegarasiga yoki uning yaqiniga, yaʼni metallning choʻkishi amalda sodir boʻladigan joyga olib kiradi. Ultratovush massa tashilishini kuchaytirishi, diffuziya qatlamini buzishi, elektrod yuzalarini tozalashi, gaz pufakchalarini yoʻqotishi va elektrokimyoviy jarayonlarning yuqoriroq tezlikda kechishiga yordam berishi haqida koʻplab manbalarda xabar berilgan.

Sono-elektro-zondlar: 2 ta ultratovush oʻzgartirgichi mos ravishda anod va katodni tebratadi. Sono-elektrodlar yoki sono-elektro-zondlar elektrolitik ajratib olishni yaxshilash uchun bir vaqtning oʻzida elektrodlar va ultratovush zondlari vazifasini bajaradi.

Rudadan katodgacha: sono-elektrochoʻktirish qanday ishlaydi

Sanoat miqyosidagi elektrolitik ajratib olish odatda tanlab eritishdan boshlanadi. Ushbu dastlabki bosqichda maqsadli metall ruda, konsentrat, jarayon qoldigʻi, shlak, qora massa, elektron chiqindilar yoki boshqa metallurgik xomashyodan suvli eritmaga eritib oʻtkaziladi. Metall va rudaning kimyoviy xususiyatlariga qarab, tanlab erituvchi reagent kislotali, ishqoriy, xlorid asosidagi, sulfat asosidagi, sianid asosidagi, ammiakli, organik kislota asosidagi boʻlishi yoki qimmatli metall fazasini eritish uchun boshqa tarzda kimyoviy moslashtirilgan boʻlishi mumkin.
Tanlab eritishdan soʻng metallga boy tanlab eritish eritmasi odatda tiniqlashtiriladi, tozalanadi hamda uning pH qiymati, elektr oʻtkazuvchanligi, harorati, metall konsentratsiyasi va aralashmalar tarkibi moslashtiriladi. Elektrolitik ajratib olish hujayrasida ushbu metall saqlovchi elektrolit anod va katod orasidan oqadi. Boshqariladigan tok berilganda, erigan metall ionlari koʻchadi va katod yuzasida qaytarilib, qattiq metall choʻkmasini hosil qiladi. Sono-elektrolitik ajratib olishda ultratovush ushbu elektrokimyoviy muhitga kiritiladi, shunda akustik energiya ionlarning tashilishini va elektrodning chegaraviy qatlamining yangilanishini jadallashtiradi.

Sodda qilib aytganda, jarayon ketma-ketligi quyidagicha:

• Tanlab eritish: Qimmatli metallar ruda yoki ikkilamchi xomashyodan eritmaga eritib oʻtkaziladi.
• Eritmani tayyorlash: Selektivlikni va choʻkish xususiyatlarini yaxshilash uchun tanlab eritish eritmasi tozalanadi yoki uning parametrlari moslashtiriladi.
• Sono-elektrokimyoviy choʻktirish: Ultratovush va elektr toki elektrolitik ajratib olish hujayrasida bir vaqtning oʻzida taʼsir qiladi.
• Katoddan metallni olish: Jarayon tuzilishiga qarab, metall choʻkmalari list, kukun, gʻovak metall, folga yoki boshqa choʻkma shakllarida yigʻib olinadi.
• Elektrolitni qayta aylantirish: Metall miqdori kamaygan elektrolit regeneratsiya qilinishi, qayta ishlatilishi yoki gidrometallurgik konturga qaytarilishi mumkin.

Nima uchun ultratovush bilan ishlov berish elektrolitik ajratib olishni yaxshilaydi

Koʻplab elektrolitik ajratib olish tizimlarida asosiy cheklov faqat elektr reaksiyasining oʻzi emas. Bu katod yuzasiga yangi metall ionlarini yetkazib berish, reaksiya mahsulotlari va gaz pufakchalarini chiqarib yuborish hamda elektrodning faol, toza va bir jinsli fazalararo chegarasini saqlab turishdir. Ultratovush ushbu cheklovlarni bevosita bartaraf etishga qaratilgan.
Yuqori quvvatli ultratovush elektrolitga kirganda, akustik kavitatsiya hosil qiladi: mikroskopik pufakchalar paydo boʻladi, tebranadi va qulaydi. Ushbu qulashlar mikrooqimchalar, zarba toʻlqinlari va kuchli mahalliy siljish taʼsirini hosil qiladi. Suyuq fazaga ishlov berishda bu mahalliy aralashtirish, mikroaralashtirish, dispersiyalash, deaglomeratsiya va fazalararo tashilishning tezlashishini yuzaga keltirishi mumkin.
Hielscher ultratovush va sono-elektro-texnologiyasi suyuqliklarga ishlov berish uchun boshqariladigan akustik kavitatsiyaga asoslanadi; bunda ultratovush toʻlqinlari siljish taʼsiri, zarba toʻlqinlari, mikrooqimchalar va suyuqliklar, suspenziyalar hamda pulpalarga takrorlanuvchan energiya uzatilishini hosil qiladigan kavitatsiya maydonlarini yuzaga keltiradi.
Elektrolitik ajratib olishda ushbu taʼsirlar ayniqsa qimmatli, chunki elektrokimyoviy reaksiya yuzada sodir boʻladi. Ultratovush elektrod yaqinidagi konsentratsiya gradiyentlarini kamaytirishi, diffuziya qatlamini siqishi yoki buzishi va katodga yangi metall ionlarini uzluksiz yetkazib berishi mumkin. Ultratovush yordamida kuchaytirilgan elektrokimyoviy massa tashilishi boʻyicha soʻnggi ishlar akustik oqim taʼsirida diffuziya qatlamining siqilishi orqali tokning ortishini tavsiflaydi; ultratovush yordamidagi elektrochoʻktirish boʻyicha tadqiqotlar esa kavitatsiya, mikrooqim va akustik bosim taʼsirlari orqali ionlar tashilishi yaxshilanishini bildiradi.

Sinergiya: ultratovush bilan ishlov berish va elektrokimyo

Sono-elektrolitik ajratib olishning afzalligi ultratovush eritmani shunchaki «aralashtirishi» bilangina cheklanmaydi. Hielscher Sono-Electro-Probes ultratovush zondlari va elektrodlarni birlashtirib, elektrokimyoviy tizimga bir vaqtning oʻzida yuqori intensivlikdagi ultratovush va elektr tokini kiritadi. Bunda asosiy jihat ikki energiya maydonining sinergik bogʻlanishidir: elektr energiyasi metall ionlarining qaytarilish reaksiyasini harakatga keltiradi, akustik energiya esa ushbu reaksiya kechadigan fizik va fazalararo sharoitlarni yaxshilaydi.
Ushbu sinergiya sanoat uchun ahamiyatli bir qancha afzalliklarni yuzaga keltirishi mumkin:

• Yuqoriroq massa almashinuvi: Ultratovush bilan ishlov berish katod yuzasiga erigan metall ionlarining yetkazilishini yaxshilab, ularning mahalliy kamayib ketishini pasaytiradi.
• Tozaroq elektrod yuzalari: Kavitatsiya va akustik oqim passivlovchi pardalar, zaif birikkan zarrachalar, gaz pufakchalari va reaksiya mahsulotlarini yoʻqotishga yordam beradi.
• Tok boʻyicha samaradorlikni yaxshilash imkoniyati: Elektrodning faolroq fazalararo chegarasi konsentratsion qutblanish va yuzaning toʻsilishi bilan bogʻliq yoʻqotishlarni kamaytirishi mumkin, biroq yakuniy samaradorlik elektrolitning kimyoviy xususiyatlari va ishlash parametrlariga bogʻliq.
• Bir tekisroq choʻktirish: Ultratovush yordamidagi elektrochoʻktirish silliqroq, zichroq, bir tekisroq choʻkmalar va maydaroq donali tuzilmalar bilan bogʻlangan.
• Tezroq elektrochoʻktirish kinetikasi: Kuchaytirilgan massa almashinuvi va yuzaning faollashuvi optimallashtirilgan sharoitlarda yuqoriroq choʻktirish tezliklariga imkon berishi mumkin.
• Kamaytirilgan diffuziya cheklovlari: Elektroddagi chegaraviy qatlamni buzish orqali ultratovush metall konsentratsiyalari nisbatan past boʻlganda ham choʻktirishning barqarorroq kechishiga yordam berishi mumkin.
• Murakkab elektrolitlarga yaxshiroq ishlov berish: Ultratovushli aralashtirish dispersiyalashni yaxshilash va mahalliy turgʻunlikni kamaytirish orqali suspenziyalar, mayda zarrachalar va ishlov berish qiyin boʻlgan tanlab eritish eritmalariga ishlov berishga yordam berishi mumkin.

Bu sono-elektrolitik ajratib olishni anʼanaviy elektrolitik ajratib olish sekin kinetika, choʻkmaning yomon morfologiyasi, konsentratsion qutblanish, elektrodning ifloslanishi, gaz pufakchalari bilan qoplanish yoki metall ionlarining past konsentratsiyasi bilan cheklanadigan gidrometallurgik konturlar uchun ayniqsa jozibador qiladi.

Pt elektrodlarining anʼanaviy va sono-elektrokimyoviy erish tezliklari.
Tadqiqot va grafiklar: ©Vasile et al., 2021

Metallarni ajratib olish uchun sanoatdagi afzalliklar

Metallarni sanoat miqyosida ajratib olishda sono-elektrolitik ajratib olishning qiymati jarayonni jadallashtirishdadir. Ultratovush bilan ishlov berish quvvati, elektrod geometriyasi, elektrolit tarkibi va tok zichligi toʻgʻri moslashtirilgan boʻlsa, choʻkma morfologiyasi yaxshilangan va hujayra ishlashi barqarorroq boʻlgan holda, qisqaroq vaqt ichida koʻproq metall ajratib olish imkoniyati mavjud.

Amaliy jihatdan sono-elektrolitik ajratib olish quyidagilarga yordam beradi:

• Metall miqdori kam boʻlgan tanlab eritish eritmalaridan metallni ajratib olish: Yaxshiroq massa almashinuvi erigan metall konsentratsiyalari ideal boʻlmaganda choʻktirishni davom ettirishga yordam berishi mumkin.
• Yaxshilangan katod sifati: Silliqroq va bir tekisroq choʻkmalar keyingi bosqichlarda metallni katoddan ajratish, suyuqlantirish, rafinatsiyalash yoki kukun bilan ishlashni soddalashtirishi mumkin.
• Ifloslanishga moyillikning pasayishi: Yuzaning uzluksiz yangilanishi passivlanish va keraksiz sirt pardalarining taʼsirini kamaytirishi mumkin.
• Ixchamroq jarayon tuzilishi: Jarayonning kimyoviy xususiyatlariga qarab, tezroq kinetika kichikroq hujayralardan foydalanish yoki yuqoriroq qayta ishlash unumdorligiga erishish imkonini berishi mumkin.
• Ikkilamchi resurslardan metallni ajratib olishning yaxshilanishi: Akkumulyatorlarning qora massasi, elektron chiqindilar, katalizatorlar, shlaklar va sanoat qoldiqlari koʻpincha massa almashinuvini jadallashtirish qimmatli boʻlgan murakkab tanlab eritish eritmalarini hosil qiladi.
• Jarayonni boshqarish imkoniyatining yaxshilanishi: Zamonaviy ultratovush tizimlarini davriy yoki uzluksiz oqim liniyasidagi qurilmalarga integratsiya qilish va amplituda, tizimda boʻlish vaqti, hajmiy oqim tezligi, harorat va kiritiladigan energiya orqali sozlash mumkin.

Hielscher sono-elektro-tizimlari oʻziga xosdir: sono-elektrod bir vaqtning oʻzida ultratovush zondi va elektrod vazifasini bajaradi. Sono-elektro-qurilmalar laboratoriya sinovlaridan tajriba miqyosidagi ishlatish va sanoatdagi oqim liniyasida ishlab chiqarishgacha koʻlamini oshirish mumkin boʻlgan suyuqliklarga ishlov berish asosida ishlab chiqilgan. Yuqori quvvatli ultratovush, 24/7 uzluksiz ishlash imkoniyati, sanoat talablariga mos mustahkamlik va kam texnik xizmat talab qilishi Hielscher sono-elektro-tizimlarini sanoatdagi sono-elektrolitik ajratib olish uchun ideal qiladi.
Amplituda, kiritiladigan energiya, hajmiy oqim tezligi, harorat va tizimda boʻlish vaqti kabi boshqariladigan parametrlar orqali koʻlamni chiziqli oshirish ishlab chiqarish quvvatlarini oshirishni sezilarli darajada osonlashtiradi.

Tanlab eritish–elektrolitik ajratib olish zanjiridagi sono-elektrolitik ajratib olish

Anʼanaviy gidrometallurgik korxonada elektrolitik ajratib olish koʻpincha tanlab eritish, qattiq va suyuq fazalarni ajratish, tozalash hamda baʼzan erituvchi bilan ekstraksiya qilish yoki ion almashinuvidan keyin amalga oshiriladi. Erigan metall ionlarining qattiq metallga aylanishini jadallashtirish uchun sono-elektrolitik ajratib olishni ushbu keyingi ajratib olish bosqichiga integratsiya qilish mumkin.

Odatiy jarayon yoʻli quyidagicha boʻlishi mumkin:

1. Maqsadli metallni eritish uchun maydalangan ruda, konsentrat, boyitish chiqindilari yoki ikkilamchi xomashyo tanlab eritiladi.
2. Erimaydigan boʻsh jinslar, qoldiq qattiq moddalar va keraksiz fazalar chiqarib tashlanadi yoki kamaytiriladi.
3. Selektiv elektrolitik ajratib olish uchun metallga boy tanlab eritish eritmasining kimyoviy xususiyatlari moslashtiriladi.
4. Elektrolit sono-elektrodlar va aylanish tizimi bilan jihozlangan elektrolitik ajratib olish hujayrasiga uzatiladi.
5. Ultratovush bilan ishlov berish ionlarning tashilishini va elektrod yuzasining yangilanishini yaxshilaydi, berilgan tok esa metallni katodga choʻktiradi.
6. Metall mahsuloti yigʻib olinadi, elektrolit esa qayta ishlatiladi yoki keyingi ishlov berishga yuboriladi.

Ushbu birikma metallarni ajratib olish sanoati murakkabroq resurslarga ishlov berishi kerak boʻlgan holatlarda ayniqsa qiziqarlidir. Kelajakdagi koʻplab xomashyolarda metall miqdori pastroq, aralashmalar koʻproq, zarrachalar maydaroq, kimyoviy tarkib aralash yoki oʻzgaruvchan boʻladi. Sono-elektrolitik ajratib olish elektrolit va elektrod yuzasi oʻrtasidagi oʻzaro taʼsirni yaxshilash orqali elektrokimyoviy ajratib olish bosqichini yanada barqaror qilish yoʻlini taklif etadi.

Metallarni sono-elektrokimyoviy ajratib olish: pastroq jarayon xarajatlarida yuqoriroq mahsulot chiqishi

Elektrolitik ajratib olish allaqachon gidrometallurgiyaning asosiy tayanchlaridan biridir, chunki u metallarni suvli eritmalardan yuqori qiymatli qattiq mahsulotlar sifatida ajratib olishi mumkin. Sono-elektrolitik ajratib olish ajratib olish samaradorligini, tok boʻyicha samaradorlikni va energiya isteʼmolini yaxshilash orqali anʼanaviy elektroekstraksiyani takomillashtiradi.
Yuqori quvvatli ultratovush va elektrolitik ajratib olishning sinergik taʼsirlari elektrokimyoviy fazalararo chegaraning fizik cheklovlarini bartaraf etishga qaratilgan boʻlib, metallarni yanada jadal, boshqariladigan va ehtimol yanada samarali ajratib olishga yordam beradi. Konchilik, qayta ishlash va metallurgik faoliyatda ushbu texnologiya tobora murakkablashib borayotgan xomashyolar bilan tozaroq, selektivroq va qayta ishlash unumdorligi yuqoriroq boʻlgan ajratib olish yoʻllariga ehtiyoj oʻrtasidagi tafovutni bartaraf etishga yordam beradi.

Sono-elektrolitik ajratib olish jarayonni jadallashtirish vositasi sifatida

Metallarni ajratib olishning kelajagi murakkabroq resurslardan koʻproq metall ajratib olishga bogʻliq boʻladi. Koʻplab hududlarda metall miqdori yuqori boʻlgan rudalar kamayib bormoqda, mis, nikel, kobalt, litiy bilan bogʻliq metallar, qimmatbaho metallar va noyob elementlarga talab esa ortmoqda. Shu bilan birga, sanoat oʻz eʼtiborini birlamchi rudalardan ishlatilgan akkumulyatorlar, elektron lom, katalizatorlar, sanoat qoldiqlari va texnologik suvlar kabi ikkilamchi resurslarga ham kengaytirmoqda.
Sono-elektrolitik ajratib olish ushbu sharoit uchun jarayonni jadallashtirishning jozibador strategiyasini taklif etadi. Metallarni elektrokimyoviy ajratib olishning selektivligini ultratovush kavitatsiyasining fazalararo taʼsir kuchi bilan birlashtirib, u massa almashinuvini, elektrod faolligini, choʻkma morfologiyasini va jarayon barqarorligini yaxshilashi mumkin. Sanoat korxonalari uchun bu tanlab eritilgan metall ionlaridan ajratib olinadigan metall mahsulotigacha boʻlgan yanada samarali yoʻlni anglatadi.
Qisqacha aytganda, sono-elektrolitik ajratib olish katod yuzasini yanada dinamik reaksiya zonasiga aylantiradi. Ultratovush bilan ishlov berish elektrokimyoviy fazalararo chegarani faol saqlaydi; elektrokimyo erigan ionlarni metallga aylantiradi; ular birgalikda zamonaviy gidrometallurgik ajratib olish uchun kuchli platforma yaratadi.

Yuqori unumdorlikdagi Sono-Electro-Probes va SonoElectroReactors

Hielscher Ultrasonics yuqori unumdorlikdagi ultratovush tizimlari boʻyicha koʻp yillik tajribaga ega hamkoringizdir. Biz butun dunyoda talabchan sharoitlardagi ogʻir ishlar uchun qoʻllaniladigan eng zamonaviy ultratovush zondlari va reaktorlarini ishlab chiqaramiz va yetkazib beramiz. Sono-elektrokimyo uchun Hielscher katod va/yoki anod vazifasini bajara oladigan maxsus ultratovush zondlarini, shuningdek, elektrokimyoviy reaksiyalarga mos ultratovushli reaktor hujayralarini ishlab chiqdi. Ultratovushli elektrodlar va hujayralar galvanik / voltaik tizimlar uchun ham, elektrolitik tizimlar uchun ham mavjud.
 

Hoziroq biz bilan bogʻlaning va elektrokimyoviy jarayoningiz talablarini aytib bering! Biz sizga eng mos ultratovushli elektrodlar va reaktor qurilmasini tavsiya qilamiz!
 

Adabiyotlar / Manbalar

• Eugeniu Vasile, Adrian Ciocanea, Viorel Ionescu, Ioan Lepadatu, Cornelia Diac, Serban N. Stamatin (2021): Making precious metals cheap: A sonoelectrochemical – Hydrodynamic cavitation method to recycle platinum group metals from spent automotive catalysts. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 72, 2021.
• Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
• Yurdal K.; Karahan İ.H. (2017): A Cyclic Voltammetry Study on Electrodeposition of Cu-Zn Alloy Films: Effect of Ultrasonication Time. Acta Physica Polonica Vol 132, 2017. 1087-1090.
• Mason, T.; Sáez Bernal, V. (2012): An Introduction to Sonoelectrochemistry In: Power Ultrasound in Electrochemistry: From Versatile Laboratory Tool to Engineering Solution, First Edition. Edited by Bruno G. Pollet. 2012 John Wiley & Sons, Ltd.
• Haas, I.: Gedanken A. (2008): Synthesis of metallic magnesium nanoparticles by sonoelectrochemistry. Chemical Communications 15(15), 2008. 1795-1798.
• Ashassi-Sorkhabi, H.; Bagheri R. (2014): Sonoelectrochemical and Electrochemical Synthesis of Polypyrrole Films on St-12 Steel and Their Corrosion and Morphological Studies. Advances in Polymer Technology Vol. 33, Issue 3; 2014.
• Sono-Electrochemical Synthesis Improves Efficiency in Chemical Manufacturing