EXTRACCIN POR SOLVENTES

INTRODUCCINLa inevitable co-disolucin de impurezas junto con la o las especies de valor que interesa recuperar durante la lixiviacin hace necesario purificar estas soluciones para obtener un producto de alta pureza fsica y qumica en la etapa final de un proceso hidrometalrgicoUno de los mtodos de purificacin que ha tenido un espectacular desarrollo en este ltimo tiempo, ha sido el proceso de extraccin por solventesLa extraccin por solventes implica el paso de un elemento disuelto en una fase acuosa a otra fase lquida, inmiscible con ella, conocida como fase orgnica, con el objeto de separarlo de otras especies de la solucin

Tal operacin de extraccin implica necesariamente una reextraccin de la especie extrada desde la fase orgnica, la cual sirve al mismo tiempo para la regeneracin del extractante que le hace para una nueva extraccinDe esta forma, el proceso SX queda definido bsicamente por un sistema heterogneo, constitudo por dos fases lquidas inmiscibles, una fase orgnica y una fase acuosa. La eficiencia global del proceso queda determinada por la transferencia de masa del elemento M que interesa extraer, entre las fases orgnica y acuosa a contactar, de acuerdo a la siguiente ecuacinen el cual, E significa la extraccin del elemento M desde la fase acuosa por una fase orgnica determinada y R, la reextraccin del elemento en la fase orgnica por una fase acuosa de caractersticas definidas

La extraccin por solventes puede utilizarse para:Purificar soluciones, extrayendo selectivamente el elemento de inters y eliminando las impurezas acompaantes Separar dos o ms elementos desde una solucin, ya sea por extraccin o reextraccin selectivaConcentrar el elemento deseado en una fase acuosa determinada hasta un punto en que el procesamiento posterior sea rentable Convertir el metal acuoso a formas que simplifiquen su recuperacin posterior.La eficiencia del proceso SX en las aplicaciones mencionadas queda determinada fundamentalmente por las caractersticas fsico qumicas de las fases orgnicas y acuosa

Reactivoorgnico+ PLSEmulsinSeparacinde fasesRecuperacin de orgnicoRepresentacin esquemtica del proceso de SX

SXESEWLXRegin de baja acidezRegin de alta acidezPLSrefinoElectrolitoavanceElectrolitospentpH: 1.7 - 2.0170 -180 g/l H2SO4

Funciones de la SXPLS0,5 - 5 g/L Cu2+Electrolito Avance35-50 g/L Cu2+SXConcentracin de la especie de intersPurificacin de la solucin

TKOrgnicoExtractanteDiluyenteModificador10-15%90-85%Extractante (reactivo): Compuesto que contiene un grupo funcional que es capaz de reaccionar qumicamente con una especie particular en la fase acuosa.Diluyente(carrier): Material orgnico que se utiliza para diluir el extractante, este puede ser aliftico o aromtico.Modificador: normalmente alcohol de cadena larga que aumenta la solubilidad del extractante y del complejo metlico extrado en la fase orgnica, mejora la velocidad de separacin de fases y la extraccin.

SISTEMAS DE EXTRACCINLa extraccin de elementos acuosos se verifica segn varios mecanismos. De acuerdo con Marcuis y Kertes, stos fundamentalmente son los siguientes:Extraccin con formacin de compuestosEl sistema de extraccin con formacin de compuestos se caracteriza por existir interacciones de tipo qumico originndose un enlace entre el agente de extraccin y el elemento acuoso. Este es extrado en la fase orgnica intercambindose con un catin o un grupo cido y dejando el anin en la fase acuosa. Los reactivos de tipo cido y los que forman quelatos pertenecen a este sistema

El mecanismo qumico que se efecta durante la extraccin viene definido por la siguiente ecuacin de equilibrioen la cual M+m es un catin metlico de valencia m, HR representa el agente de extraccin y MRm es la especie metlica extrada en la fase orgnicaEn el caso del cobre, HR corresponde a los extractantes derivados de las oximas formadoras de quelato, como los conocidos de la serie LIX y los productos ACORGA

En el mecanismo de extraccin por formacin de pares inicos existe una interaccin por la cual el agente de extraccin puede por asociacin inica realizar un intercambio aninico con las especies metlicas de la fase acuosa en forma de complejos aninicosExtraccin por formacin de pares inicosEn este grupo se incluyen aminas de alto peso molecular, sales de amonio cuaternario y otros compuestos de carcter anlogo, de amplio uso en la industria del uranio, vanadio y molibdeno, entre otros elementos importantes

Las aminas pueden ser primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias segn el nmero de radicales orgnicos substituidos que llevan, aun cuando las aminas cuaternarias se comportan de una manera algo diferenteLas aminas son bases dbiles que existen en medio cido en equilibrio entre dos formas, la correspondiente a la base libre y otra en forma de catin, segn:y puede extraer por un mecanismo de cambio aninico, segn:y de adicin y formacin de una sal doble:

Aqu se produce un fenmeno de solvatacin del in metlico o in hidronio por parte del reactivo orgnico que permite la extraccin conjunta de la sal o del cido, es decir, se extraen simultneamente anin y catin. Entre estos reactivos se encuentra el TBP y ciertas cetonas o steresExtraccin por solvatacinEstos reactivos, tambin denominados compuestos neutros, se caracterizan por la presencia de un tomo de oxgeno que comparte un par de electrones a travs de los cuales se produce un mecanismo de solvatacinHay dos tipos principales de agentes: Si el enlace qumico se establece a travs de un tomo de fsforo (enlace P=0: ) o a travs de un tomo de carbono (enlace C=0 : ). Al primer tipo corresponde el conocido fosfato de tributilo (TBP) y el segundo a ciertas cetonas, entre las cuales las ms conocidas es la metilisobutil cetona (MIBK)

El tipo de reaccin se efecta a travs del siguiente mecanismo:extrayndose tambin el cido libre, segn:siendo MA una sal de un metal y HA el cido del mismo anin A

FASE ORGNICAComo se ha sealado, la operacin de extraccin por solventes queda caracterizada por un sistema heterogneo compuesto por una fase acuosa, que inicialmente contiene el o las especies de inters, y por una fase orgnica. Esta contiene el extractante, especfico para cada caso particular, que suele estar mezclado con un diluyente y en ciertas ocasiones, lleva un tercer componente o modificador para favorecer la separacin de fases. Entre otros casos tambin, el modificador puede estar incorporado directamente al extractanteEl diluyente permite reducir la viscosidad, gravedad especfica y el costo volumtrico del extractante, y queda caracterizado por su composicin qumica expresada por la relacin aliftico/aromtico

En trabajos recientes se ha demostrado la importancia del diluyente como participante en el proceso de SX y no como un mero agente inerte, como antes se pensaba. Desde el punto de vista qumico puede afectar la solubilidad del compuesto rgano-metlico y a la cintica y equilibrio de extraccin. Por su influencia en la velocidad de separacin de fases, tiene importancia en el dimensionamiento de los equipos y en los costos de inventario del extractante. As por ejemplo, experimentalmente se ha encontrado que el tamao en las gotas en el mezclador es menor si el diluyente en el orgnico es kerosene e lugar de octanolLa relacin aliftico/aromtico es uno de los factores a considerar en la seleccin del diluyente. Tal relacin influir de distinta manera segn sea el sistema considerado, establecindose en forma general que la presencia de una mayor concentracin de aromtico decrece la extractibilidad de los sistemas de cambio catinico, pero las aumenta en los de cambio aninico

A veces el diluyente, por s solo, no es suficiente para evitar ciertos problemas en la separacin de fases y entonces se aade un tercer componente para evitar la formacin de una tercera fase en el sistema.Se desprende por tanto que para cada problema debe ensayarse de un modo adecuado la eleccin de un diluyente y del modificador, adems del extractante, por la gran influencia de estos factores en la seleccin de los equipos, dimensionamiento de los mismos y costo consecuenteEste componente se llama modificador y su funcin es facilitar la separacin de fases. Se suele emplear alcoholes de cadena larga, de 8 a 10 carbones, y en otras ocasiones, otros reactivos pueden actuar como tales. En algunos casos tambin, el modificador puede estar asociado a la estructura del extractante

CONCEPTOS FUNDAMENTALESUn sistema de extraccin por solventes implica una transferencia de masa del elemento acuoso desde una fase a otra. La extraccin o la reextraccin se produce por la dispersin de una fase en la otra en forma de pequeas gotitas, que favorece la transferencia de materia y se realiza por medio de agitacin mecnicaAl contactar una solucin acuosa que contiene el elemento M que interesa extraer con una fase orgnica inmiscible, el elemento se distribuir entre las dos fases hasta alcanzar el equilibrio. La concentracipn del elemento en el equilibrio depender de su afinidad relativa (o solubilidad) por ambas fasesCoeficiente de Distribucin

La razn entre la concentracin del metal en la fase orgnica y acuosa, en el equilibrio, define al coeficiente de distribucin D:c

cLa existencia de ms de una especie qumica en solucin dar lugar a que dichas especies se distribuyan entre las fases acuosa y orgnica de acuerdo a sus respectivas solubilidades. Las diferencias en las solubilidades entre ambas fases se pueden aprovechar para extraer las especies ms solubles y separarlas de las menos solubles. De este modo, se puede establecer el concepto de factor de separacin como la relacin de los coeficientes de distribucin de dos especies distintas (DM y DN), que realmente mide la posibilidad de separacin de las especies M y N y que se conoce con el nombre de selectividadSelectividad

En el caso de agentes de extraccin que formen especies qumicas con los iones metlicos en solucin, la reaccin de extraccin por solventes se puede escribir como:Selectividadcon una constante de reaccin definida por:Reemplazando ecuaciones se tiene la siguiente expresin:ccc

ck es una caracterstica del sistema y slo depende de la temperatura. Aplicando logaritmos a esta ltima expresin, resulta:que relaciona el coeficiente de distribucin con el pH e indica que la extraccin est afectada por el pH de la solucin y por la naturaleza de extraccin y del metal acuosoPor ejemplo, se aprecia que en la extraccin de cobre con una oxima comercial, a pH=2.0, ni el Co2+ ni el Ni2+ podran ocasionar problemas de pureza en la solucin a obtener

Coeficiente de distribucinMAMOEmulsin

Del mismo modo, las soluciones de lixiviacin que contengan iones Cu2+ y Ni2+, controlando slo el pH puede obtenerse una eficiente separacin de iones mencionados en las etapas de extraccin a pHs entre 1.4 y 2.0, el Ni2+ puede ser recuperado ajustando el pH de la solucin a valores entre 4.5 y 5.0. Este tipo de operacin fue desarrollado comercialmente en la Corporacin El Paso, Texas, para la extraccin de Cu y Ni

La ecuacin (2) es una reaccin reversible, dependiente de la acidez de las soluciones contactadas. En la extraccin del metal acuoso, y para obtener una alta transferencia de masa de M a la fase orgnica, el pH de la solucin debe ser moderadamente alto para que D aumente. Por el contrario, en la recuperacin del metal desde la dase orgnica, el coeficiente de distribucin debe ser bajo, lo cual se consigue contactando la fase orgnica cargada con una solucin acuosa de alta acidez (150-200 gpl H+), es decir, disminuyendo drsticamente el pH de la solucinEn este caso, de la reaccin (2) se observa que no solo el metal devuelto a la fase acuosa, sino tambin se regenera el reactivo orgnico, el que se recicla a la seccin de extraccin

La transferencia de materia durante la extraccin o reextraccin se realiza en varias etapas:1. Conveccin de las fases hacia la interfase de reaccin2. Transferencia de masa a travs del film en la interfase3. Reaccin de intercambio inico propiamente tal4 y 5. Transferencia y conveccin del elemento metlico en la otra fase contactadaMecanismo de extraccin por solventesEstas etapas caracterizan la cintica del proceso y estn afectadas por variables tales como velocidad de agitacin, viscosidades de las fases y temperatura.

La velocidad de transferencia de masa viene dada por la ecuacin siguiente:

en la cual:v = velocidad de transferencia del elemento M: moles/seghm = coeficiente de transferencia de masa, cm/segA = rea de contacto, cm2DC = diferencia de concentraciones, moles/cm3Un esquema del perfil de concentracin de un elemento metlico en la interfase acuoso-orgnico se muestra en la siguiente figura, en la cual x e y representan las concentraciones de M en las fases acuosa y orgnica respectivamente, en estado estacionario, y xb e yb, las concentraciones al seno de las fases

[M], g/LdistanciaFase AcuosaFase orgnicaXbX*Y*Ybinterface

Una alta velocidad de transferencia de masa se logra, para una diferencia de concentracin de M dada, aumentando el coeficiente de transferencia de masa o el rea de reaccin. Ambos aspectos se producen simultneamente al aplicar una agitacin adecuada en el mezclador. El trmino velocidad de agitacin adecuada est referido a obtener, adems, un apropiado tamao de gota de la emulsin para que la separacin gravimtrica de esa dispersin sea total y requiera poco tiempo y poca rea de sedimentacinTodos estos factores se resumen en la relacin de Belingham, comprobada experimentalmente, y que se ha constituido en uno de los criterios ms utilizados para efectos de diseo. Segn esta, no se producen arrastres de gotas muy pequeas y se disminuyen significativamente las prdidas de extractante cuando se cumple:

en la cual, N es la velocidad rotacional, en rev/seg y D es el dimetro del agitador, en pies.Si el valor de la expresin anterior es mayor que 50, se obtienen gotas finas, las cuales necesitan un mayor tiempo de sedimentacin. Si el valor flucta entre 20 y 50, la formacin de microgotas disminuye en forma importante. En el valor sealado como aceptable, menor o igual a 20, se obtienen las condiciones de agitacin adecuada como para obtener dispersin primaria

Consideremos nuevamente la reaccin (2)Extraccin en mltiples etapasUn anlisis de las expresiones anteriores permite sealar que un aumento en la concentracin del elemento acuoso M en la solucin de lixiviacin desplaza el equilibrio hacia la derecha, favoreciendo la extraccin correspondiente. En cambio, un aumento en la acidez, desplaza el equilibrio hacia la izquierda, disminuyendo la extraccin de M desde las soluciones. Ambas observaciones indican las limitaciones del proceso para las etapas de extraccin y reextraccin en un sistema como el analizado, de intercambio catinico

Por otra parte, si despus de alcanzado el equilibrio, se reemplaza orgnico por otro con menor carga en el elemento M. ste extrae una cantidad adicional de M+m desde la fase acuosa, tratando de que el sistema alcance un nuevo equilibrio. Esto ltimo es la fundamentacin por la cual en la prctica los procesos de extraccin por solventes operan en mltiples etapas, empleando flujo continuo de las fases en contracorriente, aprovechando as la mxima capacidad de carga del reactivo orgnico y aumentando el rendimiento del procesoEn ste, la fase orgnica va en direccin opuesta al flujo de la fase acuosa. As, la fase orgnica descargada se pone en contacto con las soluciones semi-agotadas de lixiviacin, mientras que la fase orgnica cargada se contacta con las soluciones con alta concentracin de in metlico tratando de extraer una cantidad adicional de elemento y cargarse as completamente

EQUIPOS DE SXLos equipos de extraccin por solventes ms empleados en la industria del tipo mezclador-decantador (mixer-settler), existiendo tambin equipos extractores de columnas y los contactores centrfugosEn los equipos de columna el flujo en corriente se logra a partir de la diferencia de densidades entre las 2 fases. La fase ms liviana (el orgnico) se introduce por el fondo de la columna, ascendiendo y la fase ms pesada por la parte superior. En los contactores centrfugos se emplea la fuerza centrfuga para alcanzar mezclas intensas y van seguidas de un separador de fases. La mayor flexibilidad y seguridad en la operacin (cambios de flujo, razones de fases, recirculacin) han impuesto a los equipos del tipo mixer-settler en la industria, an cuando se reconoce un avance en el empleo de columnas en cuyo caso su principal ventaja sera la de minimizar el inventario de orgnico en el sistema

El trmino sealado se usa para describir equipos de contacto mltiple en el cual las dos fases se contactan en el mezclador para crear la dispersin de una fase en la otra. La dispersin pasa por rebalse al decantador, formndose las 2 fases nuevamente. La transferencia de masa tiene lugar fundamentalmente en el mezclador. La operacin de mezcla puede realizarse de diferentes maneras, aunque la agitacin con una turbina (impeller) adecuada en la ms comnEsquema de un Mezclador-SedimentadorUn esquema de una unidad piloto se esquematiza a continuacin:

I Mezclador: A esta seccin entran la fase orgnica y la fase acuosa. Mediante agitacin, se intercambia el elemento M, y la mezcla, por rebalse pasa a la seccin IIII Sedimentador: En esta seccin se separan las fases por efecto de la fuerza gravitacional debido a la diferente densidad de ambas fases. En la primera parte se tiene una emulsin orgnica-acuosa, sin embargo, al final se tienen las 2 fases perfectamente separadasIII El rebalse superior de II, es decir, el lquido de menor densidad es separado en la II seccin para ser enviado a otra etapa. La solucin acuosa es separada en III

El hecho que la mayora de las plantas industriales de cobre y uranio, por ejemplo, operen con los equipos mezclador-sedimentador se debe a una serie de ventajas que estos presentan respecto a las centrfugas y columnas, como puntualmente ya se haba sealado con anterioridad. Entre esta ventajas se pueden mencionar:Ventajas y desventajas de un mezclador-sedimentadora) Requieren de menor costo de capitalb) Son estables y fciles de manejar. No representan gran sensibilidad a variaciones en las condiciones de operacinc) Tienen gran capacidad y presentan pocos riesgos de inundacind) Permiten obtener un grado de dispersin ptimo en cada mezclador puesto que stos estn independizadose) El nmero de etapas es bajo, entre 3 y 5, con eficiencias del orden de 85% o superior por piso o etapa

f) Permiten relaciones de fases extremasg) Tienen una altura bajah) Son de construccin simplei) Permiten un cambio de escala sencillo a partir de los datos de laboratorio y/o planta pilotoj) Fcil de incorporar etapas adicionalesk) Facilidad de muestreo en flujos intermedios y terminales

Entre los inconvenientes ms destacados se pueden citar:a) Requieren trabajar con soluciones clarificadasb) Necesitan ms rea y espacio que las columnas y centrfugasc) Emplean grandes volmenes de fases retenidas en los pisosd) En algunos casos los costos de fase orgnica son altose) Mayor costo de energa y control debido a la independencia de las unidades mezclador-sedimentadorComo regla general, el mezclador-sedimentador se emplea cuando se requiere hasta un mximo de 5 o 6 etapas prcticas. De otro modo, el costo del espacio exigido, del volumen orgnico y acuoso retenido y del control se hace excesivo

CARACTERIZACIN DE SOLUCIONES DE LIXIVIACINLas soluciones de lixiviacin que se alimentan al proceso de SX quedan en general caracterizadas por:- La concentracin del elemento de inters y de otros elementos co-disueltos en la lixiviacin (o impurezas)- El pH de la solucin- El potencial de oxidacin de la solucin- La concentracin de aniones y la formacin de complejos en solucin- La temperatura de las solucionesEl empleo de diagramas potencial-pH son de gran importancia para determinar la estructura inica de las soluciones, para lo cual, el conocimiento del potencial de oxidacin y pH de las soluciones son de gran utilidad

En sistemas de intercambio catinico, como el caso del cobre con oximas, por ejemplo, y dada que la estabilidad de este elemento en soluciones sulfricas es solo como in cprico, el control riguroso del potencial y del pH en la fase acuosa tiene solo importancia para evitar la co-extraccin de las impurezas asociadas al elemento. Sin embargo, la situacin vara significativamente cuando se aplica la extraccin por solventes a soluciones en las cuales el elemento presenta varios estados de oxidacin, y que adems pueda presentarse como catin, anin o bajo la forma de un compuesto neutro. Este es el caso, por ejemplo, del vanadio, uranio y molibdeno, entre otros elementos de importancia comercial

SX en la industria del CuLa aplicacin del SX en la industria del cobre se remonta al ao 1967 en la planta Bluebird de Ranchern Exploration, y su xito operacional y metalrgico se ha traducido en la instalacin de numerosas plantas industriales que operan generalmente con el circuito de lixiviacin-extraccin por solventes-electroobtencinIntroduccinEl desarrollo de esta tecnologa en la industria del cobre ha posibilitado el tratamiento de menas o materiales de desecho que lo contienen, que por mtodos tradicionales sera anti-econmico procesar. Algunas de las fuentes que proveen cobre mediante el circuito LIX-SX-EW son los siguientes:

A partir de minerales oxidados y sulfurados marginales (ripios, desmontes, lastres) mediante lixiviacin cida de botaderos y pilas, sola o combinada por accin bacteriana A partir de relaves de concentradora, los cuales contienen cobre oxidado residual recuperable mediante lixiviacin por agitacin Mediante lixiviacin in situ de depsitos subterrneos o lixiviacin en bateas de minerales oxidados- A partir del flujo natural de aguas de mina- Como un subproducto de matas y escorias de fundicinLas soluciones as generadas, de concentracin variable en cobre y en contenidos de impurezas, son tratadas va SX permitiendo as purificar y/o concentrar estas soluciones, para obtener finalmente ctodos de alta calidad fsica y qumica, con pureza del 99.99% Cu y de comercializacin directa

Otra de las ventajas potenciales del proceso SX es la de separar el cobre de otros valores recuperables en las soluciones. Es el caso por ejemplo cuando se desea recuperar el uranio en soluciones pobres en cobre o cuando se tuestan concentrados de cobre que adems contienen molibdeno, de tal forma que una vez lixiviadas las calcinas del proceso, se separa el molibdeno y luego se recupera el cobre. Adicionalmente, se estn desarrollando reactivos para operar en medio clorhdrico, lo cual podra cubrir un rea de gran aplicacin en un futuro cercanoComo alternativas a la recuperacin de cobre desde lixiviados cidos se tienen los procesos de cementacin con chatarra de hierro y la tecnologa de intercambio inico (IX). An cuando la cementacin presenta comparativamente el menor costo de capital, su operacin est siendo limitada por el costo de la chatarra de hierro y por las re-estricciones, en algunos casos, de la comercializacin del elemento como cemento de cobre obtenido como producto de la reaccin

Ms recientemente se ha despertado un gran inters en el empleo de IX para concentrar cobre de soluciones ms diluidas. Sin embargo, tal tecnologa de gran xito en la recuperacin de uranio, renio y otros elementos, no ha podido ser implementada en gran escala en la produccin de cobre. Al respecto se postula que el desarrollo de resinas slidas para cobre se encuentra desfasado unos quince aos en relacin a las resinas lquidas. Una de las razones para ello es la tecnologa bastante ms especializada que se requiere en la sntesis de resinas slidas, ya que deben conseguirse macro-esferas de propiedades fsicas y qumicas adecuadas para favorecer la reaccin de intercambio inico respectiva.

Por otra parte, el proceso SX ha sido fuertemente optimizado, de modo que se han logrado fuertes rebajas en los costos de instalacin y adems los costos de operacin son bajos, del orden de 25-30 c/lb Cu como ctodo como costo tpico. Las necesidades de mano de obra son tambin bajas, a la vez que el proceso es flexible y verstil aceptando variaciones en los contenidos de cobre,. Niveles de cido, contenido de slidos y flujos de alimentacin

El proceso SX se basa en la siguiente reaccin reversible de intercambio inico:Descripcin del procesoen el cual el sentido de reaccin est controlado por la acidez de la solucin acuosa. El proceso global intervienen dos etapas: De extraccin y reextraccin o strippingEtapa de extraccinLa solucin impura de lixiviacin, de baja acidez (pH entre 1.6 a 2.8) se contacta con una fase orgnica inmiscible que contiene un extractante de cobre selectivo frente a los otros elementos co-disueltos (Fe2+, Fe3+, Zn2+, Ni2+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Mo6+, NO3-, SO42+)

Debido a la baja acidez de la solucin acuosa, la reaccin (17) se desplaza hacia la derecha, obtenindose finalmente una fase orgnica cargada en cobre y una solucin que contiene la mayor parte de las impurezas o solucin refino, que es retornada a lixiviacin. Por cada mol de cobre que se transfiere al orgnico, se regenera 1 mol de H2SO4 en la fase acuosaEtapa de reextraccinEl orgnico cargado en la etapa anterior se contacta con una solucin de alta acidez (150-200 g/L H+) que retorna de electroobtencin a SX (solucin spent). En estas condiciones se produce la reaccin inversa, obtenindose por tanto el trmino de la reextraccin una solucin electrolito de alta pureza (avance) que se enva a electroobtencin para depositar el cobre extrado y una fase orgnica regenerada que se recicla a extraccin. El sistema as descrito presenta ventajas inherentes a l, como ser:

El cido generado en la extraccin es transferido al refino y de este modo, se aprovecha la acidez libre en lixiviacinEl reactivo orgnico es regenerado en reextraccin y devuelto al proceso para extraer nuevamente ms cobreEn la electroobtencin se deposita cobre en el ctodo con una pureza de 99.99% y se genera cido. Este cido se retorna a reextraccin en el electrolito pobre (spent) para reextraer ms cobre del orgnico cargado

EXTRACTANTESDesde la puesta en marcha de la planta Bluebird, el desarrollo de extractantes especficos para cobre ha experimentado un significatiuvo avance, estimndose que los reactivos actuales has permitido desarrollar proyectos que probablemente no habran sido rentables con los extractantes de la primera generacin

Extractantes QuelantesOperan por un mecanismo de intercambio de cationes y adems contienen grupos donantes de electrones capaces de formar iones complejosGran selectividad para extraer Cu2+ en presencia de otros iones metlicos, especialmente Fe3+ La alta selectividad se debe a la formacin de compuesto tipo quelato entre el cobre y extractante (a travs de un par de electrones libres que presenta el nitrgeno del grupo oxima)Estructura de una oximaReactivo R ALIX 65C12H25 C6H5LIX 65NC9H19 C6H5LIX 84C9H19 CH3LIX 860C12H25 HLIX 860 NC9H19 HP1 C9H19 H

Complejo organo-metlico para Cu

Los reactivos ACORGA son principalmente aldoximas modificadas (5-nonil-salicilaldoxima + modificador)La aldoxima es un muy poderoso extractante, presenta una gran capacidad de extraccin, pero su transferencia de cobre es muy baja, es decir, se necesitan condiciones muy extremas de acidez para reextraer el cobre. Se ha encontrado que en presencia de modificadores se favorece significativamente su capacidad de transferencia, adems de cumplir stos una funcin vital en otros aspectos, tales como generacin de crud, separacin de fases, atrapamiento de orgnico y acuoso, selectividad Cu!Fe y otros.

PARAMETROS DE SXLos parmetros ms importantes que deben definirse cuando se dimensionan una planta de SX son los siguientes:Flujo de solucin de lixiviacinFlujo de solucin para la reextraccin (SPENT)Razn O/A y de operacinFlujo de orgnicoNmero de etapasTiempo de retencinVelocidad de retencinVelocidad de agitacinFlujo especfico (banda de dispersin)Reactivo y concentracinTemperaturaContinuidad

A, el cual define el flujo de solucin acuosa de lixiviacin que se alimenta a las etapas de extraccin. Por ser ste, normalmente, el dato de entrada en el sistema, y conociendo por otra parte, de datos de laboratorio y/o planta piloto, la cantidad de cobre a extraer en esta operacin (conocida tambin como el corte en cobre que se desea), entonces permite predefinir la capacidad de la Planta por unidad de tiempo, en base a:Flujo de solucin acuosa

S, que corresponde al flujo de electrolito de alta acidez que se alimenta a las etapas de reextraccin para descargar el cobre y regenerar el reactivo orgnico. Queda definido por la capacidad de la planta y por el corte en cobre que se desea en el electrolito en las etapas de reextraccin, (DCu)S:Flujo de Spent

Es la razn entre el flujo de orgnico (O) y el flujo de acuoso que se alimenta a los mezcladores de cada etapaRazn O/A OverallLa determinacin de las razn O/A overalll para un circuito dado depende fundamentalmente del nmero de etapas utilizadas, del D Cu deseado y de la concentracin del extractante en la fase orgnicaEl mtodo para definir la razn O/A overall, uno de los parmetros ms importantes en el sistema, y cuyo valor debe ser encontrado en un estudio preliminar a escala laboratorio, ser analizado posteriormente

Una vez definido el flujo de solucin acuosa y la razn O/A overall, entonces el flujo de orgnico queda dado por:Flujo orgnicoOtra expresin utilizada para determinar el flujo de orgnico es la siguiente:La concentracin de orgnico cargado YC, puede ser estimada conociendo la capacidad mxima de carga, CMC del extractante (o capacidad de saturacin) y el factor o porcentaje de empleo operacional mximo con respecto a dicho valor:y el valor de Yd puede ser conocido desde datos de laboratorio

Debe ser estudiado junto con la razn O/A overall. Depende de ese parmetro y del DCu deseado. La determinacin del nmero de etapas en una planta SX se analiza ms adelanteNmero de etapas o pisosLa cual define a la razn de flujos orgnico y acuoso, pero considerando recirculacin de uno de los dos flujos. Las recirculaciones en extraccin y reextraccin sirven para extraer o descargar ms las soluciones acuosas y puede drselas el valor que ms convenga para la operacin. Ello contribuye, por tanto, a definir y estabilizar un determinado tipo de continuidad a emplear en los mezcladoresLa razn O/A de operacin, si se recircula acuoso, queda definido por:Razn O/A de Operacin

Nmero de etapas o pisosdonde R es el flujo de recirculacin (en las etapas de reextraccin sera S)El tiempo de retencin queda definido por las caractersticas cinticas del reactivo y por las eficiencias por etapas que deseen lograrse. Las caractersticas cinticas dependen principalmente del tipo de reactivo y en menor grado, de la temperatura y acidezT, es el tiempo promedio que una partcula de solucin permanece en el mezcladorTiempo de retencin

N, Un punto clave en el diseo de un agitador es el sistema de agitacin para obtener una buena transferencia del elemento metlico a la fase respectiva, y obtener, adems, un apropiado tamao de gota en la emulsin para la separacin gravimtrica de esa dispersin sea total y requiera poco tiempo y poca drea de sedimentacinPara extractantes comerciales, tiempos de retencin entre 1.5 y 3 minutos son suficientesVelocidad de agitacin

El mecanismo de agitacin cumple con dos funciones: realizar una agitacin efectiva, es decir, producir una dispersin apropiada de las dos fases para que ocurra la reaccin de intercambio y succionar las fases orgnica y acuosa de las etapas adyacentes para evitar la necesidad de instalar bombas de transferencia inter-etapasCon una velocidad de agitacin baja, no se produce buena succin y la agitacin es deficiente. Para valores muy altos de la velocidad, se obtiene una dispersin ms fina (dispersin secundaria), y por tanto, mejores eficiencias por etapas: pero aumentan considerablemente las contaminaciones de una fase en otra, los consumos de energa y los tiempos de separacin de fases en el sedimentador

Un criterio muy utilizado para efectos de diseo es la relacin ya sealada de BELLINGHAM, la cual ha sido comprobada experimentalmenteSi el valor de la expresin anterior es mayor a 50, se obtienen gotas finas, las cuales necesitan un mayor tiempo de sedimentacin. Si el valor flucta entre 20 y 50, la formacin de microgotas disminuye en forma importante. En el valor sealado como aceptable, menor o igual a 20, se obtienen gotas grandes (dispersin primaria), que se separan fcilmente disminuyendo, por tanto, los tiempos de separacin de fases y las contaminaciones o prdida del reactivo orgnico. El tango normal de operacin es de 500-800 rpm

Flujo especfico:f, es el flujo total de solucin por unidad de rea transversal del sedimentador, y tiene fundamental importancia para su diseoEl flujo especfico recomendable para una planta determinada debe ser definido en base a datos experimentales que se obtienen de la operacin de una planta piloto. Para definirlo es necesario determinar previamente la altura o espesor de la banda de dispersin con la que se desea operar. Normalmente el rango de variacin para el flujo especfico est entre 2.6 a 4.8 m3/m2/h

Banda de dispersinEs la zona donde se produce la separacin de las dos fases en el sedimentador. Un esquema que muestra la rotura de la dispersin se presenta en la siguiente figura:

El proceso de transformacin de una emulsin a un sistema de 2 fases es espontneo y tal fenmeno recibe el nombre de CoalescenciaAl respecto conviene recordar que una emulsin es un sistema disperso, inestable, formado por 2 fases lquidas no miscibles, en la que acta como fase contnua y la otra, como fase discontnua o dispersaSe debe mantener durante el proceso una altura determinada de banda de (8-14), que corresponde a un 30% de la altura total de la fase orgnica, de modo que sta produzca un buen efecto de filtro y se reduzcan las contaminacionesCon alturas de banda de dispersin pequeas, no hay buen efecto de filtro y el acuoso arrastra orgnico. Con alturas de bandas altas, pero sin llegar al flooding, se produce tambin un aumento de contaminacin, debido al arrastre de acuoso que produce el flujo orgnico sobrenadante por sobre la compuerta mvil

La altura de la banda de dispersin depende, adems, de la temperatura, naturaleza y concentracin del extractante, velocidad de agitacin, densidad y viscosidad de las soluciones acuosas y de la continuidad empleada en el sistemaLa seleccin final del reactivo y su concentracin dependern de los resultados preliminares que se obtengan de la investigacin a escala laboratorio y su posterior comprobacin a escala piloto. Para la eleccin del reactivo orgnico es necesario tener en cuenta los siguientes factores: disponibilidad y costo del reactivo; alta facilidad de formacin de un complejo con el metal que interesa extraer y solubilidad del compuesto rgano-metlico en la fase orgnica y recuperacin del extractanteReactivo y Concentracin

Tal variable tiene un efecto altamente significativo en las caractersticas de separacin de fases en el circuito (alturas banda de dispersin, y por tanto, en la determinacin del flujo especfico recomendable y dimensionamiento de los settler), y en menor medida sobre la cintica de las reaccionesTemperaturaLa temperatura recomendable de trabajo y posibilidad de operar a temperatura ambiente durante todo el ao se define en base a los resultados que se obtengan en la operacin de una planta pilotoCon temperaturas app. 20C, el proceso tiene buen rendimiento. Hay que considerar que un incremento en la temperatura de las soluciones no slo encarece el proceso, por el costo que implica la calefaccin de grandes volmenes de solucin, sino tambin por el hecho de que se favorece la evaporacin del diluyente, con lo que se concentra la fase orgnica haciendo variar las condiciones de carga mxima

Al mezclarse en un mixer 2 fases inmiscibles, una de ellas debe encontrarse dispersa en la otra. Se presentan dos casos:Continuidad1- Cuando la fase acuosa est dispersa en la fase orgnica, se habla de continuidad orgnica2- Cuando la fase orgnica est dispersa en la fase acuosa, se habla de continuidad acuosaLa continuidad tiene gran importancia en los arrastres fsicos de una fase en la otra despus de la separacin, lo que se llama contaminacinLa contaminacin O/A es el volumen de orgnico (ppm) que es arrastrado por la fase acuosa. Esta contaminacin representa una prdida de orgnico, reactivo de alto precio, por lo que debe ser minimizada

La contaminacin A/O es el volumen de acuoso (ppm) que es arrastrado por la fase orgnica. Sin ser de tanta importancia como la anterior, debe ser controlada puesto que el orgnico cargado, al pasar de las etapas de extraccin a las etapas de stripping, de contener altos arrastres de acuoso podra causar un aumento paulatino de los niveles de impurezas en el electrolito. Solucin que debe ser lo ms pura posible. Por otro lado, los arrastres de electrolito d alta acidez en el orgnico descargado que pasa de stripping a extraccin, podra producir un aumento de la acidez en la ltima etapa de extraccin, disminuyendo la eficienciaEn lneas generales se puede decir que:1- En continuidad orgnica se obtienen mayores bandas de dispersin, bajas contaminaciones O/A y altas contaminaciones A/O2- En continuidad acuosa se logran menores bandas de dispersin, altas contaminaciones O/A y bajas contaminaciones A/O

Es por lo anterior que normalmente se trabaja con continuidad orgnica. Hay solamente casos especficos en los cuales es conveniente operar con continuidad acuosa. Se puede concluir entonces:1- En las etapas en que las soluciones acuosas salen del circuito SX (ltima etapa de extraccin y primera etapa stripping) debe necesariamente operarse con continuidad orgnica2- En las etapas en que el orgnico pasa de extraccin a stripping y viceversa, es recomendable operar con continuidad acuosa3- En las etapas intermedias, la continuidad no tiene gran importancia, prefirindose normalmente operar con continuidad orgnica

**Extraccin por solventes - J. Ipinza*Extraccin por solventes - J. Ipinza***Extraccin por solventes - J. Ipinza*Extraccin por solventes - J. Ipinza*Extraccin por solventes - J. Ipinza*Extraccin por solventes - J. Ipinza*Extraccin por solventes - J. Ipinza**