extraccion por solvente lista
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Universidad de CaraboboFacultad de Ciencias de la Educación
Escuela de EducaciónDepartamento de Química
Autores:Andradez Adagnires
Matheus Ysbelia Mirena Josimar
Sección:71Asignatura:
Química Analítica 2
Tutor:Lic. Álvaro Zarate
Extracción por Solvente.
Enero, 2015
La extracción por
solvente es posible
debido a que ciertos
reactivos
químicos orgánicos
tienen un alto grado de
afinidad selectiva con
determinados
iones metálicos, con los
que forman compuestos
organometálicos. Por
esta
razón, la principal
aplicación de la
extracción por disolvente
se encuentra en la
separación selectiva de
metales
Se busca cumplir al
menos uno, muchas
veces dos y
ocasionalmente
tres objetivos:
Concentración de los metales
disueltos con el objetivo de
disminuir los
volúmenes a procesar y así reducir
los costos para el proceso
siguiente.
- Transferencia de los metales
disueltos, desde una solución
acuosa
compleja a otra solución acuosa
diferente, que simplifique el
proceso
siguiente.
- La separación y purificación de
uno o más metales de interés,
desde las
soluciones que los contienen, que
suelen tener impurezas. La
separación
consiste ya sea en extraer él o los
metales deseados desde las
soluciones, o
a la inversa, extraer las impurezas
de la solución, dejando él o los
metales
deseados en ella.
FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION POR DISOLVENTE
- La extracción con disolventes es una operación de transferencia de
masas en un sistema de dos fases líquidas.
- Se basa en el principio por el cual un soluto (ión metálico) puede
distribuirse en cierta proporción entre dos disolventes inmiscibles, uno de los cuales
es usualmente agua y el otro un disolvente orgánico como benceno, keroseno,
cloroformo o cualquier otro que sea inmiscible en el agua
- La cinética de la extracción con disolventes es generalmente MUY
RÁPIDA.
- El requisito fundamental para poder beneficiarnos de esta ventaja es
lograr un buen contacto entre ambas fases. Para ello es necesario realizar la
mezcla con una agitación intensa. Pero debe tenerse cuidado, ya que si nos
pasamos el tamaño de gota puede ser muy pequeño y podríamos llegar a perder
mucho disolvente mezclado con la fase acuosa. De hecho esta es una de las
causas habituales de bajo rendimiento de este tipo de procesos
EL COEFICIENTE DE REPARTO
Para que la extracción del metal tenga lugar mediante el disolvente es
necesario que el coeficiente de reparto del metal entre ambas fases sea
favorable para el disolvente:
Cuando tenemos dos fases con un soluto común en ambas, el soluto
se reparte entre ellas de acuerdo a una cte. denominada coeficiente de reparto.
El coeficiente de reparto es la relación entre la concentración del
metal en ambas fases. Este coeficiente, además de la naturaleza de las fases y
del soluto depende también de la temperatura.
Coeficiente de reparto E = [M]o / [M]a
Los coeficientes de reparto de muchos metales en muchos disolventes
y en fase acuosa se conocen y están tabulados
EL FACTOR DE SEPARACIÓN
Como en el lixiviado tenemos mas de un metal. La relación
entre los
coeficientes de reparto de ambos metales con el disolvente
orgánico seleccionado
se conoce como Factor de Separación.
Factor de separación a = EM1 / EM2
Si el factor de separación es inferior a 2, ambos metales no
pueden ser
eficazmente separados mediante el disolvente elegido.
A pesar de la rápida cinética, la eficiencia de la extracción en
la
purificación, es decir, en la separación de dos metales
presentes en el lixiviado,
depende del factor de separación, a, y del volumen necesario
de disolvente
orgánico en comparación con el volumen de lixiviado. Dicho
de otro modo,
que por muy rápida que sea la cinética, e incluso si el factor
de separación es
muy bueno, si el volumen de fase orgánica necesario para
extraer el metal es
muy grande, el proceso va a ser poco eficiente. Vamos a ver
de manera somera
PLANTA SX PARA EXTRACCIÓN DE COBRE
PROCESO SX PARA EXTRACCIÓN DE COBRE
El proceso SX se basa en la siguiente reacción de intercambio iónico que
es reversible:
El reactivo orgánico se contacta con la solución acuosa impura de
lixiviación y extrae selectivamente desde la fase acuosa los iones de cobre,
incorporándolos en la fase orgánica. El ión cúprico reacciona con el extractante
formando un compuesto organometálico insoluble en agua, totalmente soluble en
el
disolvente orgánico (queroseno, ...), con la cual se produce la extracción del
cobre
desde la fase acuosa a la orgánica.
Mediante este mecanismo, cada ión de cobre se intercambia con dos
iones de hidrogeno que pasan a la fase acuosa donde, de este modo, se
regenera
el ácido sulfúrico en una proporción de 1.54 kg de ácido / kg de cobre.
DIAGRAMA McCABE-THIELE
A la isoterma de extracción, mediante un
análisis del balance de masas se le une en
el mismo gráfico la denominada Recta de
operación. Esta une los puntos
Composición del extracto verdes que
hemos definido en
el diagrama, referidos a las composiciones
de partida y finales en ambas fases
(acuosa
y disolvente).
DISOLVENTES ORGÁNICOS:
En el lixiviado el metal se encuentra en forma de catión, es
decir un ión
positivo, disuelto en una “sopa” iónica.
Los iones metálicos se encuentran generalmente solvatados:
están
rodeados de moléculas de agua que se unen por puentes de
hidrógeno.
Los disolventes para extracción son generalmente orgánicos y
de un peso
molecular suficientemente grande como para ser inmiscibles
con el medio iónico
del lixiviado. El disolvente suele estar formado por tres
compuestos:
-el diluyente: El diluyente es un compuesto apolar e
inmiscible en agua, barato, que
sirve para transportar al extractante
-el extractante: El extractante es el compuesto que
reaccionará con el metal a
extraer.
-los modificadores: Los modificadores sirven para evitar la
reacción de otros
metales con el extractante, o para incrementar la extracción.
Son muy importantes
DISOLVENTES ORGÁNICOS:Consideraciones para la
elección de los componentes de un disolvente:
Diluyente
• Disolver al extractante en todas sus formas
(iónicas, salinas, ácidas,...)
• Inmiscible con la fase acuosa
• Conseguir una viscosidad baja de la
disolución orgánica para
permitir buena mezcla, rápida reacción y evitar
la formación de
emulsiones con la fase acuosa que
permanezcan estables
• Baja toxicidad, inflamabilidad, etc
• Estabilidad química frente a condiciones de
proceso
• BARATO
Habitualmente: Diluyente Queroseno. Frac.
diluyente: 70-95%
DISOLVENTES ORGÁNICOS:
Consideraciones para la elección de los componentes de un
disolvente:
Extractante:
• Capacidad de extraer el metal con un buen coeficiente
de reparto
• Selectivo frente a impurezas
• Facilidad para la reextracción
• Baja solubilidad en la fase acuosa
• Soluble en el diluyente
• Estable frente a condiciones de proceso (extracción,
limpieza,
regeneración, reuso,..)
• Baja toxicidad
• Coste
Modificadores:
Son compuestos que
• o bien aumentan la solubilidad del extractante en
el diluyente,
aumentando de este modo la extracción,
• o bien modifican la tensión superficial y con ello
disminuyen las
pérdidas de adsorción entre las fases, para que se
separen mejor y
no haya pérdidas por arrastre de la fase orgánica con
la fase acuosa.
El resultado final es un incremento de la extracción.
• con algunos modificadores se puede conseguir la
selectividad de
extracción entre dos cationes.
La elección de un modificador depende de cada
extracción concreta. Los
mas conocidos y empleados son:
• alcoholes de cadena larga cuando el extractante
son aminas
• TBP (fosfato de tributilo) y/o TOPO
El extractante:
El ión metálico debe ser capaz de formar un
compuesto con el disolvente.
Podemos conseguirlo de las siguientes
maneras
1) Formación de compuestos de
coordinación sin carga
2) Intercambio iónico
a) Catiónico
b) Aniónico
3) Solvatación con asociación iónica
Los denominados compuestos de
coordinación, también llamados
COMPLEJOS, se forman entre iones de los
metales, los cuales tienen
muchos orbitales electrónicos libres (los
orbitales d) y déficit de electrones
(puesto que se encuentran ionizados) y
compuestos orgánicos que tienen un
gran número de pares electrónicos.
También es posible que otro tipo de metales
formen compuestos de
coordinación, especialmente los conocidos
como QUELATOS.
Agentes Quelantes: Tienen dos átomos
en la molécula con buena polaridad y
situación estérica. Un agente típico
quelante es la 8-hidroxiquinoleina, la cual
es soluble en cloroformo.
DISOLVENTES
Formación de compuestos de
coordinación sin carga
DISOLVENTES ORGÁNICOS
Formación de compuestos de coordinación
sin carga
Este quelante es capaz de formar enlaces con el
ión metálico “encapsulándolo”, como se ve en
los ejemplos, con Vanadio y Al respectivamente
Muchos complejos son iónicos y no son
extraíbles en fase apolar, pero
algunos son neutros y fácilmente
extraíbles en medios apolares.
Reactivos empleados en SX de Cu
Procesos de Intercambio iónico
Pueden ser de intercambio catiónico o
aniónico.
En los procesos de intercambio catiónico el
extractante es un ácido
orgánico.
Se produce un intercambio protónico entre el
medio acuoso, que toma el
protón del ácido orgánico, y el catión, que
pasa a formar una sal con el
ácido orgánico.
Se denominan extractantes catiónicos o
ácidos. Los mas habituales son
los alkilfosfóricos y los carboxílicos.
Son ácidos con radicales pesados, por lo cual
no son solubles en agua y
en cambio lo son en medios orgánicos.
En el intercambio aniónico se
emplea cuando los metales en
disolución
acuosa se encuentran combinados
formando aniones, generalmente en
compuestos de coordinación, como
los complejos clorurados que vimos
en la lixiviación con cloruros.
Los extractantes aniónicos
habituales son aminas R3N, las
cuales son
capaces de interactuar con los
complejos aniónicos para
neutralizarlos y formar complejos
neutros. Debido a los grandes
radicales de las aminas,
el compuesto formado es soluble en
medio orgánico y no lo es en medio
acuoso.
Supone la sustitución de las
moléculas de agua de solvatación
de
un catión por moléculas del disolvente
orgánico.
Los extractantes de este tipo incluyen
éteres, ésteres y cetonas.
Se suelen denominar extractantes
neutros. La extracción de hierro
con dietiléter a partir de una disolución
de cloruros puede ser un
ejemplo válido de este tipo de
disolventes.
El hierro se estabiliza primero en
forma catiónica mediante la formación
de complejos clorurados:
Procesos de solvatación con asociación iónica
Ahora se mezcla con dietil éter (C2H5O): CH3-O-
CH3: El éter es capaz de sustituir al agua en el
compuesto de coordinación
anterior, y acabamos con el siguiente compuesto
formado en la fase
orgánica:
Fe(C2H5O)2Cl 4
-
Y aunque es iónico, se estabiliza en el eter, ya que
éste es capaz de
reaccionar con protones formando el compuesto
iónico: C2H5OH+, el
cual estabiliza en disolución orgánica al complejo
anterior
COLUMNAS DE EXTRACCIÓN
Las columnas constan de “pisos” estratificados mediante discos o platos y
agitadores. En la zona central de cada “piso” se realiza la mezcla, que a
continuación se separa en las zonas periféricas, y el componente ligero va
hacia
arriba, al piso superior, mientras que el componente pesado va hacia abajo, al
piso
Hay
muchos
tipos de
columnas,
con discos
rotativos,
con
turbinas,
con
movimiento
pulsante,...
COLUMNAS DE EXTRACCIÓN
ESQUEMA DE EXTRACCIÓN
Se aplica a la lixiviación de una sustancia
soluble contenida en un sólido. La
transferencia del componente disuelto
(soluto) se puede mejorar por la adición de
agentes saladores a la mezcla de
alimentación o la adición de agentes
"formadores de complejos" al disolvente de
extracción. En algunos casos se puede
utilizar una reacción química para mejorar la
transferencia como por ejemplo, el empleo de
una solución cáustica acuosa (como una
solución de hidróxido de sodio), para extraer
fenoles de una corriente de hidrocarburos. Un
concepto más complicado de la extracción
líquido-líquido se utiliza en un proceso para
separar completamente dos solutos. Un
disolvente primario de extracción se utiliza
para extraer uno de los solutos presentes en
una mezcla (en forma similar al agotamiento
en destilación) y un disolvente lavador se
utiliza para depurar el extracto libre del
segundo soluto (semejante a la rectificación
Ejemplo de Extracción por Solventes
:a. Uranio,hay varias
fábricas que lo recuperan
por extracción a partir de
líquidos diluidos utilizando
aminas o ácidos
alquilfosfóricos.
b. Vanadio,tiene una
trayectoria semejante a la
del uranio.
c. Molibdeno,extraído
con aminas en circuitos de
uranio.
d. Torio,además de la
recuperación y separación
de soluciones ricas
obtenidas a partir de
concentrados, se recupera
de los líquidos estériles de
algunas fábricas de uranio.
El mayor empleo de la
extracción con
disolventes en la
hidrometalurgia ha sido
en el tratamiento,
separación y purificación
de los materiales de
interés nuclear.
Operaciones
hidrometalúrgicas con
extracción por disolventes
de gran interés son las
referentes a:
e. Tierras raras y escandio, a
partir de soluciones nítricas y
clorhídricas utilizando TBP y
D2EHPA.
f. Cobre,mediante oxinas, ácidos
nafténicos o α-halogenados. Es uno
de los metales que más interés está
ofreciendo. Y aparte de los ensayos
piloto, existen varias experiencias a
nivel industrial.
g. Cinc,con TBP o D2EHPA para
separación del cadmio, cobre,
cobalto, níquel, cloro, flúor, etc., y
tener soluciones puras de este
metal.
h. Cobre-níquel-
cobalto, mediante aminas terciarias,
sales de amonio cuaternario,
jabones grasos, sulfonatos o TBP.
i. Niobio-Tántalo,con
metilisobutil acetona, TBP o metil.
j. Zirconio-hafnio,con TBP,
aminas terciarias o metilisobutil
cetona
k. Berilio,a partir de
minerales pobres, utilizando
fosfatos orgánicos o
metilisobutil cetona.
l. Wolframio,a partir de
concentrados de wolframita,
con sales de amonio
cuaternario.
m. Renio,a partir de
concentrados de molibdenita
con sales de amonio
cuaternario.
n. Cesio,a partir de
pollucita con el 4-sec-butil-2 (-
metil-bencil) fenol.
o. Boro,a partir de
salmueras de baja ley, con
polialcoholes aromáticos o
alifáticos disueltos en
queroseno, esta última
aplicación es digna de notar,
pues se refiere a un producto
final tan barato como el ácido
bórico
Referencias Bibliográficas
http://www.mailxmail.com/curso-
hidrometalurgia-extraccion-disolventes-2-
2/extraccion-disolventes-aplicacion
http://www.fbqf.unt.edu.ar/institutos/quimic
aanalitica/Analitica%20I/pdf/EXTRACCION
%20CON
http://www.foss-analytical.com.ar/industry-
solution/chemical-analysis/solvent-
extraction/