guía n_1 extracción por solvente

8/18/2019 Guía N_1 Extracción Por Solvente

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINASLABORATORIO DE PROCESOS METALÚRGICOS

Santiago, 1 semestre 2016

GUÍA N°1

EXTRACCIÓN POR SOLVENTE (SX)

Docente:

Pedro Muñoz Castillo

Ayudantes:

Fabián Oñate Miranda

Claudia Véliz Gajardo

Asignatura:

Procesos Metalúrgicos


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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN MINASLABORATORIO DE PROCESOS METALÚRGICOS

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CONCEPTOS BÁSICOS

¿Qué es la extracción por solvente?

Proceso químico de separación, que trae como consecuencia la purificación yconcentración de las especies de interés, en el cual las especies solubles que seencuentran en una determinada fase líquida (PLS) se distribuyen preferencial yselectivamente en una segunda fase, también líquida. Estas fases son inmiscibles entresí. En la mayoría de los casos la primera de estas fases se denomina fase portadora delas sustancias disueltas y está constituida esencialmente por agua. La otra faseextractante, es de naturaleza orgánica.

La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y económicospara purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las

soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviación.

¿A qué se apli ca?

Si tomamos el proceso de extracción por solventes de manera independiente, podemosdecir que se puede aplicar a numerosos elementos o metales. La condición es que existaun extractante que sea capaz de separar este elemento de interés de la solución que lacontiene. En la minería del cobre se utiliza como proceso posterior a la lixiviación y unavez realizada la extracción por solventes se entiende que el proceso que sigue es el deelectro-obtención (EW). También se utiliza para la recuperación de uranio, vanadio,molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras raras, metales preciosos,

cadmio, germanio, berilio y boro, entre otros.

Objetivos del SX

La separación y purificación de uno o más metales de interés de las solucionesque los contienen, las que suelen tener impurezas. La separación consiste enextraer el o los metales deseados desde soluciones o a la inversa, extraer lasimpurezas de la solución, dejando el o los metales deseados en ella.

Concentrar los metales disueltos para disminuir los volúmenes a procesar y asíreducir los costos del proceso siguiente (EW para el caso del cobre).

Transferir los metales disueltos desde una solución acuosa compleja a otrasolución acuosa diferente, que simplifique el proceso siguiente.


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DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

En el proceso global de la extracción por solventes se distinguen tres momentos

fundamentales:

1. El líquido extractante se agrega a la solución primaria (PLS) y se conecta con el ionmetálico, que queda formando parte del extractante, lo cual corresponde a la etapa deextracción.

2. Enseguida, este complejo extractante - ion metálico - es separado de la solución yllevado a una solución secundaria en el ion metálico, lo que corresponde a la separaciónde soluciones.

3. En esta solución secundaria se produce la re-extracción o descarga, es decir, el

elemento de interés es nuevamente devuelto a una solución acuosa, pero exenta deimpurezas, óptima para el proceso siguiente de electro-obtención.

A continuación se presenta un diagrama de las etapas de este proceso y una descripcióncon mayor detalle:

Los sistemas de extracción por solventes tienen tres componentes básicos:

Soluto a extraer. Solvente acuoso. Extractante orgánico.


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Extracción

La solución rica proveniente de las pilas es mezclada fuertemente por agitación con la

fase orgánica (orgánico descargado), para extraer selectivamente el cobre obteniendouna solución pobre en cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de lixiviación enpilas. Además se obtiene en esta etapa una fase orgánica cargada, que es avanzada a lasiguiente etapa.Cabe señalar que la mezcla resultante por la agitación se deja decantar para que sesepare en dos capas o fases. La fase superior corresponde a la capa orgánica, que semantiene allí debido a su menor peso específico. En esta fase orgánica, que se conocecomo fase cargada o fase extracto, se encuentra retenido el ion metálico de interésformando un complejo orgánico-metálico.

Re- extracción (descarga)

La etapa de re extracción del reactivo consiste en la recuperación de la especie metálicadesde la fase orgánica, con la regeneración simultánea de las capacidades extractivas dela fase orgánica, lo que permite ser reutilizada en otra extracción.

En síntesis, de la etapa de re- extracción se obtiene una solución de orgánico descargadosin cobre, que es recirculado a la etapa de extracción, y una solución rica en iones decobre de baja acidez, la que es enviada a la siguiente etapa, la electro obtención.

Características del reactivo extractante

Para la realización del proceso de extracción por solventes (SX) resulta indispensable la

existencia de una fase orgánica que sea capaz de captar la o las sustancias orgánicas deinterés. La fase orgánica está constituida por un reactivo, causante de las acciones deextracción y descarga, y un diluyente, que actúa como medio físico disolvente y portador.El componente activo de fase orgánica es llamado también extractante, solvente oreactivo.Hoy en día se conocen extractantes para casi todo los metales. Alguna de lascaracterísticas que debe cumplir un extractante para que sea económicamente aceptableen hidrometalurgia son:

Extraer los metales con la máxima selectividad posible desde la solución que loscontiene.

Ser descargable hacia una solución donde pueda ocurrir la recuperación del metal.

De fácil regeneración en sus características físico-químicas para una rápidarecirculación a la etapa de extracción.

Ser lo más inmiscible posible en la fase acuosa que contiene el o los metales deinterés.

Ser estable en la condición del circuito, de manera de ser reutilizado muchasveces, por ende estable frente al ataque de ambientes ácidos o alcalinos.

Soluble en diluyentes orgánicos económicos.


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Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia netaeficaz del metal extraído.

Cargar y descargar el metal con facilidad en tiempos relativamente rápidos, de

manera que los mezclados se puedan realizar en equipos económicos. Debe tener un costo aceptable.

Otros datos sobre el reactivo extractante

Si se quiere hacer que aumente la carga que transporta el orgánico se puederecurrir a forzar los equipos de mezclado o realizar mezclas por tiempos muyextensos, lo que puede llegar a tornar el proceso anti económico.

La capacidad de carga puede aumentarse también con mayores concentracionesdel reactivo y menores del diluyente, pero se ha de tener en cuenta que estoproducirá también un aumento en la viscosidad, produciendo esto un problema al

momento de que se separen las fases. Por ende aumentar la concentración puedeconsiderarse sólo hasta un cierto límite.

En general la extracción por solventes es un proceso bastante rápido atemperatura ambiente, y el equilibrio se suele alcanzar sólo con algunos minutosde mezclado.

La selectividad depende de las condiciones de operación y del entorno físico-químico de la alimentación. El desafío está en lograr ajustar las condiciones quepresenta una solución de lixiviación propuesta a las características de selectividadde los reactivos disponibles, para así obtener el óptimo buscado.

Ningún reactivo es selectivo para un único metal en todas las condiciones, sinoque pueden existir muchos reactivos selectivos para un solo metal en ciertascondiciones.

En general se puede decir que existen cinco clases o tipos de reactivos orgánicos quesirven como extractantes para metales o complejos metálicos estos son los reactivos deltipo:

Quelante. Ácido orgánico. Sustitución del ligante. Extracción neutra o solvatante. Con formación de par iónico.

Los primeros son los más usados en la obtención del cobre desde soluciones de ácidosulfúrico.

Características del diluyente

El diluyente se utiliza para reducir la viscosidad de la fase orgánica, permitiendo que fluyafácilmente, y también para reducir la excesiva concentración del extractante orgánicoactivo, de manera de actuar la concentración del extractante con el contenido de metal de


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la solución de lixiviación. El diluyente es el componente de la fase orgánica que estápresente en mayor proporción dentro de ella. Un buen diluyente debería cumplir con lassiguientes características:

Solubilizar al extractante y al complejo órgano-metálico formado por la reacción delmetal con el extractante.

Ser insoluble en la fase acuosa. Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la separación

de fases. Tener una pureza adecuada y estar libre de componente extraños. Ser químicamente estable en las condiciones del circuito. Tener un alto punto de inflamación. Tener bajas perdidas de evaporación. Ser disponible en grandes cantidades a bajo

costo. No interferir negativamente en la química de las reacciones de extracción y

descarga. Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la sepa raciónde fases.

Se ha de destacar que el mejor diluyente para una operación de SX no necesariamentees el más adecuado para otra. Los más usados son keroseno (uranio y cobre), benceno(no se ocupa por ser cancerígeno) y hexano.

Respecto a las variables de la solución acuosa que afectan el proceso de SX podemosmencionar:

Acidez libre expresada por el pH.

El potencial de óxido – reducción expresado por Eh.

Concentración de aniones complejantes.

Temperatura.

EXPERIENCIA DE LABORATORIO

Datos de entrada requeridos

Caracterización de la solución: corresponde a los datos de ley o concentración delos metales de interés e impurezas contenidas en la solución.

Proporción PLS- Orgánico: esta es necesaria para saber cuánto mezclar de cadafase para realizar la extracción y/o re-extracción. En este caso la proporción es

1:1.

Mezcla orgánico: es necesario saber en qué proporción se combina el extractantecon el diluyente para poder formar la solución orgánica. Esta se hará enproporción 3:1 (solvente- extractante respectivamente), es decir, si usaremos 400ml de PLS y 400 ml de solución orgánica, este debe tener 300 ml de solvente y100 ml de extractante orgánico.


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Solución ácida: debe ser adecuada en sus características para la etapa de re-extracción.

Tiempo de agitación: es importante puesto que el óptimo de este proceso se logra

a un tiempo preciso. Antes de este tiempo se pierde producto y posterior se estaríautilizando energía innecesaria. Para efectos de laboratorio se realizará con 3tiempos distintos, pero en la realidad se usa un tiempo fijo que oscila entre los 6minutos.

Materiales y herramientas

Para realizar la experiencia se necesitará lo siguiente:

Embudos separadores de fase (orgánico- líquido) con pedestal. Peachímetro.

Vaso pp contenedor de soluciones (solución orgánica y PLS). Agitador de varilla. Frascos de 100 cc para muestras, pipetas, papel pH, reloj y papel filtro. Ácido sulfúrico y guantes de plástico.

Procedimiento experimental

Para poder contar con los datos necesarios debemos realizar las siguientes accionescorrespondientes a la experiencia:1. Caracterizar el PLS.2. Preparar la solución orgánica (extractante y diluyente).3. Depositarlo sobre el recipiente para mezclar.4. Agregar el PLS al recipiente para mezclar.5. Encender la máquina para que las soluciones se agiten y se mezclen durante el tiempodeterminado.6. Detener la agitación y esperar a que las fases se separen.7. Tomar la muestra correspondiente.8. Repetir el paso 5, 6 y 7 las veces necesarias variando el tiempo para extraer lasdiferentes muestras restantes.9. Una vez terminada la toma de muestras de la etapa de Extracción, procedemos a sacarla fase orgánica cargada.10. Separamos la fase con el orgánico cargado.11. Colocamos en el recipiente para mezclara el orgánico cargado junto con la solución

ácida a utilizar en la re- extracción.12. Repetir los pasos 5, 6 y 7 las veces necesarias repitiendo los mismos tiemposutilizados en la etapa anterior (extracción).13. Separar y aislar el electrolito rico que contiene el metal de interés. Este es el que selleva posteriormente a la etapa de electro obtención (EW).


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APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA

Una planta de SX cuenta con un gran número de partes (equipos, estanques, etc.). Para

estos es necesario realizar un dimensionamiento. Algunos de estos son: Estanque de solución PLS. Estanque de electrolito rico sin filtrar. Estanque de orgánico cargado. Estanque agitado para solución acidulada. Estanque para refino de extracción. Mixer-settler extracción. Mixer-settler re-extracción. Mixer-settler lavado. Coalescedor de orgánico. Post-decantador refino. Post-decantador electrolito rico.

Filtros de electrolito. Estanque de Ácido Sulfúrico. Estanque de Agua Osmosis Reversa. Estanque de Diluyente. Estanque de Petróleo Diesel. Otros.

Dentro de los parámetros necesarios para realizar estos dimensionamientos están lossiguientes:

Caudales. Factores de diseño. Utilización.

Dimensiones. Flujos. Tiempo de retención. Otros.

Finalmente se presentan algunas faenas en nuestro país que poseen este tipo de plantas: Cerro Colorado. Collahuasi. El Abra. Escondida. Codelco Norte (RT, SBL, MS).

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