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ndice

INTRODUCCION. ............................................................................................................................ 3

OBJETIVOS. ..................................................................................................................................... 3

Fundamentos tericos ....................................................................................................................... 4

Factores importantes de una lixiviacin ...................................................................................... 5

Preparacin del slido ................................................................................................................... 5

Tamao de partcula del slido .................................................................................................... 6

Seleccin del solvente a utilizar .................................................................................................... 6

Temperatura de lixiviacin .......................................................................................................... 7

Rapidez de la lixiviacin. .............................................................................................................. 7

Lixiviacin en una sola etapa ............................................................................................................. 8

Lixiviacin contina en contracorriente ....................................................................................... 10

Mtodos de Operacin y equipo. .................................................................................................... 12

Lixiviacin in situ. ....................................................................................................................... 13

Lixiviacin a la intemperie. ........................................................................................................ 13

Tanques de percolacin .............................................................................................................. 14

Retencin del lquido despus del drenado. .............................................................................. 15

Percolacin en tanques cerrados ................................................................................................. 20

Lixiviacin en filtro prensa......................................................................................................... 20

Tanques con agitacin ................................................................................................................. 20

OPERACIN EN ESTADO ESTACIONARIO (CONTINUO) ................................................. 21

Lixiviacin durante el molido..................................................................................................... 22

Tanques con agitacin ................................................................................................................. 22

Espesadores .................................................................................................................................. 23

Midrociclones ............................................................................................................................... 24

Lixiviacin contina de slidos gruesos .................................................................................... 24

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Clasificadores ............................................................................................................................... 24

Lixiviacin de semillas vegetales .................................................................................................. 25

Mtodos de clculo .......................................................................................................................... 26

Eficiencia de las etapas ............................................................................................................... 26

Equilibrio prctico. ..................................................................................................................... 27

Aplicaciones de la lixiviacin. ......................................................................................................... 28

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 31

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INTRODUCCION.

La lixiviacin o extraccin slido- lquido es una operacin unitaria empleada para separar

uno o ms componentes de una solucin slida, tiene un amplio uso en la industria, donde se

emplea desde la metalurgia hasta en la obtencin de aceites vegetales a partir de semillas.

Esta operacin puede ser realizada de manera continua o discontina. De acuerdo a la forma

en que se opere se emplearn diversos equipos que pueden ser simples tanques o sofisticados

equipos de operacin continua. Existen una serie de factores que modifican su eficiencia,

como lo es: el tamao de la partcula, la temperatura de proceso, el tipo de disolvente

(afinidad, viscosidad, densidad), la velocidad y tipo de agitacin. Tambin se estudiara los

distintos tipos de equipo de lixiviacin.

En la vida cotidiana utilizamos extracciones slido-lquido, por ejemplo cuando hacemos un

t o caf o preparamos un aceite aromatizado. Extracciones similares se llevan tambin a

cabo en el laboratorio, aunque son mucho ms frecuentes las extracciones lquido-lquido.

OBJETIVOS.

1) Mejorar los conocimientos acerca de los fundamentos tericos de la lixiviacin.

2) Conocer los parmetros a tomar en cuenta para el diseo de un proceso de

lixiviacin

3) Conocer los distintos equipos de lixiviacin.

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Fundamentos tericos

Lixiviacin

Es la disolucin preferente de uno o ms componentes de una mezcla slida por contacto con

un disolvente lquido. Esta operacin unitaria, es una de las ms antiguas en la industria

qumica, ha recibido muchos nombres, segn la tcnica ms o menos compleja utilizada para

llevarla a cabo. La colada se refera originalmente a la percolacin del lquido a travs de un

lecho fijo del slido, pero en la actualidad se utiliza para describir la operacin en forma

general, sin importar la forma en que se rea1ice la Lixiviacin se utiliza con menos

frecuencia como sinnimo para colada, aunque al principio se refera especficamente a la

colada de lcali a partir de cenizas de madera.

Tal vez las industrias metalrgicas son las que ms utilizan las operaciones de lixiviacin.

La mayora de los minerales tiles se encuentran en forma de mezclas, con grandes

proporciones de componentes indeseables; por eso, la lixiviacin del material valioso es un

mtodo de separacin que se aplica con frecuencia. Por ejemplo, los minerales de cobre se

disuelven preferentemente a partir de algunos de sus minerales por lixiviacin con cido

sulfrico o soluciones amoniacales, y el oro se separa de sus minerales con la ayuda de

soluciones de cianuro de sodio. En forma similar, la lixiviacin juega un papel importante en

el procesamiento metalrgico de aluminio, cobalto, manganeso, nquel y zinc. Muchos

productos orgnicos naturales se separan de sus estructuras originales mediante lixiviacin.

Por ejemplo, el azcar se separa por lixiviacin de la remolacha con agua caliente; los aceites

vegetales se recuperan a partir de semillas, como las de soya y de algodn

Mediante la lixiviacin con disolventes organices; el tanino se disuelve a partir de diferentes

cortezas arbreas mediante lixiviacin con agua; en forma similar, muchos productos

farmacuticos se recuperan a partir de races y hojas de plantas.

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Factores importantes de una lixiviacin

Poner en contacto el disolvente con el material que se ha de lixiviar, con el propsito

de permitir la disolucin del metal.

Separar la solucin formada del residuo slido

Precipitar el metal de la solucin.

Preparacin del slido

El xito de una lixiviacin y la tcnica que se va a utilizar dependen con mucha frecuencia

de cualquier tratamiento anterior que se le pueda dar al slido. En algunos casos, las pequeas

partculas del material soluble estn completamente rodeadas de una matriz de materia

insoluble. Entonces, el disolvente se debe difundir en la masa y la solucin resultante se debe

difundir hacia el exterior antes de poder lograr una separacin. Esto es lo que sucede con

muchos materiales metalrgicos. La trituracin y molienda de estos slidos acelerar bastante

la accin de lixiviacin, porque las porciones solubles son entonces ms accesibles al

disolvente.

Por otra parte, en el caso de ciertos minerales de oro, las pequeas partculas metlicas estn

revueltas en una matriz de cuarzo que es tan impenetrable a la accin de lixiviacin del

disolvente que es bsico moler la roca para que pase por una malla 100 para que ocurra la

lixiviacin. Cuando la sustancia soluble est distribuida ms o menos uniformemente en todo

el slido o aun en solucin del slido, la accin de lixiviacin puede proporcionar canales

para el paso del disolvente fresco y tal vez no sea necesaria una molienda muy fina.

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Tamao de partcula del slido

Cualquiera que sea el mtodo de extraccin empleado, generalmente la materia prima

(slido) que contiene al soluto debe acondicionarse (corte, trituracin, molienda) para

propiciar el contacto con el solvente facilitar su extraccin.

Las partculas pequeas crean una mayor rea interfacial entre el slido y el lquido y una

distancia ms corta para que el soluto se difunda a travs de la partcula y alcance la

superficie.

Pero si el tamao de partcula es demasiado pequeo, se forman conglomerados que impiden

la circulacin de solvente entre las partculas y dificultan su separacin del solvente

provocando que las partculas de slido puedan ser arrastradas con el solvente.

Seleccin del solvente a utilizar

El solvente empleado debe solubilizar al soluto

Agua azcar;

Alcohol pectina y gomas

Solventes orgnicos grasas y aceites

El solvente ideal es el agua (bajo costo, no txica, no inflamable, no corrosiva), sin embargo

no siempre tiene una capacidad de extraccin adecuada. El solvente empleado debe tener el

mayor coeficiente de transferencia de masa posible.

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Temperatura de lixiviacin

Por lo general se desea realizar la lixiviacin a temperaturas lo ms elevadas posible. Ya

que:

Producen la mayor solubilidad del soluto en el disolvente y, en consecuencia,

concentraciones finales mayores en el licor de lixiviacin.

la viscosidad del lquido es menor y mayores las difusividades; esto incrementa la

rapidez de lixiviacin.

En el caso de algunos productos naturales, como las remolachas, las temperaturas muy

elevadas pueden producir la lixiviacin de cantidades excesivas de solutos indeseables o de

deterioro qumico del slido.

Rapidez de la lixiviacin.

Los muchos fenmenos diversos que se encuentran en la prctica de la lixiviacin hacen

imposible aplicar una sola teora para explicar la accin de lixiviacin. Se ha mostrado que

en la lixiviacin puede intervenir el simple lavado de la superficie de un slido, o la

disolucin de un soluto en una matriz de materia insoluble, smosis y posiblemente otros

mecanismos, que se conocen muy poco. Puede preverse que el lavado de una solucin de la

superficie de partculas slidas impermeables sea rpido y que slo requiera la mezcla de la

solucin y el disolvente; entonces, es probable que la eficiencia de las etapas dependa por

entero de lo completa que sea la separacin mecnica del lquido y el slido.

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Extraccin de caf

Lixiviacin en una sola etapa

Se pone en contacto a todo el slido y todo el disolvente, y luego se separa la disolucin del

slido.

Cuando esta operacin se realiza generalmente se realiza en dos equipos:

Un mezclador: entran la alimentacin y el disolvente, y sale una mezcla de estas dos

corrientes.

Un asentador: entra la mezcla que sale del mezclador, y sale el refinado y el extracto

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La operacin en una etapa suele representarse como:

La lixiviacin real o etapa de lavado simple. El crculo representa la operacin completa,

incluyendo el mezclado del slido y del disolvente de lixiviacin y la separacin mecnica

de las fases insolubles resultantes mediante cualquier recurso utilizable. Los pesos de las

distintas corrientes se expresan como masa en una operacin por lotes, o como masa/Tiempo

[o masa/rea(tiempo)] para flujo continuo. Como para la mayora de los fines el slido B es

insoluble en el disolvente y dado que se obtiene una solucin de lixiviacin lquida clara, el

slido B descargado en los slidos lixiviados se tomar como el mismo que en los slidos

por lixiviar. Por definicin N

= = 11

Un balance de soluto (C),

+ 00 = 11 + 11

Un balance de disolvente (A),

(1 ) + 0(1 0) = 1(1 1) + 1(1 1)

y un balance de la solucin (soluto + disolvente),

+ 0 = 1 + 1 = 1

El mezclado de los slidos que se van a lixiviar y el disolvente de lixiviacin produce una

mezcla de masa M1 libre de B tal que

1 =

+ 0=

1

1 = + 00

+ 0

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Estas relaciones pueden mostrarse en el sistema

de coordenadas. El punto F representa el slido

por lixiviar y R0 el disolvente de lixiviacin. El

punto M1, que representa la mezcla global, debe

caer sobre la lnea recta que une R0 y F. Los

puntos E1 y R1 que representan las corrientes

efluentes, estn ubicados en extremos opuestos

de la lnea de unin a travs de M1; sus

composiciones se pueden leer en el diagrama.

La ecuacin 1 permite calcular el peso de E1 y

la ecuacin 4 el de R2

Lixiviacin contina en contracorriente

Las corrientes de entrada fluyen permanentemente al equipo y las corrientes de salida fluyen

de la misma forma; en contracorriente las corrientes se mueven en la misma direccin pero

en sentidos opuestos a travs del equipo; el equilibrio puede alcanzarse en cualquiera de los

extremos del equipo, por lo que la operacin es equivalente a varias etapas ideales; mayor

eficacia.

La operacin es continua para que predominen las condiciones de estado estacionario. En El

diagrama de flujo que se muestra, se supone que el slido B es insoluble y no se pierde en la

solucin clara; pero, el procedimiento que se seala a continuacin se modifica fcilmente

para los casos en que esto no suceda

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Un balance de disolvente para toda la planta es

+ +1 = , + =

y un balance de la solucin (A + C),

+ +1+1 = 11 + =

M representa la mezcla hipottica libre de B que se obtiene al mezclar los slidos

que se van a lixiviar y el disolvente de lixiviacin.

El diagrama de operacin para la planta. Las coordenadas del punto M son

=

+ +1

= + +1 + +1

Los puntos EN y R1, que representan los

efluentes de la cascada, deben caer sobre una

lnea que pasa a travs de M; EN estar sobre la

curva prctica en el equilibrio.

En cualquier etapa, realizando un balance de solucin se puede obtener:

F R1 = E1 - R4 = R

R representa la diferencia constante en flujo E - R (generalmente una cantidad negativa)

entre cada etapa. En el diagrama sta puede representarse mediante la interseccin de las

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lneas FR1 y ENP RNP +1, de acuerdo con las caractersticas de estas coordenadas. Puesto que

los efluentes de cada etapa se unen mediante la lnea de unin prctica para las condiciones

particulares que predominan, E1 se encuentra en el extremo de la lnea de unin a travs de

R1. Una lnea desde E1 hasta R da R2. En forma alternativa, se puede hacer la construccin

por etapas sobre las coordenadas x, y en la parte inferior de la figura despus de localizar

inicialmente la lnea de operacin. Esto puede hacerse trazando lneas al azar desde el punto

R y proyectando sus intersecciones con el diagrama en el equilibrio hasta la curva inferior

de la forma usual.

Lixiviacin con tasas de flujo variables en contracorriente

En el caso en donde predomina el flujo inferior constante, o valor constante de N para

cualquier lodo, la lnea de operacin sobre el diagrama xy es recta y de pendiente constante

R/E. Si adems la curva prctica en el equilibrio en esta grafica es recta, de forma que m =

y*/x = const, entonces se aplican la ecuacin:

+1

=( )

+1

( )+1 1

Esta ecuacin es la que se aplica cuando el valor de F para los slidos de alimentaciones el

mismo que E, de forma que R/E es constante para todas las etapas, incluyendo la primera. En

general esta ecuacin puede aplicarse a cualquier etapa del flujo del proceso en donde tanto

la lnea de operacin como la lnea en el equilibrio sean rectas; esto puede ser til cuando la

concentracin de soluto en la solucin es muy pequea.

Mtodos de Operacin y equipo.

Las operaciones de lixiviacin se realizan por lotes o bien por semilotes (estado no

estacionario) y tambin en condiciones totalmente continuas (estado estacionario) en cada

categora se encuentran equipos del tipo de etapas y de contacto continuo. Se utilizan dos

tcnicas principales de manejo: la aspersin o goteo del lquido sobre el slido y la completa

inmersin del slido en el lquido. En cualquier de los casos, la eleccin del equipo que se

va a utilizar depende bastante de la forma fsica del slido y de las dificultades y costo de

manejo. En muchos casos, esto ha llevado al uso de equipos muy especializados en ciertas

industrias

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Las operaciones en estado no estacionario incluyen aquellas en que los slidos y los lquidos

se ponen en contacto nicamente en forma de lotes y tambin aquellas en que un lote del

solido se pone en contacto con una corriente que fluye continuamente del lquido (mtodo

por semilotes). Las partculas slidas gruesas generalmente se tratan en lechos fijos mediante

mtodos de percolacin, mientras que los slidos finalmente divididos, que pueden

mantenerse ms fcilmente en suspensin, pueden dispersarse en todo el lquido con la ayuda

de algn tipo de agitador.

Lixiviacin in situ.

Esta operacin tambin conocida como minera en solucin, se refiere a la lixiviacin por

percolacin de los minerales en la mina, mediante la circulacin del disolvente sobre y a

travs del cuerpo mineral. Se utiliza regularmente para obtener sal a partir de depsitos en la

superficie de la tierra mediante la disolucin de la sal en agua, la cual se bombea hasta el

depsito. Se ha aplicado a la lixiviacin de minerales con bajo contenido en cobre, tan bajo

como 0.2% de cobre y a vetas a profundidades de hasta 335 m (1100 pies) debajo de la

superficie. En la minera en solucin para Uranio, el mineral debe oxidarse in situ, con el fin

de solubilizarlo en soluciones de carbonato. Los reactivos pueden inyectarse continuamente

a travs de una serie de tuberas que bajan hasta la veta; el licor resultante se obtiene a travs

de otra serie de tuberas en forma alternativa, el reactivo puede bombearse intermitentemente

y sacarse a travs del mismo pozo.

Lixiviacin a la intemperie.

Los minerales con bajo contenido, cuyo valor en mineral no garantiza el gasto de molienda

o trituracin, pueden lixiviarse en forma de rocas extradas de la mina y colocadas en grandes

montones sobre terreno impermeable. El licor de lixiviacin se bombea sobre el mineral y se

obtiene cuando sale del montn. El cobre se ha lixiviado de esta forma a partir de minerales

de pirita en montones que contienen hasta 2.2 (107) toneladas mtricas de mineral; con este

propsito se han utilizado ms de 20 000 m3 diarios (5 millones de galones) de licor de

lixiviacin. Tal vez se necesiten 7 o ms aos para reducir el contenido de cobre de estos

montones del 2 al 0.3%. En un caso normal de lixiviaci6n a la intemperie de uranio, despus

de colocar una tubera perforada de drenaje sobre una base de arcilla impermeable, el mineral

se apila sobre las tuberas, en montones de 6 a 8 m de altura, con seccin transversal

trapezoidal y 120 m de ancho en la base, con una longitud de hasta 800 m (0.5 millas).

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La solucin de lixiviacin, que se introduce en forma de lagunas en la parte superior del

monton, se va percolando hasta las tuberas de drenaje en la base, de donde se lleva a otro

lugar.

Tanques de percolacin

Los slidos de tamao intermedio pueden lixiviarse adecuadamente con mtodos de

percolacin en tanques abiertos. La construccin de estos tanques vara bastante, segn la

naturaleza del slido y del lquido que se van a manejar y el tamao de la operaci6n, pero

son relativamente baratos. Los tanques pequeos frecuentemente se hacen de madera,

siempre y cuando este material no sea atacado qumicamente por el lquido de lixiviacin.

Las partculas slidas por lixiviar des- cansan sobre un fondo falso, que en la construccin

ms sencilla consiste en una rejilla de tiras de madera colocadas en forma paralela unas con

respecto a otras y lo suficientemente cercanas para sostener al slido. stas, a su vez, pueden

des- cansar sobre tiras similares colocadas en ngulos rectos, separadas 150 mm o ms, de

forma que el licor de lixiviacin pueda fluir hasta un conjunto de tuberas que llevan al fondo

del tanque. Para sostener partculas muy finas, la rejilla de madera puede cubrirse mediante

una estera de coco y un filtro de lona muy tenso y sujeto con una cuerda metida en una ranura

alrededor de la periferia del fondo falso. Los tanques pequeos tambin pueden hacerse

completamente de metal, con fondos falsos perforados, sobre los cuales se coloca una tela

filtro, como en la lixiviacin de productos farmacuticos a partir de plantas. Los tanques de

percolacion muy grandes (45 por 34 por 5.5 m de profundidad) para la lixiviacin de

minerales de cobre, se han fabricado de concreto reforzado revestidos con cemento de plomo

o bituminoso. Los tanques pequeos pueden tener puertas laterales cerca del fondo para

extraer el slido lixiviado, mientras que los tanques muy grandes generalmente se vacan

excavando desde la parte superior. Los tanques deben llenarse con slidos cuyo tamao de

partcula sea lo ms uniforme posible; de esta manera, el porcentaje de huecos ser mayor y

menor la cada de presin requerida para el flujo del lquido de lixiviacin. Esto tambin

induce la uniformidad del grado de lixiviacin de cada partcula slida y una dificultad menor

ocasionada por el acanalamiento del lquido que podra pasar a travs de un nmero limitado

de pasajes a travs del lecho de slidos. La operacin de uno de estos tanques puede seguir

distintos procedimientos. Despus de que el tanque se llena con slido, un lote de disolvente,

lo suficiente- mente grande para sumergir al slido, se puede bombear en el tanque y dejar

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que toda la masa se empape o remoje durante cierto periodo. A lo largo de este periodo, el

lote del lquido puede circularse o no sobre el slido mediante bombeo. Entonces, el lquido

puede drenarse del slido a travs del fondo falso del tanque. Toda esta operacin representa

una etapa. Con la repeticin de este proceso se obtendr la disolucin final de todo el soluto.

Entonces, el nico soluto retenido es el que est disuelto en la solucin que humedece al

slido drenado. ste puede enjuagarse llenando el tanque con disolvente fresco y repitiendo

la operacin tan- tas veces como sea necesario. Un mtodo alternativo es admitir lquido

continuamente al tanque y continuamente separar la solucin resultante, con o sin re-

circulacin de una parte del flujo total. Una operacin de este tipo puede ser equivalente a

muchas etapas. Como la solucin que se obtiene de ordinario es ms densa que el disolvente,

el mezclado por convexin se reduce mediante la per colacin en direccin descendente.

Algunas veces se utiliza el flujo ascendente, con el fin de evitar que se tape el lecho o el filtro

con rebabas, pero esto puede provocar el arrastre excesivo de esas rebabas en el lquido

sobrenadante. Otra modificacin, utilizada con menos frecuencia, es la aspersin continua

del lquido sobre la parte superior, dejando que el lquido gotee a travs del slido, el cual

nunca se sumerge por completo. Hay estudios excelentes sobre los procesos, tcnicas y

qumica de la lixiviacin de minerales.

Retencin del lquido despus del drenado.

Un lecho de slidos granulares, cuyo espacio vaco este completamente lleno de lquido.

Cuando se drena el lquido mediante el efecto de la gravedad, admitiendo aire en los lugares

vacos desde la parte superior del lecho, el flujo del lquido es. Inicialmente, muy elevado.

El flujo va decayendo gradualmente; despus de un periodo relativamente largo ya no ocurre

drenado. Sin embargo, el lecho an contiene lquido. La fraccin del volumen vaco que an

est ocupada por lquido se denomina saturacin residual, s, que slo incluye el lquido

retenido en el exterior de las partculas y no el lquido que pudo haberse retenido dentro de

los poros de un slido poroso. En la parte superior del lecho, el valor de s es constante en s0;

ste representa el lquido que permanece en los huecos y pequeos ngulos entre las

partculas como fajas, mantenidas en su lugar por la tensin superficial. En la parte inferior

del lecho, el lquido est retenido en los espacios vados y los llena completamente (s = 1 .O)

por accin capilar. La altura drenada ZD se define como la altura en donde el valor des es el

promedio entre el rango desde so hasta 1, tal como se muestra en la figura. El valor promedio

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de s para todo el lecho ser el rea entre el eje de las ordenadas y la curva en la figura, dividida

entre la altura del lecho Z,

Spr = (ZZD)S0

Z +

ZD

Z

Un gran nmero de mediciones de ZD en gran variedad de condiciones muestra que, aproximada-

mente:

ZD= 0.275(gc/g)

(k/g)0.5(L/)

En donde K es la permeabilidad del lecho, L. Es la densidad del lquido y la tensin

superficial del lquido. Se ha encontrado que el valor de so depende del grupo (KL/g)(g/gc)

llamado el nmero capilar, como sigue:

0.75, kL

g

g

gc < 0.02

So = 0.0018

(kL/g)(g/gc) ,

kL

g

g

gc >0.02

En estas expresiones se supone que el drenado ocurri bajo la accin de la fuerza de gravedad

nicamente y que el ngulo de contacto entre la superficie lquida y slida es de 180. La

permeabilidad K es la constante de proporcionalidad en la ecuacin de flujo para el flujo la-

minar a travs del lecho

G=kL P g

L Z gc

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En donde p es la cada de presin a travs del lecho y G es la masa velocidad del flujo con

base en la seccin transversal total del lecho. Otra ecuacin que se obtiene

K=2 3

150( 1)2

En donde dp es el dimetro de una esfera con la misma relacin superficie/volumen que las

partculas del lecho y E es el volumen vaco fraccionario.

Ejemplo.

El azcar que queda en un lecho de carbn de hueso que se utiliz para decolorarlo, se

va a lixiviar inundando el lecho con agua; posteriormente, el lecho se drenara de la so-

lucin de azcar resultante. El dimetro del lecho es 1 m, la profundidad 3.0 m, la

temperatura es 65 . La solucin de azcar que se drena tiene una densidad de 1 137

kg/m3 (71 lbm/ft3) y una tensin superficial de 0.066 N/m. La densidad global del carbn

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es 960 kg/m3 (60 lbm/ft3) y la densidad individual de partcula es 1 762 kg/m3 (110

lbm/ft3). Las partculas tienen una superficie externa especfica de 16.4 m2/kg (80

ft2/lbm). Calcular la masa de solucin que queda retenida an en el lecho despus de

que se ha detenido el goteo de la solucin. Expresarla tambin como masa de

solucin/masa carbn de hueso seco.

Solucin:

Volumen vaco fraccionario=

= 1 - densidad global

densidad de la particula

= 1- 960

1762 = 0.455 m3 vacio/m3 lecho

Superficie de la partcula.

ap= superficie externa especifica

densidad global

ap= 16.4 m2/

960 kg/m3

ap = 15774 m2/m3 lecho

dp= 6(1)

ap

dp= 6( 10.455)

15774= 2.077*10-4 m

19

K=2 3

150( 1)2

K=(2.077104)2 (0.455)3 (9.807)

150( 10.455)2

K= 8.94*10-10 m3/S

kL

g

g

gc =

(8.941010)(1137)(9.81)

(9.81)(0.066) = 1.54*10-5

Como kL

g

g

gc < 0.02. Se toma un valor So = 0.75

ZD= 0.275(gc/g)

(k/g)0.5(L/)

ZD= 0.275(1/9.81)

[(8.941010)/(9.81)]0.5(1137/0.066) = 0.1705 m

Con Z= 3 m

Spr = (30.1705)0.75

3 +

0.1705

3

Spr = 0.1276

vol. liquido retenido

vol.de lecho= Spr *

20

vol. liquido retenido

vol.de lecho= 0.1276* 0.455 = 0.0581 m3/m3

Masa de lquido en lecho = 0.0581(1)23

4(1137) =155.6 kg

Masa liquido

masa solido seco=

0.05811137

1960 = 0.069 kg/kg

Percolacin en tanques cerrados Cuando la cada de presin para el flujo del lquido es demasiado grande para el flujo por

gravedad, se deben utilizar tanques cerrados y bombear el lquido a travs del lecho de slido.

Algunas veces estos tanques reciben el nombre de difusores. Los tanques cerrados tambin

son necesarios para evitar las prdidas por evaporacin cuando el disolvente es muy voltil

o cuando se desean temperaturas superiores al punto normal de ebullicin del disolvente. Por

ejemplo, algunos taninos se tratan por lixiviacin con agua a 120 C, 345 kN/m2 (50 psi) de

presin en tanques cerrados de percolacin. Los diseos varan considerablemente, segn su

aplicacin.

Lixiviacin en filtro prensa

Los slidos finamente divididos, demasiado finos para ser tratados por percolacin en

tanques de percolacin relativamente profundos, pueden filtrarse y lixiviarse en el filtro

prensa por bombeo del disolvente a travs de la torta de la prensa. Evidentemente, esta

prctica es comn en el lavado de las aguas madres de precipitados que se han filtrado.

Tanques con agitacin

El acanalamiento del disolvente en la percolacin o en la lixiviacin mediante filtros prensa

de lechos fijos, y su lenta e incompleta lixiviacin subsecuente, pueden evitarse mediante la

agitacin del lquido y el slido en tanques de lixiviacin. Para slidos gruesos, se han

diseado muchos tipos de tanques con agitacin En estos casos, los tanques cilndricos

cerrados se colocan en forma vertical y se les ponen remos o agitadores sobre ejes verticales,

lo mismo que fondos falsos para el drenado de la solucin de lixiviacin al final del proceso.

En otros casos, los tanques son horizontales, con el agitador colocado sobre un eje horizontal.

21

En algunos casos, un tambor horizontal es el tanque de extraccin y el slido y el lquido se

golpean dentro mediante la rotacin del tambor sobre rodillos.

Estos aparatos se operan por lotes y proporcionan una sola etapa de lixiviaci6n. Se pueden

utilizar solos, pero con frecuencia tambin se utilizan en. Bateras colocadas para la

lixiviacin a contracorriente. Se han utilizado bastante en las instalaciones europeas ms

antiguas y en las sudamericanas, para la lixiviacin de aceites vegetales a partir de semillas;

empero, son raros en Norteamrica.

Los slidos finamente divididos se pueden suspender en los disolventes de lixiviacin por

agitacin; para la operacin por lotes se utiliza una gran variedad de tanques con agitacin.

Estos tanques pueden construirse de madera, metal o concreto y pueden cubrirse con un metal

inerte como plomo, segn la naturaleza del lquido de lixiviacin. La agitacin se lleva a cabo

pasando aire a travs de la suspensin: las burbujas de aire ascienden a travs del tubo central

y causan el flujo ascendente de lquido y del solido suspendido en el tubo; en consecuencia,

provocan la circulacin vertical del contenido del tanque. Los agitadores mecnicos estndar,

con impulsores del tipo de turbina por ejemplo, tambin pueden utilizarse para mantener los

slidos finamente divididos en suspensin en el lquido. Despus de terminar la lixiviacin,

la agitacin se detiene, el slido se deja sedimentar en el mismo tanque o en uno separado y

el lquido sobrenadante, claro, puede decantarse mediante sifoneo sobre la parte superior del

tanque, o separndolo a travs de tuberas de descarga colocadas a un nivel apropiado a un

lado del tanque. Si los slidos estn finamente divididos y se sedimentan en un slido

comprimible, la cantidad de solucin retenida en los slidos sedimentados ser considerable.

La agitacin y la sedimentacin con varios lotes de disolvente de lavado sern necesarias

para recuperar las ltimas huellas de soluto; esto puede hacerse a contracorriente.

OPERACIN EN ESTADO ESTACIONARIO (CONTINUO)

El equipo para las operaciones en estado estacionario continuo puede clasificarse en dos

grandes categoras principales: operado por etapas o en contacto continuo. Algunas veces, el

equipo por etapas puede montarse en unidades mltiples, para producir efectos de varias

etapas; el equipo de contacto continuo puede proporcionar el equivalente a muchas etapas en

un nico aparato.

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Lixiviacin durante el molido. Muchos solidos deben ser molidos para que las porciones solubles sean accesibles a los

disolventes de lixiviacin; adems, si se practica el molido hmedo continuo, parte de la

lixiviacin puede lograrse en ese momento. Por ejemplo, del 50 al 75% del oro soluble puede

disolverse mediante la molienda del mineral en presencia de una solucin de cianuro. En

forma similar, las semillas de ricino se muelen en un molino por frotacin con un disolvente

para el aceite de ricino. El lquido y el slido fluyen a travs de un molino en paralelo y, en

consecuencia, tienden a alcanzar su concentracin en el equilibrio. Por lo tanto, estas

operaciones son lixiviaciones en una sola etapa y generalmente se completan mediante

operaciones de agitacin o lavado adicionales, como se describir posteriormente.

Tanques con agitacin

Los slidos finamente molidos que son fciles de suspender en lquidos por medio de la

agitacin, pueden lixiviarse continuamente en cualquiera de los muchos tipos de tanques con

agitacin. stos pueden utilizarse para el flujo continuo del lquido y del slido en y fuera 1

tanque y deben disearse con cuidado para que no haya acumulacin del slido. Debido al

mezclado completo que se obtiene de ordinario, estos aparatos funcionan una sola etapa;

adems, el lquido y el slido tienden a alcanzar el equilibrio en el tanque.

Pueden utilizarse los tanques agitados mecnicamente, para los cuales es probable, que el

agitador de tipo de turbina sea generalmente el ms adecuado. Los tanques Pachuca se

utilizan frecuentemente en las industrias metalrgicas. El agitador de Dorr utiliza tanto el

principio de transporte de material con aire como el raspado mecnico de los slidos; es muy

usado tanto en la industria metalrgica como qumica para la lixiviacin continua y el lavado

de slidos finamente divididos. El eje central hueco del agitador acta como un transporte de

material con aire y al mismo tiempo gira lentamente. Los brazos unidos a la parte inferior del

eje raspan los slidos sedimentados hacia el centro del fondo del tanque, en donde se levantan

mediante la elevacin de aire a travs del eje hasta unos lavadores unidos a la parte superior.

Entonces, los lavadores distribuyen la mezcla elevada de lquido y slido sobre toda la

seccin transversal del tanque. Los brazos de raspado pueden levantarse para eliminar los

slidos que hayan quedado sedimentados en ellos durante el tiempo en que la mquina no

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funcion; tambin tienen unas tuberas de aire auxiliares para favorecer la eliminacin del

slido sedimentado. Para slidos de tamao variado, la operacin del agitador puede ajustarse

de tal forma que las partculas gruesas, que pueden requerir mayor tiempo de lixiviacin,

permanezcan en el tanque por periodos ms largos que las finas. Estos agitadores

generalmente se construyen en tamaos que van desde 1.5 hasta 12 m de dimetro. El tiempo

de retencin promedio en un tanque agitado puede calcularse dividiendo el contenido del

tanque entre el flujo en el tanque. Esto se puede hacer separadamente para el slido y el

lquido; el tiempo de retencin para cada uno ser diferente si la relacin de las cantidades

de ambos en el tanque es diferente de la que hay en la alimentacin. El tiempo promedio de

retencin del slido debe ser el suficiente para lograr la accin de lixiviacin requerida. Por

supuesto, las partculas individuales de slido pueden causar un corto circuito en el tanque

(mezclado axial); esto significa que las partculas cruzan en tiempos mucho ms cortos que

10s tiempos promedio calculados y que en consecuencia, disminuye la eficiencia de la etapa.

Este corto circuito puede eliminarse pasando la mezcla de slido-lquido a travs de una serie

de pequeos tanques con agitacin, uno despus del otro; la suma de los tiempos de retencin

promedio ser el tiempo necesario para la lixiviacin. Esto puede lograrse fcilmente con el

flujo por gravedad de la suspensin, colocando cada tanque en serie, a niveles

progresivamente ms bajos. Por lo general, bastan tres tanques en serie para reducir el corto

circuito a una cantidad despreciable. Debe observarse que, como el lquido y el slido pasan

a travs de estos tanques en flujo paralelo, la serie completa sigue equivaliendo a una sola

etapa.

Espesadores

Los espesadores son aparatos mecnicos diseados especialmente para aumentar en forma

continua la relacin de slidos a lquido en una suspensin diluida de partculas muy finas

mediante la sedimentacin y la decantacin, con lo cual se produce un lquido claro y un lodo

espeso en forma de dos productos separados. Los espesadores pueden utilizarse antes que

cualquier filtro para reducir los costos de filtracin. Dado que los dos efluentes se pueden

bombear y, en consecuencia, ser transportados fcilmente, los espesadores se utilizan con

frecuencia para lavar los slidos lixiviados y los precipitados qumicos, para eliminar la

solucin adherente en un arreglo continuo a contracorriente en varias etapas; esta aplicacin

es la que interesa aqu.

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Midrociclones

Similares a los utilizados para la clasificacin por tamaos de slidos pueden utilizarse

tambin como separadores solido-liquido en lugar de los espesadores, en el lavado a

contracorriente de los slidos en lechada.

Lixiviacin contina de slidos gruesos

Se han utilizado muchos aparatos ingeniosos para mover a los slidos en forma continua a

travs de un aparato de lixiviacin, de forma que se pueda obtener la accin a contracorriente.

A excepcin de los clasificadores, que se utilizan principalmente en las industrias

metalrgicas, estas mquinas se construyeron principalmente para los problemas especiales

de manejo de slidos, que se presentaban en la lixiviacin de remolacha y de semillas

vegetales como la semilla de algodn, soya y similares.

Clasificadores

Los slidos gruesos pueden lixiviarse o con ms frecuencia lavarse de la solucin o soluto

adheridos, en algunos tipos de maquinaria que se utilizan con frecuencia en las industrias

metalrgicas para la clasificacin de acuerdo con el tamao de la partcula. Los slidos se

introducen en un tanque, que tiene un fondo inclinado y que est parcialmente lleno de

disolvente. Los rastrillos, a los cuales se les da un movimiento de elevacin alternante y

circular con un mecanismo motriz, raspan a los slidos en forma ascendente a lo largo del

fondo del tanque y fuera del lquido. En la parte superior del tanque los slidos se drenan y

descargan. El lquido se derrama en la parte ms profunda del tanque. La concentracin de

soluto en el lquido es razonablemente uniforme en todo el tanque, debido a la agitacin con

los rastrillos; as el aparato produce la accin de una sola etapa. Pueden colocarse varios

clasificadores en una cascada para la accin a contracorriente continua en varias etapas, en

cuyo caso pueden operarse mediante un solo mecanismo motor.

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Lixiviacin de semillas vegetales Las semillas de algodn, soya, semillas de lino, cacahuates, salvado, ricino y muchos otros

productos similares, con frecuencia sufren la accin de lixiviacin, o extraccin, con

disolventes organices que separan los aceites vegetales que con- tienen. Las semillas

generalmente deben prepararse en forma especial para obtener la mejor lixiviacin; esto

puede emitir el descascarar, precocinar, el ajuste del contenido de humedad (agua) y el

prensado o formacin de hojuelas. Algunas veces, una parte del aceite se elimina inicialmente

en forma mecnica mediante ex- pulsin o prensado. Generalmente, los disolventes de

lixiviacin son naftas de petrleo, para muchos aceites una fraccin muy cercana al hexano;

los hidrocarburos clorados dejan un residuo demasiado txico para el alimento lixiviado y no

puede utilizarse para la alimentacin animal. La solucin aceite-disolvente, que por lo

general contiene una pequea cantidad de slidos suspendidos, finamente divididos, se

conoce como miscela y los s6lidos lixiviados como marca, En esta industria, los

diferentes aparatos de lixiviacin generalmente se conocen como extractores.

El Rotocel es bsicamente una modificacin del sistema de Shanks en donde los tanques de

lixiviacin se mueven continuamente, de forma que permiten la introduccin y descarga

continua de los slidos. Un rotor circular que contiene 18 celdas, cada una con un fondo de

pantalla para sostener los slidos, gira lentamente alrededor de un tanque estacionario con

compartimientos. Al girar el rotor, cada celda pasa a su vez debajo de un aparato especial

para alimentar las semillas preparadas y bajo una serie de aspersores mediante los cuales cada

una se empapa con el disolvente para la lixiviacin. Despus de casi una vuelta, el contenido

lixiviado de cada celda se arroja automticamente a uno de los compartimientos inferiores

estacionarios, de los cuales se sacan continuamente. El disolvente de cada aspersin se

percuela en forma descendente a travs del slido y de la pantalla de soporte en el comparti-

miento apropiado del tanque inferior, del cual se bombea continuamente para la siguiente

aspersin. La lixiviacin es a contracorriente y la solucin ms concentrada se obtiene con

las semillas ms frescas. Varios aparatos ingeniosos son necesarios para mantener una

operacin sencilla; toda la mquina est encerrada en una estructura sellada para evitar que

los vapores del disolvente escapen.

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El extractor francs de canasta estacionaria es una variante del Rotocel. Las hojuelas se

encuentran en lechos con compartimientos, estacionarios, llenos de una fuente giratoria para

alimentar los s6lidos; la lixiviacin con el disolvente y la miscela es a contracorriente.

El extractor de Kennedy es otro aparato por etapas que se haba utilizado desde 1927, para la

lixiviacin de taninos en la corteza de roble. Ahora se utiliza para las operaciones de

lixiviacin de los aceites de semillas y otras operaciones de lixiviacin qumica. Los slidos

se lixivian en una serie de tinas y se empujan de una a otra mediante unos remos para formar

una cascada, mientras que el disolvente fluye a contracorriente. Unas perforaciones en los

remos permiten el drenado de los slidos entre etapas; los slidos se desprenden de cada remo

(por raspado), tal como se muestra. En una cascada se pueden colocar tantas tinas como sea

necesario.

Mtodos de clculo

Es importante que se haga un clculo aproximado del grado de lixiviacin obtenible mediante

cierto procedimiento, es decir, de la cantidad de sustancia soluble lixiviada de un slido; con

este propsito ha de conocerse el contenido inicial de soluto del slido, el nmero y cantidad

de los lavados con el disolvente de lixiviacin, la concentracin de soluto en el disolvente de

lixiviacin, si hubo lixiviacin, y el mtodo que se emple para efectuarla (por lotes o a

contracorriente continua). En forma alternativa, quizs se necesite calcular el nmero de

lavados, o nmero de etapas, requeridos para reducir el contenido de soluto del slido hasta

algn valor dado; debern conocerse entonces la cantidad y la concentracin de soluto en el

disolvente de lixiviacin.

Eficiencia de las etapas

Si se considera una operacin sencilla de lixiviacin por lotes, en la cual el slido se va a

lixiviar con una cantidad de disolvente mayor que la necesaria para disolver todo el soluto

soluble; en dicha operacin el slido no adsorbe de modo preferente ni al disolvente ni al

soluto. Si se proporciona un tiempo adecuado de contacto entre el slido y el disolvente, todo

el soluto se disuelve; entonces, la mezcla es una suspensin de slidos insolubles sumergidos

en una solucin de soluto en el disolvente. Luego, las fases insolubles se separan fsicamente

por sedimentacin, filtracin o drenado y toda la operacin constituye una sola etapa. Si la

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separacin mecnica del slido y el lquido fuese perfecta, no habra soluto asociado con el

slido que sale de la operacin y se habra logrado en una sola etapa la separacin completa

del soluto y del slido insoluble. sta sera una etapa ideal, con una eficiencia de etapa del

100%. Sin embargo en la prctica, la eficiencia de las etapas es generalmente bastante menor

que sa:

(1) es posible que el soluto no se haya disuelto por completo debido a un tiempo insuficiente

de contacto

(2) probablemente sea imposible realizar una perfecta separacin mecnica del lquido-

slido, as que los slidos que salen de la etapa siempre retendrn cierta cantidad de lquido

y de soluto disuelto asociado. Cuando el soluto es adsorbido en el slido, la sedimentacin o

drenaje imperfectos darn una eficiencia menor de etapa, aunque se logre el equilibrio entre

la fase lquida y slida.

Equilibrio prctico.

Por lo general, ser ms sencillo realizar los clculos grficamente, como en otras

operaciones de transferencia de masa; para esto se requiere la representacin grfica de las

condiciones en el equilibrio. Es ms sencillo utilizar las condiciones prcticas en el equilibrio,

las cuales consideran directamente la eficiencia de las etapas; pueden utilizarse

completamente o en parte, de modo similar a como se hizo en la absorcin de gases y en la

destilacin. En los casos ms sencillos se debe trabajar con sistemas de tres componentes,

que contienen el disolvente puro

(A), el slido acarreador insoluble (B) y el soluto soluble (C).

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Tipos de curvas en el equilibrio que se pueden obtener cuando el soluto C es

infinitamente soluble en el disolvente A, de forma que x y y pueden tener valores

que van desde 0 hasta 1 . Esto ocurre en el caso del sistema aceite de soya (C)-

alimentacin de soya (B)-hexano (A), en donde el aceite y el hexano son

infinitamente solubles.

Aplicaciones de la lixiviacin.

1) Extraccin de componentes deseados

Extraccin de azcar de la caa o de la remolacha

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2) Fabricacin de caf y te solubles ( instantneos)

3) Extraccin de aceites de semillas oleaginosas

4) Extraccin de componentes, tales como:

Pigmentos pectina vitaminas

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ANEXOS

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BIBLIOGRAFIA

McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriot, P. (2007). Operaciones Unitarias e Ingenieria Quimica.

McGRAW-HILL.

Treybal, R. E. (s.f.). Operaciones de Transferencia de Masa. McGRAW-HILL.

Wankat, P. (2008). Ingenieria de procesos de separacion. Mexico: pearson educacion.