documentsx

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO INGENIERÍA EN MINAS

PROFESORES

Pedro Muñoz

Luis Vilches

AYUDANTES

Ignacio Tapia

Ignacia Vega

Extracción por Solventes (SX)

Procesos Hidrometalúrgicos

Extracción por Solventes (SX) Lab Procesos Hidrometalúrgicos

Primer Semestre 2015

2

Conceptos básicos

¿Qué es la extracción por solventes?

Proceso químico de separación, que trae como consecuencia la purificación y concentración de

las soluciones. Se generan soluciones aptas para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica y

comercialización directa del cátodo obtenido.

Las especies solubles que se encuentran en una determinada fase líquida (PLS) se distribuyen

preferencial y selectivamente en una segunda fase, también líquida. Estas fases son inmiscibles entre sí.

En la mayoría de los casos la primera de estas fases, o fase portadora, de las sustancias disueltas está

constituida esencialmente por agua, y la otra, fase extractante, es de naturaleza orgánica.

La extracción por solventes (SX), es uno de los procesos más efectivos y económicos para

purificar, concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas,

provenientes de procesos de lixiviación.

¿A qué se aplica?

Si tomamos el proceso de extracción por solventes de manera independiente, podemos decir que

se puede aplicar a numerosos elementos o metales. La condición es que exista un extractante que sea

capaz de separar este elemento de interés de la solución que la contiene. En la minería del cobre se

utiliza como proceso posterior a la lixiviación y una vez realizada la extracción por solventes se entiende

que el proceso que sigue es el de electro-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.

¿Cuáles son sus Objetivos?

La separación y purificación de uno o más metales de interés de las soluciones que los contienen,

las que suelen tener impurezas. La separación consiste en extraer el o los metales deseados

desde soluciones o a la inversa, extraer las impurezas de la solución, dejando el o los metales

deseados en ella.

Concentrar los metales disueltos para disminuir los volúmenes a procesar y así reducir los costos

del proceso siguiente (EW para el caso del cobre).

Transferir los metales disueltos desde una solución acuosa compleja a otra solución acuosa

diferente, que simplifique el proceso siguiente.



3

Descripción del proceso:

El proceso de extracción por solventes se basa en una acción reversible de intercambio iónico

entre dos fases inmiscibles; la fase orgánica (que contiene al extractante) y la fase acuosa:

AOOA HCuRHRCu 22

el sentido de la reacción está controlado por la acidez (pH) de la solución acuosa.

En el proceso global de extracción por solventes intervienen 2 etapas: de extracción y de re-extracción o

stripping y se distinguen tres momentos fundamentales:

1. El líquido extractante se agrega a la solución primaria (PLS) y se conecta con el ion metálico, que

queda formando parte del extractante, lo cual corresponde a la etapa de extracción.

2. Enseguida, este complejo extractante - ion metálico - es separado de la solución y llevado a una

solución secundaria en el ion metálico, lo que corresponde a la separación de 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 de impurezas, óptima para

el proceso siguiente de electro-obtención.

Los sistemas de extracción por solventes tienen tres componentes básicos:

Soluto a extraer

Solvente acuoso

Extractante orgánico

El proceso de extracción por solventes se basa en la reacción reversible de intercambio iónico que

tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la fase orgánica que corresponde al reactivo extractante disuelto

en un diluyente orgánico, y la fase acuosa que corresponde a la solución.



4

Extracción.

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

orgánica (orgánico descargado), para extraer selectivamente el cobre obteniendo una solución pobre en

cobre, llamada refino, que es reciclada a la etapa de lixiviación en pilas. Además se obtiene en esta etapa

una fase orgánica cargada, que es avanzada a la siguiente etapa.

Cabe señalar que la mezcla resultante por la agitación se deja decantar para que se separe en dos

capas o fases. . La fase superior corresponde a la capa orgánica, que se mantiene allí debido a su menor

peso específico. En esta fase orgánica, que se conoce como fase cargada o fase extracto, se encuentra

retenido el ion metálico de interés formando un complejo orgánico-metálico.

Re extracción (Descarga)

La etapa de re extracción del reactivo consiste en la recuperación de la especie metálica desde la

fase orgánica, con la regeneración simultánea de las capacidades extractivas de la fase orgánica, lo que

permite ser reutilizada en otra extracción.

En síntesis, de la etapa de re extracción se obtiene una solución de orgánico descargado sin

cobre, que es recirculado a la etapa de extracción, y una solución rica en iones de cobre de baja acidez, la

que es enviada a la siguiente etapa, la electro obtención.



5

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 de interés. La fase orgánica

está constituida por un reactivo, causante de las acciones de extracción y descarga, y un diluyente, que

actúa como medio físico disolvente y portador. El componente activo de fase orgánica es llamado

también extractante, solvente o reactivo.

Hoy en día se conocen extractantes para casi todos los metales, Alguna de las características que

debe cumplir un extractante para que sea económicamente aceptable en hidrometalurgia son:

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

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

Ser de fácil regeneración en sus características físico -químicas para una rápida recirculación a la

etapa de extracción.

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

Ser estable en la condición del circuito, de manera de ser reutilizado muchas veces, por ende

estable frente al ataque de ambientes ácidos o alcalinos.

Ser soluble en diluyentes orgánicos económicos.

Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia neta eficaz 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.

Se ha de tener presente que si se quiere hacer que aumente la carga que transporta el orgánico

se puede recurrir a forzar los equipos de mezclado o realizar mezclas por tiempos muy extensos, lo que

puede llegar a tornar el proceso antieconómico, además utilizar toda esta energía en aumentar el nivel

de carga, significará a su vez, una mayor cantidad de energía para la descarga, además que el tiempo en

que la mezcla se deshaga (separación de fases) puede ser mayor. Por ende es mejor operar con un nivel

de carga aceptablemente menor obtenido con relativa facilidad, en tiempos, en todo sentido, menores.

Es importante destacar que en este tipo de circuitos es preferible que exista un circuito nivel de carga

circulante a tratar de realizar una completa descarga de la fase orgánica, con el considerable perjuicio

económico que puede generar.

La capacidad de carga puede aumentarse también con mayores concentraciones del reactivo y

menores del diluyente, pero se ha de tener en cuenta que esto producirá también un aumento en la

viscosidad, produciendo esto un problema al momento de que se separen las fases. Por ende aumentar

la concentración puede considerarse sólo hasta un cierto límite.

En general la extracción por solventes es un proceso bastante rápido a temperatura ambiente, y

el equilibrio se suele alcanzar sólo con algunos minutos de mezclado.

Respecto a la selectividad, cabe decir que, se mide como una relación entre las extracciones de

dos compuestos en igualdad de condiciones para la extracción. Cabe destacar que ningún reactivo es

selectivo para un único metal en todas las condiciones, sino que pueden existir muchos reactivos



6

selectivos para un solo metal en ciertas condiciones.

La selectividad depende de las condiciones de operación y del entorno físico -químico de la

alimentación. El desafío esta en lograr ajustar las condiciones que presenta una solución de lixiviación

propuesta a las características de selectividad de los reactivos disponibles, para así obtener el óptimo

buscado.

En general se puede decir que existen cinco clases o tipos de reactivos orgánicos que sirven como

extractantes para metales o complejos metálicos estos son los reactivos del tipo:

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 ácido sulfúrico.

Características del Diluyente

La fase orgánica está compuesta por uno, dos, o tres componentes: el extractante, el diluyente y

algún modificador. La mayoría de los reactivos deben ser diluidos antes de ser utilizados. El diluyente se

utiliza para reducir la viscosidad de la fase orgánica, permitiendo que fluya fácilmente, y también para

reducir la excesiva concentración del extractante orgánico activo, de manera de actuar la concentración

del extractante con el contenido de metal de la solución de lixiviación. El diluyente es el componente de

la fase orgánica que está presente en mayor proporción dentro de ella. Un buen diluyente debería

cumplir con las siguientes características:

Solubilizar al extractante y al complejo órgano-metálico formado por la reacción del metal con el

extractante.

Ser insoluble en la fase acuosa.

Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la sepa ración de fases.

Tener una pureza adecuada y estar libre de componentes extraños.

Ser químicamente estable en las condiciones del circuito.

Tener un alto punto de inflamación.

Tener bajas perdidas por evaporación, ser disponible en grandes cantidades bajo costo.

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

Se ha de destacar que el mejor diluyente para una operación de SX no necesariamente es el más

adecuado para otra, los más usados son Keroseno (uranio y cobre), Benceno, Hexano. Aunque el

benceno no se ocupa por ser cancerígeno. Respecto a las variables de la solución acuosa que afectan el

proceso de SX podemos mencionar: Acidez libre expresada por el pH, el potencial de óxido – reducción

expresado por Eh, la concentración de aniones complejantes, y la temperatura.



7

Experiencia de Laboratorio

Para realizar este procedimiento y en general para que un proceso sea exitoso siempre es

necesario caracterizar de manera correcta y detallada el material que se utilizará. Es por eso que se

requieren los siguientes ítems antes de comenzar a trabajar.

Datos de entrada requeridos:

Caracterización de Solución: Corresponde a los datos de ley o concentración de los metales de

interés e impurezas contenidas en la solución.

Proporción PLS-Orgánico: Esta es necesaria para saber cuánto mezclar de cada fase para realizar

la extracción y/o reextracción. En este caso la proporción es 1:1.

Mezcla Orgánico: Es necesario saber en qué proporción se combina el extractante con el

diluyente para poder formar la solución orgánica. Esta se hará en proporción 3:1 (solvente:

extractante), es decir si usaremos 400 ml de PLS y 400 ml de solución orgánica, esta debe tener

300 ml de solvente y 100 ml de extractante orgánico.

Solución Ácida: Debe ser adecuada en sus características para la etapa de reextracción.

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 a este tiempo se estaría utilizando

energía innecesariamente. Para efectos de laboratorio se realizará con 3 tiempos distintos pero

en la realidad se usa un tiempo fijo que oscila entre los 6 minutos aproximadamente.

Materiales y herramientas:

Para realizar la experiencia se necesitará lo siguiente:

Embudos separadores de fases (orgánico-liquido), con pedestal.

Vaso precipitado contenedor de soluciones (solución orgánica y pls).

Agitador de varilla.

Frascos de 100cc para muestras, pipetas, papel Ph, reloj, papel filtro.

Ácido sulfúrico y guantes de plástico.

Procedimiento experimental:

Para poder contar con los datos necesarios debemos realizar las siguientes acciones correspondientes 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 tiempo

determinado.



8

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 las diferentes

muestras restantes.

9. Una vez terminada la toma de muestras de la etapa de Extracción, procedemos a sacar la fase

orgánica cargada.

10. Separamos la fase con el orgánico cargado.

11. Colocamos en el recipiente para mezclar el orgánico cargado junto con la solución ácida a utilizar

en la Reextracción.

12. Repetir los pasos 5, 6 y 7 las veces necesarias repitiendo los mismos tiempos utilizados en la

etapa anterior (Extracción).

13. Separar y aislar el electrolito rico que contiene el metal de interés, este es el que se lleva

posteriormente a la etapa de Electro obtención (EW).

Aplicación en la Industria

Si bien es cierto conocer la forma de dimensionar y realizar el cálculo de una planta de estas

características es necesario, no se abarca en esta guía puesto que no entra en los alcances del

laboratorio. Sin embargo se mencionarán algunos aspectos fundamentales para tener presente.

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

necesario realizar dimensionamientos. 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.



9

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

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

Lomas Bayas.

Mantos Blancos

Mantoverde.

Michilla.

Quebrada Blanca.

El Tesoro.

Zaldivar.

Codelco Norte (Hidro Norte Ex RT, Hidro Sur Óxidos ex mina sur, Hidro Sur Sulfuros ex SBL)

documentsx

Documents