EXTRACCIÓN POR SOLVENTES
Claudio Vásquez Valdenegro
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES El proceso de extracción por solvente se define como un proceso de purificación y concentración de soluciones, al término del cual, se generan soluciones aptas (en términos de concentración de cobre e impurezas) para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica.
Su aplicación en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de mena menass oxid oxidad adas as que por por méto método doss trad tradic icio iona nale less serí serían an invi inviab able less de procesar. El proceso permite tratar minerales de baja ley, con niveles variables de impurezas, obteniéndose soluciones concentradas y puras, aptas para electro obtención.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES El proceso de extracción por solvente se define como un proceso de purificación y concentración de soluciones, al término del cual, se generan soluciones aptas (en términos de concentración de cobre e impurezas) para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica.
Su aplicación en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de mena menass oxid oxidad adas as que por por méto método doss trad tradic icio iona nale less serí serían an invi inviab able less de procesar. El proceso permite tratar minerales de baja ley, con niveles variables de impurezas, obteniéndose soluciones concentradas y puras, aptas para electro obtención.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Para producir la extracción efectiva del cobre disuelto en la solución posterior a la lixiviación, se utiliza un reactivo compuesto por dos líquidos miscibles entre sí que forman una solución orgánica: EXTRACTANTE EXTRACTANTE Y DILUYENTE.
El extractante es la sustancia que actúa químicamente, es decir, el que participa de la reacción de intercambio.
El diluyente mejora las propiedades propiedades físicas del extractante, bajando su viscosidad y densidad.
El papel del diluyente es producir una fase orgánica con propiedades físicas que favorezca el proceso de separación separación de fases, con el mínimo de arrastre de una fase en otra.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Para que un reactivo pueda ser usado industrialmente debe contar con una buena combinación de la mayor parte de las siguientes características ideales para un reactivo extractante orgánico:
- Extraer el cobre con la máxima selectividad posible desde la solución que los contiene.
- Ser descargable hacia una solución desde donde pueda ocurrir, en forma sencilla, la recuperación del metal.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES - Ser de fácil regeneración en sus características físicoquímicas, para una expedita recirculación a la etapa de extracción.
- Ser lo mas inmiscible posible con la solución acuosa que contiene el cobre.
- Ser soluble en diluyentes orgánicos económicos.
- Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia neta eficaz del metal extraído.
EXTRACCIÓN POR SOLVENTES -
Cargar y descargar el metal con facilidad, lo bastante rápido como para que los tiempos de mezclado resulten en equipos razonablemente económicos.
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Ser de fácil separación de la fase acuosa, es decir, que su inmiscibilidad sea efectiva y que la separación logre eficientemente en tiempos razonablemente breves. Esta propiedad está directamente relacionada con el tamaño de los equipos.
-
No debe promover emulsiones estables, que permitan una rápida separación de fases.
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No debe transferir especies nocivas desde la descarga a la extracción y viceversa.
-
Debe tener un costo económico adecuado.
TRANSFERENCIA NETA
EXTRACCIÓN DE METALES EN FUNCIÓN DEL pH
CARACTERÍSTICAS DEL DILUYENTE En un circuito de SX la fase orgánica normalmente esta conformada por uno, dos o tres componentes: el extractante, el diluyente y algún modificador.
El diluyente se usa, para reducir la viscosidad de la fase orgánica permitiendo que fluya fácilmente y, también, para reducir la excesiva concentración del extractante orgánico activo y, de esta manera, poder adecuar la concentración de dicho extractante con el contenido de metal de la solución de lixiviación. El diluyente es, por lo general, el componente de la fase orgánica que ésta presente en mayor proporción dentro de ella.
CARACTERÍSTICAS DEL DILUYENTE Un buen diluyente debiera cumplir con la mayoría de las siguientes características:
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Solubilizar al extractante y al complejo organometálico formado por la reacción del metal con el extractante.
-
Ser insoluble en la fase acuosa y completamente soluble con el extractante.
CARACTERÍSTICAS DEL DILUYENTE
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Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para en relación con la fase acuosa para favorecer la separación de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra.
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Tener una pureza adecuada y estar libre de componentes extraños, con el objeto de minimizar la formación de borras (crud). En toda planta de extracción por solvente existe formación de una tercera fase llamada crud, su formación provoca serios problemas en la separación de fases y en el arrastre.
CARACTERÍSTICAS DEL DILUYENTE -
Ser químicamente estable bajo todas las condiciones del circuito.
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Tener un alto punto de inflamación (flash point), por encima de la temperatura más alta prevista para la operación del circuito SX. (punto de ignición mayor que 75°C)
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Tener bajas pérdidas por evaporación (evaporación mayor que 200°C).
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No interferir perjudicialmente en la química de las reacciones de extracción y descarga del metal.
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Estar disponible con facilidad y a bajo costo.
CARACTERÍSTICAS DEL DILUYENTE El mejor diluyente para un determinado sistema de SX puede no ser el más recomendable para otro sistema SX diferente. Cada planta debe preocuparse de estudiar cuál es el más adecuado para sus propias condiciones de operación y localización de la planta. Normalmente el diluyente se puede comportar como un compuesto químicamente inerte, sin embargo, existen ocasiones como en que también influye en el comportamiento del reactivo y puede ser un partícipe
esencial
en
operacionales del proceso.
el
éxito
o
eventuales
dificultades
MECANISMO DE ACCIÓN El proceso de extracción por solventes se basa en una reacción reversible de intercambio iónico entre dos fases inmiscibles; la fase orgánica (que contiene al extractante) y la fase acuosa:
(Cu+2) A + 2(HR)O ↔ (CuR2)O + 2(H+) A 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 reextracción.
MECANISMO DE ACCIÓN
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN La solución de lixiviación o PLS, con baja acidez (pH entre 1.5 y 2.5), se contacta en mezcladores-sedimentadores con la fase orgánica de muy bajo contenido en cobre (orgánico descargado). Debido a la baja acidez de la solución acuosa, la reacción anterior se desplaza hacia la derecha, obteniéndose después que ambas soluciones han pasado por todas las etapas de extracción, una fase orgánica con alto contenido en cobre (orgánico cargado) y una fase acuosa (refino) que ha entregado gran parte del cobre que contenía a la fase orgánica.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN Reacción de extracción, la reacción de equilibrio se desplaza a la de derecha por la concentración de ácido presente en la fase acuosa.
Por cada un mol de cobre extraído se consumen dos moles de extractantes.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN En las etapas de extracción se transfiere parte del cobre de la fase acuosa al orgánico.
Dado que los extractantes que se utilizan son selectivos para el cobre, las impurezas permanecen en la solución acuosa.
La selectividad de un extractante normalmente se mide en relación a la posible coextracción de ión férrico.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN El refino es retornado a lixiviación, por cada 1gr de Cu +2 que se transfiere al orgánico, se regenera en la solución acuosa 1,54gr de H2SO4 De esta manera el refino gana en acidez con lo cual se .
debe recircular esta solución a la etapa de lixiviación.
Haciendo un balance de masas es posible determinar la concentración de ácido en el refino en función de la cantidad de cobre extraído.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN En general, el control del intercambio se produce mediante el pH. Para que ocurra la operación de extracción, debe haber poco ácido y tener una acidez libre que no supere unos 15 g/l de H2SO4. Esto, en unidades de pH, equivale a que éste sea superior a un mínimo del orden de pH 1,4 y en lo posible, se acerque a pH 2.0. Esta baja acidez hace tender la reacción hacia la derecha. El intercambio es estequiométrico y, por lo tanto, se produce con una relación constante, correspondiente a la razón entre los respectivos pesos moleculares.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE EXTRACCIÓN
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE RE-EXTRACCIÓN El orgánico cargado obtenido en la etapa anterior se contacta con el electrolito (spent) que retorna de electro obtención a SX.
Debido a la alta acidez del electrolito (150-180 gpl H2SO4), se produce la reacción inversa, es decir, el cobre de la fase orgánica es transferido a la fase acuosa.
De las etapas de reextracción se obtienen 2 soluciones: un orgánico descargado, que es retornado a las etapas de extracción para iniciar un nuevo ciclo y un electrolito cargado (avance), de alta pureza, que es enviada a electro obtención para depositar el cobre extraído.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE RE-EXTRACCIÓN En la reacción de reextracción, la reacción de equilibrio se desplaza hacia la izquierda debido a la elevada concentración de ácido sulfúrico presente en la solución acuosa.
Por cada un mol de cobre reextraído, se consume un mol de ácido del electrolito pobre, produciéndose la regeneración del extractante.
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE RE-EXTRACCIÓN – CIRCUITO DEL ORGÁNICO
MECANISMO DE ACCIÓN ETAPA DE RE-EXTRACCIÓN – CIRCUITO DEL ELECTROLITO
CIRCUITOS DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES Actualmente los tipos de circuitos existentes en las plantas industriales son:
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Flujos en serie
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Flujos en paralelo
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Combinación de los anteriores.
CIRCUITO EN SERIE
CIRCUITO EN SERIE La nomenclatura 2E + 1S, involucra 2 etapas en serie con flujos en contracorriente y 1 etapa de reextracción.
La nomenclatura 3E + 1S, involucra 3 etapas de extracción y 1 etapa de reextracción.
La nomenclatura 3E + 2S, significa 3 etapas de extracción y 2 etapas de reextracción.
En todos los casos el orgánico descargado se enfrenta a una solución empobrecida en cobre y el electrolito semi- cargado a una solución acuosa con elevado contenido de cobre.
CIRCUITO EN PARALELO Y MIXTO
CIRCUITO EN PARALELO Y MIXTO La nomenclatura E+E+S significa dos etapas de extracción en paralelo y una etapa de reextracción.
La nomenclatura E+E+2S, son dos etapas de extracción en paralelo y dos etapas de reextracción.
La nomenclatura 2E+E +S, son dos etapas de extracción en serie y una etapa en paralelo con una etapa de reextracción.
La nomenclatura E+2E+S, son una etapa de extracción en paralelo con dos etapas en serie y una etapa de reextracción.
