“Año de la Promoción de la Industria Responsable y Compromiso Climático”
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS ESPECIALIDAD ESPECIALIDAD DE INGENIERÍA DE MINAS
“Extracción por Solventes” Alumno: Taquio Yangali, John Alexander
Código: 20144525
Catedra: Metalurgia Extractiva Docente: Manuel Shishido Sánchez Jacqueline Chang Estrada
Fecha de la experiencia: 20 de mayo del 2014 Fecha de entrega de informe: 27 de mayo del 2014 Lima- Perú
Lixiviación en Columna
INFORME DE LABORATORIO N°6 EXTRACCIÓN POR SOLVENTES I.
OBJETIVOS Comprender los procedimientos experimentales de la extracción por solventes como procedimiento de purificación de las soluciones de lixiviación de minerales de cobre.
II.
ABSTRACT Solvent extraction is a process of purification and concentration of solutions based on the separation of copper from the leach solutions. This process has three basic components, which are to extract a solute, an aqueous solvent and an organic extractant. For this lab we will use two porcesos, which are:
Load Process The leaching solution is mescla with an organic solvent to the organic solution is charged with copper ions, whereas in the leaching solution was left remaining after the leaching solution is withdrawn and the bulb was charged copper ions the organic solution.
Download Process The copper loaded organic solvent ions was added 50 mL of sulfuric acid, so that the sulfuric acid solution has been reloaded with copper ions, which were contained in the organic solvent.
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Lixiviación en Columna III.
METODOLOGÍA DE LA PRÁCTICA 3.1 Materiales y Equipos
4 Peras (embudos de separación)
8 Vasos precipitados de 100 ml
3.2 Muestras y Reactivos:
Ácido Sulfúrico
Solución lixiviante rica
3.3 Procedimiento:
Proceso de Carga [1] Con la solución lixiviante, obtenida del proceso de lixiviación por columna que se realizó en el anterior laboratorio. se mescla con un solvente orgánico de LIX984N disuelto en kerosene. [2] Seguidamente se llenaron las dos soluciones, como hubieron 4 grupos se tomaron diferentes proporciones para la solución orgánica. Esto se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1: de la m ezcla de solv ente org ánico y la s olu ción lixiviante
# de Prueba
Solvente Orgánico
Solución Lixiviante
1
100 mL
50 mL
2
50 mL
50 mL
3
25 mL
50 mL
4
12 mL
50 mL
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Lixiviación en Columna [3] Luego se agita manualmente por cinco minutos las cuatro peras de decantación para que las sustancias se homogenicen. [4] Se coloca de nuevo en el soporte universal y se esperó a que las dos sustancias se separen. [5] Durante este proceso, la solución orgánica se carga de los iones cobre, mientras que en la solución lixiviante quedó remanentes. Esta solución se mandó para un análisis químico, Este proceso se llamado Adsorción . [6] Después se retira la solución lixiviante y en la pera quedó la solución orgánica cargada de iones cobre.
Figura 1: Solución lixiv iante.
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Lixiviación en Columna
Figura 2: Tomando 50 ml d e la solución lixivida para proc esarla.
Figura 3: Solven te org ánico de L IX984N disuelto en k erosene.
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Lixiviación en Columna
Figura 4: Coloc ando la soluc ión lixiviante junto con la soluc ión orgánica.
Figura 5: Mezclando las d os s olu cion es para qu e la solución o rgánica p ueda capturar los iones cobre
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Lixiviación en Columna
Figura 6: Separand o la so lución lix iviada dela solu ción org ánica q ue con tiene el cobre.
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Lixiviación en Columna
Proceso de Descarga [1] Luego a cada una de las peras contenidas con el solvente orgánico cargado de iones cobre se le agregó 50 mL de ácido sulfúrico. [2] Se agitó de nuevo cada una de las peras mezclando las dos soluciones por cinco minutos. [3] Se dejó por un tiempo hasta que ambas soluciones se separen. [4] Al final la solución de ácido sulfúrico en cada pera de decantación, se cargó de iones cobre, los cuales estaban contenidos en el solvente orgánico. [5] Se retira la solución cargada y se mandó a analizar, para conocer las concentraciones de iones cobre.
Figura 7: Preparando el ácido sulfúrico , para mezclar c on la so lución org ánica q ue q uedo en el p roces o d e Carga.
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Lixiviación en Columna
Figu ra 8: Mezclan do el ácid o s ulf úrico co n la s olu ción o rgánic a, para qu e el ác id o cap tu re lo s io n es c o b re
Figura 9: La mezcla se coloca de n uevo en el sop orte universal y se espera que las dos solucion es se separen, para colocar en un vaso la solución acida q ue co ntend rálos ion es co bre Página 8
Lixiviación en Columna
Figura 10: Finalmente tendremo s las do s so luciones, una es la lixiviada que se ha pro cesado y la otra es el ácido sulfúrico q ue con tiene los io nes co bre
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Lixiviación en Columna IV.
RESULTADOS Tabla 2 Vo lúm enes de la s olu ción l ixiv iante, so lven te or gánic o y ácid o su lfúrico, utilizados en el laboratorio
# de
Proceso de Carga
Prueba
Proceso de Descarga
Solución Lixiviante (mL)
Solvente orgánico de LIX984N (mL)
Solvente orgánico cargado (mL)
Solución de H2SO4 (mL)
1
50
100
100
50
2
50
50
50
50
3
50
25
25
50
4
50
12
12
50
Tabla 3 Datos o bten ido s d el análisis qu ímic o d e las so luc ion es obtenidas del proc eso de carga y descarga
# de Prueba
Proceso de Carga
Proceso de Descarga
Adsorción- Cu (mg/L)
Desorción- Cu (mg/L)
1
178
1372
2
404
1146
3
707
843
4
1125
425
Ley de cabeza: 1550 ppm A partir de la concentración (mg/L) de iones Cu obtenido en el proceso de descarga. Se halla la cantidad de iones metálicos (mg) en el proceso de Descarga:
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Lixiviación en Columna Tabla 4: iones cob re obtenido en el pro ceso de d escarga
Proceso de Descarga Desorción - Cu (mg/L) 1372 1146 843 425 () () ( )
Tabla 5 Halland o la cantidad d e Cu en la solu ción acuo sa para el proceso d e descarga
# de Prueba
Proceso de Descarga S. Acuosa de H2SO4 (mL)
[Cu] en la S. acuosa (mg/L)
Cantidad de iones Cu (mg)
50 50 50 50
1372 1146 843 425
68.6 57.3 42.15 21.25
1 2 3 4
A partir de las cantidades de iones Cu hallados se puede hallar la concentración de [Cu] en el solvente orgánico para el proceso de descarga
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Lixiviación en Columna Tabla 6: Cantidades de ion es Cu h allados p ara el proceso de descarga
Desorción Cantidad de iones Cu (mg)
68.6 57.3 42.15 21.25
Utilizando la cantidad del solvente orgánico y la cantidad de iones Cu, podremos hallar la concentración de [Cu] en el solvente orgánico
() ()
Tabla 7: Halland o la co ncen tración de [Cu ] en el s olven te org ánico .
# de Prueba
1 2 3 4
Proceso de Descarga Solvente orgánico cargado (mL)
Cantidad de iones Cu (mg)
[Cu] en el solvente orgánico (mg/L)
100 50 25 12
68.6 57.3 42.15 21.25
0.686 1.146 1.686 1.770833
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Lixiviación en Columna Comparando la concentración de los iones [Cu]. Tabla 8: Comparación de la concentración de [Cu] en el solvente orgánico y en la solución acuosa. # Prueba
[Cu] en la Solución acuosa-
[Cu] en el solvente
PLS (mg/L)
orgánico (mg/L)
1
178
0.686
2
404
1.146
3
707
1.686
4
1125
1.770833
Se puede obtener el diagrama de McCabe Thiele para la [Cu] en el solvente orgánico vs [Cu] en la Solución acuosa de Adsorción. Grafica 1: [Cu] en el solvente orgánico vs [Cu] en la Solución acuosa de Adsorción. 1.8
1.6 o c i n á g 1.4 r o e t n e v 1.2 l o s l e n 1 e ] u C [
0.8
0.6 100
300
500
700
900
1100
1300
[Cu] en la Solución acuosa
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Lixiviación en Columna Se puede obtener el diagrama de McCabe Thiele para la [Cu] en el solvente orgánico vs [Cu] en la Solución acuosa de desorción. Tabla 9: Comparación de la concentración de [Cu] en el solvente orgánico y en la solución acuosa de desorción. # Prueba
Proceso de Descarga
[Cu] en el solvente
Desorción- Cu (mg/L)
orgánico (mg/L)
1
1372
0.686
2
1146
1.146
3
843
1.686
4
425
1.770833
Grafica 2: Concentración de [Cu] en el solvente orgánico vs la solución acuosa de desorción. 1.8
1.6
1.4 e j e l e d 1.2 o l u t í T
1
0.8
0.6 400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
Título del eje
Página 14
1400
Lixiviación en Columna Hallando las fases para [Cu] en el solvente orgánico vs [Cu] en la Solución acuosa de Adsorción Grafica 3: fases para [Cu] en el so lvente org ánico vs [Cu ] en la Solución acuosa de Adsorción 1.8
1.6
1.4 o c i n á g r o e t n e v 1.2 l o s l e n e ] u C [
1
0.8
0.6 100
300
500
700
900
1100
[Cu] en la Solución acuosa
Se pudo encontrar 4 fases en total.
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1300
Lixiviación en Columna Grafica 4: Fases para el [Cu] en el solvente orgánico vs la solución acuosa de desorción. 1.9
1.7
1.5
o c i n á g 1.3 r o e t n e v l o s l e n 1.1 e ] u C [
0.9
0.7
0.5 400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
Concentración de [Cu] en la solución acuosa de desorción
Se pudo encontrar 3 fases en total.
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Lixiviación en Columna V.
Cuestionario
1) ¿Qué otros agentes extractantes recomendaría para efectuar un proceso de SX? Tabla 10: Lista de los reactivos actualmente en u so in dustrial
2) Qué factores influyen en el proceso de SX?
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Lixiviación en Columna 3) ¿Qué cantidad de LIX65 será necesaria para preparar 300 ml de una fase orgánica al 35% en volumen con agente diluyente? Por cada 100 ml de solución orgánica hay 35 ml de LIX65. Se piensa preparar 300 ml de solución. Por lo tanto por regla de tres simples:
La suma de volumen de LIX65 con el disolvente orgánico suman los 300 ml de la solución orgánica Entonces habría
4) ¿Por qué es necesario utilizar un disolvente para preparar el extractante? PARA L A FASE ORGÁNICA
El extractante; Tiene la función de formar un complejo con ion Cu+2.
El disolvente: Tiene la función de reducir la viscosidad para lograr que se dé el intercambio iónico y la reacción entre el extractante y el ion metálico.
Por lo tanto: La función del disolvente es ayudar a que se dé la reacción del extractante, el cual sin el disolvente no podría actuar con la fase acuosa.
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Lixiviación en Columna 5) Se tienen los siguientes datos; identifique a que etapa del proceso corresponden estos datos. Comente lo observado en estos datos Tabla N° 11: Datos del ejercicio 5 N° Pera
mg de Cu/L Solución
Solución
PLS
Orgánica
1
150
1400
2
180
2710
3
220
3880
4
250
4950
Grafica 5: Diagrama McCabe del ejercicio 5
5000
4500
4000
e j 3500 e l e d 3000 o l u t í T 2500
2000
1500
1000 150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
Título del eje
Página 19
250
Lixiviación en Columna Si los datos son llevados a una curva se puede obtener el diagrama McCabe con el cual se puede decir:
Que hay una mayor concentración de iones en la solución orgánica por lo que se puede deducir que esta isoterma corresponde a la etapa de cargado gracias a que la solución orgánica está más rica de iones Cu++
mientras que los remanentes que hay en la solución PLS son casi la quinta parte.
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Lixiviación en Columna VI.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS Sobre la Extracción por solventes:
No es viable llevar toda la solución PLS y agregarle la mayor cantidad de solución orgánica porque a pesar que de que favorezca a una mayor recuperación de cobre quedaran remanentes considerables. Por tal razón es necesario llevar a cabo el proceso de extracción por solventes en distintas etapas para así disminuir al mínimo la cantidad de remanentes o cobre que no se ha logrado recuperar.
Tabla 12: Resum en de las co ncentraciones de c obre en la so lución acuo sa y el so lvente o rgánico
[Cu] en la Solución acuosa-
[Cu] en el solvente
PLS (mg/L)
orgánico (mg/L)
178
0.686
404
1.146
707
1.686
1125
1.770833
Sobre los diagramas de McCabe:
Para la gráfica 3 y 4 se vio que en la destilación continua con diferente relación de reflujo, la fracción molar del componente más ligero en la parte superior de la columna de destilación disminuirá a medida que la relación de reflujo disminuye. Cada nueva relación de reflujo se altera la pendiente de la línea de sección de trabajo de rectificación.
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Lixiviación en Columna
EL diagrama McCabe muestra que nuestro proceso para purificar nuestra solución de lixiviación se tendría que llevar a cabo en 5 etapas para poder obtener la menor cantidad de pérdidas de los iones cobre en la solución LPS por lo tanto lograr la mayor eficiencia en el proceso.
Grafica 6: fases para [Cu] en el so lvente org ánico vs [Cu ] en la Solución acuosa de Adso rción
Finalmente el diagrama de McCabe nos muestra que el punto más alto es donde hay una mayor concentración de remanentes de Cobre en la solución PLS y que a la vez hay un mayor rescate de este metal en la solución orgánica
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Lixiviación en Columna VII.
CONCLUSIONES
La extracción por solventes es un proceso de purificación y concentración de soluciones basada en la separación del cobre, desde las soluciones de lixiviación. Este proceso tiene tres componentes básicos, los cuales son un soluto a extraer, un solvente acuoso y un extractante orgánico.
McCabe-Thiele se considera que es el método más instructivo más simple y tal vez para el análisis de la destilación binaria. Se utiliza el hecho de que la composición en cada bandeja teórica está completamente determinado por la fracción molar de uno de los dos componentes y se basa en el supuesto de desbordamiento molar constante.
En el caso que se busque obtener el mayor rescate de cobre mediante en una sola etapa lo recomendable es agregarle la mayor cantidad de solvente orgánico mas no guiarse del diagrama de McCabe porque aquel esta expresado en concentraciones.
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Lixiviación en Columna VIII.
BIBLIOGRAFÍA Apuntes anotados en el laboratorio de Metalurgia Extractiva. Apuntes anotados en la clase de Metalurgia extractiva. Manual del Experimento N°5, Lixiviación en Columna. Extracción por solventes; http://www.fbqf.unt.edu.ar/institutos/quimicaanalitica/Analitica%20I/pd f/EXTRACCION%20CON%20SOLVENTES.pdf ; Mayo del 2014 Método de McCabe-Thiele, La construcción y el uso del diagrama de McCabe-Thiele; http://centrodeartigos.com/articulosenciclopedicos/article_86546.html; Mayo del 2014 MÉTODO McCABE – THIELE; http://alexandercolina120572.files.wordpress.com/2011/02/mc-cabemc3a9todo-de-disec3b1o-grc3a1fico-parte-ii.pdf ; Mayo del 2014
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