Hidrología -SX

1.-Resumen:

La aplicación de extracción por solventes en el Cu ha ido perfeccionándose en las últimas décadas, dándole un mayor escenario de aplicación de este método, por tanto es de especial importancia comprender que factores tienen mayor impacto dentro de este proceso y de esta forma establecer modelos o estándares para mejorar estos procedimientos.

La extracción por solvente no es una operación unitaria, sino parte de un conjunto de operaciones que tienen como fin la separación de una especie mineral de interés, su purificación y concentración. Los óxidos provenientes de la mina son chancados y luego depositados en pilas para ser lixiviado, obteniendo una solución ácida con concentraciones de cobre, la cual es enviada al proceso de extracción por solvente y luego a la electro-obtención para obtener cátodos de cobre de alta pureza (99,9% Cu).

Obtener parámetros que optimicen el proceso de extracción por solvente (SX) es de gran importancia ya que repercute tanto en términos económicos como en términos de calidad, teniendo un balance entre lo que se considera económicamente viable con un resultado de calidad que facilite las posteriores operaciones. Para esto es necesario determinar estos parámetros a nivel de laboratorio, donde se pueda mantener controlado ciertas variables que permitan la optimización de dicho procesos, tales como: tiempo de mezclado, concentración inicial del PLS, porcentaje de recuperación y coeficiente de distribución.

La extracción por solvente es una reacción química de separación, donde se produce una purificación del metal de interés a recuperar y además de una concentración de este mismo. Por medio de fases inmiscibles entre si, en una primera etapa de extracción donde interactúa una fase orgánica y el PLS, se produce un migración de los iones cúpricos a la fase orgánica enriqueciendo su concentración de cobre formando una fase organometálica, luego en la etapa de Stripping o Re-extracción se produce una descarga desde la fase orgánica, empobreciendo su concentración de cobre, a la fase de solución ácida enriqueciendo su concentración. De esta forma a través de soluciones inmiscibles entre si y por medio de la inversión de la ecuación:

[pic 1]

[pic 2]

Con esto es posible la eliminación de impurezas y una mayor concentración de cobre para formar un electrolito de avance, para la etapa de electro-obtención.

2.-Introducción

En la extracción por solventes, se utilizan reactivos químicos, los cuales actúan de forma muy selectiva sobre los iones de interés en la solución resultante de la lixiviación (PLS).

Consiste en un proceso químico en el que se deben tener en cuenta ciertas condiciones que influyen en la recuperación  final, es decir variables que actúan sobre la reacción química, como la concentración de cobre, el pH, y el Eh.

Es de suma importancia formular modelos que permitan mejorar el conocimiento de los fenómenos asociados al proceso y que permitan predecir el comportamiento del sistema bajo cierto nivel de las variables, como las nombradas anteriormente. 

Hoy en día los modelos existentes predicen el coeficiente de distribución en base a datos de equilibrio, por ejemplo, midiendo el pH de equilibrio después del contacto. Aquí se formula un modelo que permite predecir el equilibrio completo, partiendo de las condiciones iniciales tales como razón orgánico-acuoso, concentración inicial de extractante, pH inicial y concentración de cobre inicial.

3.-Marco Teórico

La extracción por solvente es un método de purificación de soluciones. Este método consiste en poner en contacto una solución rica de lixiviación con un reactivo orgánico el cual tiene la propiedad de extraer selectivamente los iones metálicos de interés. En una etapa posterior esta resina es descargada, es decir, se devuelven los iones capturados y los entrega a una solución limpia.

Este método consiste al menos en dos etapas, la primera etapa, de carga, se conoce como extracción y la segunda etapa, de descarga, es llamada de reextracción o stripping. El proceso de puede apreciar claramente en la Imagen 3.1.

[pic 3]

Dentro de los Fenómenos que participan en la extracción por solventes encontramos:

• Difusión: los líquidos o gases tienden a formar espontáneamente entre sí, una mezcla homogénea sin que exista entre ellos una interacción química.

• Inmersión: introducción de un sólido en un líquido.

• Filtración: penetrar un líquido a través de un sólido

• Percolación: pasar un líquido a través de espacios “libres” entre partículas y capilares, sin atravesar las paredes límites que los conforman.

• Absorción: capacidad de atraer y retener entre las moléculas de un sólido, líquido o gases.

• Adsorción: adhesión o concentración de sustancias disueltas sobre la superficie de un sólido

La recuperación para cada una de las etapas de la electro-obtención se calcula de la siguiente forma:

% Rec = [pic 4]

Donde                W  = Ley cabeza concentrado.

                Wi = Concentrado extracción muestra

• Otros Conceptos Claves

• Coeficiente de distribución:

        Corresponde a la razón entre la concentración de Cu presente en el orgánico y la concentración del acuoso. Este coeficiente debe ser lo más alto posible, para extraer un máximo y minimizar la cantidad de solvente.

• Capacidad de Carga:

        Corresponde a la máxima concentración de ión metálico  de interés presente en la fase orgánica, a un pH y a una concentración de extractantes dada. Se requiere de una gran capacidad de carga.

4. Objetivos

   3.1 Objetivo General

• Realizar el proceso  de Extracción por Solvente  (SX) y obtener, de manera experimental, los parámetros que caracterizan a dicho proceso.

   3.2 Objetivos Específicos

• Conocer y comprender el desarrollo del proceso de Extracción por Solvente (SX).

• Muestreo de la fase acuosa en las etapas de Extracción y Stripping, que constituyen el proceso SX.

• Obtener concentraciones de Cobre correspondiente a las muestras tomadas en ambas etapas, posteriormente al análisis de laboratorio.

• Verificar de manera experimental que en la etapa de Extracción, la ley de Cu de la solución PLS disminuye.

•  Verificar de manera experimental que en la etapa de Stripping, la ley de Cu de la solución ácida se incrementa.

• Obtener la Recuperación en  las etapas de Extracción y Stripping.

• Observar gráficamente el cambio del Porcentaje de Recuperación de Cu (%) en ambas etapas del Proceso de Extracción por Solventes, en relación al tiempo de mezclado de la fase acuosa y compuesto orgánico.

• Concluir en forma adecuada con los resultados obtenidos.

5.- Materiales

Los materiales e instrumentos utilizados en la experiencia de Extracción por Solvente en el laboratorio fueron:

• Embudo de Separación.

• Vaso (1000ml).

• Frascos rotulados con tapa.

• Solución PLS (400ml).

• Solución Ácida, compuesta por ácido sulfúrico y agua (400ml).

• Reactivo Orgánico (400ml de orgánico, de ellos 60 ml de Orgánico ACORGA 15% V/V y 340 ml de Parafina).

• Agitador Heidolph Modelo RZR (200 rpm).

6. Desarrollo Experimental

Para llevar a cabo la extracción por solventes para minerales de cobre oxidado, fue necesario disponer de una solución de PLS resultante de la lixiviación (realizado con antelación a la experiencia), esta correspondía a 400 ml de PLS, que contenía 5,4 g/L de cobre.

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