Extracción Por Solvente

I.- INTRODUCCIÓN

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. Este proceso encuentra su principal aplicación en la producción de cobre, específicamente en la separación selectiva de metales, que luego se recuperan en el proceso de electro obtención en soluciones de sulfato de cobre. También se aplica ampliamente en la recuperación de uranio, vanadio, molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras raras, metales preciosos, cadmio, berilio, boro entre otros. Fundamentalmente, la extracción por solvente es una operación de transferencia de masas en un sistema de dos fases liquidas. También se le llama intercambio iónico líquido y se basa en el principio por el cual un soluto o ion metálico puede distribuirse en cierta proporción entre dos solventes inmiscibles, uno de los cuales es usualmente acuoso y el otro un solvente orgánico como benceno, kerosene, cloroformo o cualquier otro que sea inmiscible al agua. Selectivo con respecto al metal que se desea tratar, en este caso Cu. Lo anterior es posible debido a que ciertos reactivos químicos tienen un alto grado de afinidad selectiva con determinados iones metálicos, con los que forman compuestos órgano metálicos, y simultáneamente, casi ninguna afinidad con iones contaminantes como iones de fierro, calcio, magnesio, aluminio, azufre, etc. Por esta razón, se aplica principalmente en la separación selectiva de metales, para la posterior obtención de estos mediante un proceso adecuado, como es el de electro obtención aplicada a una solución de sulfatos de cobre

II.- ANTECEDENTES TEÓRICOS

2.1 Extracción por solvente

La extracción liquido-liquido o extracción por solvente es un proceso que implica el paso de una especie metálica, disuelta en forma de iones en una base acuosa a otras fase liquida inmiscible en ella, conocida como fase orgánica.

Durante el contacto liquido-liquido se produce un equilibrio en el cual las especies en solución se distribuyen en las fases acuosas y orgánicas de acuerdo a sus respectivas solubilidades. (Concentrar, Purificar y Separar) Normalmente estas funciones son inseparables pero el predominio que ejerza una sobre otra, hace que la extracción por solventes tenga una función específica que se intercala en distintos lugares del diagrama de flujo de un proceso metalúrgico

Se define fase orgánica de una solución compuesta por:

Extractarte (reactivo) = compuesto que contiene un grupo funcional que es capaz de reaccionar químicamente con una especie partículas en la fase acuosa.

Diluyente (carrier) = material orgánico que se utiliza para diluir el extractarte, este puede ser alifático o aromático.

Modificador = normalmente alcohol de cadena larga que aumenta la solubilidad del extractarte y del complejo metálico extraído en la fase orgánica, mejora la velocidad de separación de fases y la extracción.

Características generales de los agentes extractantes

• Elevado coeficiente de distribución

• Elevada capacidad de saturación

• Selectividad

• Fácil re-extracción

• Estabilidad química bajo las condiciones de uso

• Propiedades físicas adecuadas para la transferencia de masa y separación de fases.

2.1.1 Agente de extracción del tipo acido

Estos reactivos son extractantes ácidos, es decir, intercambian un protón por el catión metálico, la ecuación que ilustra la extracción de un ion metálico, Mn+, por un extractante RH.

Mn+ + RH MRn + nH+

En la extracción liquido-liquido se produce la transferencia de un soluto desde un líquido a otro a través de una interface. En términos generales el proceso de transferencia de masa conduce a una caída de concentración de soluto desde el seno de la fase refinada hasta la interface y otra caída desde la interface hasta el seno de la fase de extracción. Esto gradientes de concentración representan la fuerza motriz de la transferencia de masa.

Emulsión = mezcla estable de un liquido en otro liquido.

Dispersión = mezcla inestable o transitoria

La separación de fases cronológicamente se divide en dos periodos

1.- ruptura primeria

2.- ruptura secundaria.

2.1.2 Proceso de SX

El proceso de extracción por solventes, conocido en la hidrometalurgia del cobre también como Sx, consiste en la extracción selectiva del cobre contenido en las soluciones de lixiviación, mediante un solvente orgánico, para luego transferirlo a una solución de sulfato de cobre pura y concentrada, denominada electrolito rico.

El objetivo del proceso de SX es extraer selectivamente el cobre contenido en esta solución rica impura, mediante intercambio iónico entre la fase acuosa (solución rica) y el reactivo orgánico. Este reactivo es capaz de descargar el cobre en una etapa posterior del proceso a una solución de alta pureza y concentración de cobre y acido, formando un electrolito apto para ser electro depositado en el sector EW.

2.1.3 Extracción

La solución rica proveniente de las pilas es mezclada con la fase orgánica (orgánico descargado), para extraer selectivamente el cobre obteniendo una solución pobre en cobre, llamado refino, que es reciclada a la etapa de lixiviación en pilas. Se obtiene en esta etapa una fase orgánica cargada, que es avanzada a la siguiente etapa.

2.1.4 Re extracción

El orgánico cargado se pone en contacto con electrolito pobre proveniente del proceso de electro obtención, de alta acidez. El cobre pasa de la fase orgánica a la fase acuosa, obteniéndose una fase orgánica descargada que se recicla a la etapa de extracción y un electrolito rico que avanza hacia el electro obtención.

La extracción por solventes transfiere el cobre desde la solución rica al electrolito, por intermedio de la fase orgánica.

Mecanismo de la transferencia de cobre el proceso SX se basa en la siguiente reacción reversible de intercambio iónico

Cu2+(A) + 2RH (O) R2Cu (O) + 2H+(A)

En la cual el sentido de la reacción está controlado por la acidez o pH de la solución acuosa. En la etapa de extracción, el reactivo orgánico se contacta con la solución acuosa impura de lixiviación y extrae selectivamente desde la fase acuosa los iones de cobre, incorporándolos en la fase orgánica. El ion cúprico reacciona con el extractarte formando un compuesto organometalico insoluble en agua, totalmente soluble en el solvente orgánico, con la cual se

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