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Vista area de la planta deextraccin por solventes FaenaRadomiro Tomic.

Lixiviacin de pilas Extraccin por solventes

Tcnicos - Universitarios / Lixiviacin

Extraccin por solventes (SX)La extraccin por solventes (SX), es uno de los procesos ms efectivos y econmicos para purificar, concentrar y separarlos metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas, provenientes de procesos de lixiviacin. Esteproceso encuentra su principal aplicacin en la produccin de cobre, especficamente en la separacin selectiva demetales, que luego se recuperan mediante el proceso de electroobtencin, a travs de soluciones de sulfato de cobre.Tambin se utiliza para la recuperacin de uranio, vanadio, molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierrasraras, metales preciosos, cadmio, germanio, berilio y boro, entre otros.Bsicamente, la extraccin por solventes es una operacin de transferencia de masas en un sistema de dos fases lquidas.Se llama tambin intercambio inico lquido y se fundamenta en el principio por el cual un soluto o ion metlico puededistribuirse en cierta proporcin entre dos solventes inmiscibles, uno de los cuales es usualmente acuoso y el otro unsolvente orgnico como benceno, kerosene, cloroformo o cualquier solvente inmiscible al agua.Lo anterior es posible debido a que ciertos reactivos qumicos orgnicos, tienen un alto grado de afinidad selectiva condeterminados iones metlicos, formando compuestos organometlicos y a su vez, no tienen casi ninguna afinidad coniones contaminantes tales como iones de hierro, calcio, magnesio, aluminio, etc.Por esta razn, la principal aplicacin de la extraccin por solventes es la separacin selectiva de metales. La posterior obtencin de dichos metales serealiza mediante un proceso de electro obtencin aplicada a soluciones de sulfato de cobre.

Objetivos del proceso de extraccin por solventesEl proceso de extraccin por solventes (SX), se incorpora como parte de un sistema integral de recuperacin de hidrometalurgia. En la mayora de loscasos, al integrar el proceso de SX en un crculo metalrgico se busca cumplir los siguientes objetivos: La separacin y purificacin de uno o ms metales de inters de las soluciones que los contienen, las que suelen tener impurezas. La separacin consisteen extraer el o los metales deseados desde soluciones o a la inversa, extraer las impurezas de la solucin, dejando el o los metales deseados en ella. Concentracin de los metales disueltos para disminuir los volmenes a procesar y as reducir los costos del proceso siguiente (EW para el caso delcobre). Transferencia de los metales disueltos desde una solucin acuosa compleja a otra solucin acuosa diferente, que simplifique el proceso siguiente.La incorporacin de la extraccin por solventes dentro de la metalurgia es de gran inters para el desarrollo de las siguientes operaciones especficas: La recuperacin selectiva de un solo metal desde una solucin de lixiviacin, liberndolo de sus impurezas y concentrndolo de manera que facilite suposterior recuperacin. Por ejemplo, en la lixiviacin del cobre, la extraccin por solventes se realiza en las soluciones de lixiviaciones diluidas e impuras,con el fin de traspasar el cobre a una solucin de electrolito puro y concentrado, que permita realizar la electroobtencin. La separacin conjunta de varios metales desde una solucin, ya que ciertos elementos qumicos como el Cu/Ni/Co, o del V/U/Ti, presentan una similitudde propiedades qumicas. Mediante la extraccin por solventes se separan conjuntamente para su posterior separacin diferencial. La purificacin de soluciones: la extraccin por solventes permite extraer las impurezas dainas o contaminantes de una solucin para dejarla limpiacomo solucin de partida. Por ejemplo, este mtodo se aplica en la purificacin de los descartes de electrolitos de refinera de cobre, al eliminar el Fe, As yotras impurezas, lo que limpia la solucin y la devuelve al crculo principal.Dado que en la lixiviacin ocurre la disolucin de otros componentes minerales que se encuentran en la pila, es indispensable realizar la purificacin de lassoluciones como una etapa previa a la electroobtencin del metal.

Etapas y mecanismos de la extraccin por solventesLa extraccin por solventes consiste en un proceso de purificacin y concentracin de soluciones basada en la separacin del elemento de inters - como elcobre - desde las soluciones de lixiviacin. Para ello se utiliza un medio extractante lquido de alta selectividad al elemento a separar, pero inmiscible endicha solucin.En el proceso global de la extraccin por solventes se distinguen tres momentos fundamentales, que consisten en: El lquido extractante se agrega a la solucin primaria y se conecta con el ion metlico, que queda formando parte del extractante . Enseguida, este complejo extractante - ion metlico - es separado de la solucin y llevado a una solucin secundaria en el ion metlico. En esta solucin secundaria se produce la re-extraccin o descarga, es decir, el elemento de inters es nuevamente devuelto a una solucin acuosa,pero exenta de impurezas, ptima para el proceso siguiente de electroobtencin.En general, en el proceso de extraccin por solventes se reconocen dos etapas fundamentales: la etapa de extraccin propiamente tal y la de re-extraccin o stripping, tambin llamada descarga.Procedimiento bsicoLos sistemas de extraccin por solventes tienen tres componentes bsicos, que son un soluto a extraer, un solvente acuoso y un extractante orgnico.El proceso de extraccin por solventes se basa en la reaccin reversible de intercambio inico que tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la fase orgnicaque corresponde al reactivo extractante disuelto en un diluyente orgnico, y la fase acuosa que corresponde a la solucin. Se pone en contacto la solucinde lixiviacin o fase acuosa con el reactivo orgnico o fase orgnica, y se mezcla fuertemente por agitacin.El reactivo orgnico contiene una molcula extractante, el que tiene una alta afinidad por el ion metlico que se quiere recuperar. Este ion de inters estransferido desde la fase acuosa o solucin de lixiviacin a la orgnica, a travs de la interfase de los dos lquidos no inmiscibles. La mezcla resultante por laagitacin se deja decantar para que se separe en dos capas o fases. La fase superior corresponde a la capa orgnica, que se mantiene all debido a sumenor peso especfico. En esta fase orgnica, que se conoce como fase cargada o fase extracto, se encuentra retenido el ion metlico de inters formandoun complejo orgnico-metlico.La capa acuosa inferior, denominada fase acuosa o de refino, es una solucin estril respecto de iones metlicos y tiene un peso especfico mayor al de lafase orgnica.Al mezclarse las fases acuosa y orgnica, el equilibrio se ir dando paulatinamente, debido a que la transferencia de masa dentro de un reactor depende delos siguientes factores: Tiempo de residencia. rea de interfases acuosa/orgnica. Potencial qumico en la interfase.El equilibrio de la reaccin es el factor ms importante en el proceso de intercambio y esto depende del tamao de los equipos utilizados, la energaconsumida en la agitacin y otros factores que afecten en la totalidad de los costos del proceso.Las dos etapas en que se puede subdividir el proceso, extraccin y reextraccin, pueden ser consideradas una como la inversa de la otra.Etapa de extraccin o carga del reactivoLa solucin impura proveniente de la lixiviacin en fase acuosa, rica en iones de cobre y con una acidez baja (pH entre 1,4 y 1,9), se introduce enmezcladores especiales donde se contacta con la fase orgnica de muy bajo contenido de cobre, llamado orgnico descargado.Como ambas fases son inmiscibles, para realizar la extraccin y mezcla, es necesario aplicar una accin mecnica de elementos externos que proporcionanla energa necesaria para este propsito. Al mezclarse ambas fases ocurre una transferencia de la especie metlica disuelta en la fase acuosa, la que se

Extraccin por solventes Etapas y mecanismos Reactivos orgnicos

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desplaza qumicamente con el reactivo extractante en la fase orgnica hasta alcanzar el respectivo equilibrio qumico. As, se genera una fase orgnicacargada con la especie metlica de inters y una solucin acuosa descargada o refino.Etapa de reextraccin o descarga del reactivoLa etapa de reextraccin del reactivo consiste en la recuperacin de la especie metlica desde la fase orgnica, con la regeneracin simultnea de lascapacidades extractivas de la fase orgnica, lo que permite ser reutilizada en otra extraccin.En sntesis, de la etapa de reextraccin se obtiene una solucin de orgnico descargado sin cobre, que es recirculado a la etapa de extraccin, y unasolucin rica en iones de cobre de baja acidez, la que es enviada a la siguiente etapa, la electroobtencin.Ejemplos tpicos de SXEn la hidrometalurgia del cobre, las configuraciones ms usadas en la extraccin por solventes son etapas en serie de extraccin, lavado y descarga, comopor ejemplo: dos de extraccin, una de lavado y dos de descarga; dos de extraccin, una de lavado y una de descarga.En algunos casos se agrega una o ms etapas de extraccin en paralelo y, en otras, la etapa de lavado no se utiliza.Reactivos extractantes usados en SX para recuperacin de cobreEl principal constituyente del solvente o fase orgnica es el reactivo orgnico o extractante, aquel que tiene la capacidad de formar complejos orgnicos conel elemento que se desea extraer. En un principio, estos agentes extractantes estaban limitados para funcionar de acuerdo con un rango de pH yconcentracin de cobre en las soluciones que se trataban, pero en la actualidad se utilizan en un rango ms amplio de soluciones provenientes delixiviacin.Existe una amplia gama de propiedades que son usadas como patrn para seleccionar un extractante en particular. En necesario considerar que es pocoprobable que exista un reactivo que rena todas las propiedades que se desean, ya que a menudo stas se encuentran en contrastes unas de otras.Reactivos extractantes usados comercialmenteEn la siguiente tabla se presenta un listado en que se muestra el nombre y la respectiva descripcin qumica de algunos reactivos extractantes, usados endiversas aplicaciones industriales para recuperacin de metales por SX.

Nombre comercial y descripcin qumica de algunos extractantes de SX usados en la industria para recuperacin de metales.

Alamine Tricaprilamina

Cyanex 272 cido di-2,4,4 trimetril Pentil fosfnico

Cianex 301 cido bis/2,4,4 trimetril gentil fosfino ditioico

Cianex 302 cido bis (2,4,4 Trimetril pentil) Monotiososfinico

DBBP di butil butil fosfato

D2EHPA cido di 2 etil hexil fosfrico

EHEHPA cido di 2 etil hexil fosfnico mono-2 etil- hexil ster

HDDNS cido di dodecil naftalensulfnico

Hostarex Dk - 16 C16H22O2

Kelex 100 7 (5,5,7,7 tetrametil 1 octan 3 il)-8 hidroxiquinolina

Lix 54 Fenil alquil diketona

Lix 70 Oxima de 2 hidroxi 3 cloro 5 nonil benzofenona

MIBK Metil iso butil quejona

NPPA cido nonil fenil fosfrico

SME 529 Oxima de 2 hidroxi 5 nonil acetofenona

TBP Tri butil fosfato

TNOA Tri n Octilamina

Topo xido de tri n Octilifosfina

Prdidas de extractanteLas prdidas de extractantes tienen gran importancia en la viabilidad econmica de una planta. Estas ocurren principalmente por evaporacin, solubilidad oentrampamiento durante el procesamiento. As como la solubilidad es sensible al pH, las prdidas tambin son dependientes de la acidez y, ms an,teniendo fases acuosas alcalinas.Reactivos diluyentes usados en SXLos diluyentes y modificadores corresponden a otros componentes de la fase orgnica, que tienen funciones especficas en la optimizacin del proceso deextraccin. En un crculo de extraccin por solventes (SX) la fase orgnica normalmente est conformada por uno, dos o tres componentes: el extractante, eldiluyente y algn modificador. Por lo general, el diluyente es el componente de la fase orgnica que est presente en mayor proporcin dentro de ella.Los diluyentes se utilizan para disminuir la viscosidad de la fase orgnica para que fluya fcilmente y contribuya al contacto entre las dos fases. Tambin seusan para reducir la excesiva concentracin del extractante orgnico activo. Al igual que en el caso de los agentes extractantes, el diluyente debe cumplirciertos requisitos. Entre los ms importantes se sealan los siguientes: Ser capaz de disolver el extractante y de mantenerlo en solucin. Tener baja viscosidad y densidad. Tener estabilidad qumica. Presentar baja solubilidad en la fase acuosa. Poseer un alto punto de inflamacin, baja toxicidad y baja tasa de evaporacin.Eleccin del diluyenteDado que el diluyente es un componente importante y mayoritario de la fase orgnica, todo operador de planta SX debe realizar las mximas pruebas decontrol de calidad a cualquier nuevo embarque de diluyente que llegue a su circuito SX. Las pruebas de control de calidad deben reflejar adecuadamentetodas las propiedades crticas o que sean consideradas ms importantes para el xito de la operacin.El mejor diluyente para un determinado sistema de SX puede no ser el ms recomendable para un sistema de SX diferente. Cada operador de planta, debepreocuparse de solicitar la asesora de especialistas para estudiar varios diluyentes antes de determinar cul es el ms adecuado para sus propiascondiciones de operacin y localizacin de la planta.Normalmente, el diluyente se puede comportar como un compuesto qumicamente inerte, pero existen ocasiones, como en el proceso de SX para cobre yuranio, en que el diluyente tambin influye en el comportamiento del reactivo y puede ser un participante esencial en el xito o eventuales dificultadesoperacionales del proceso.Cuando el diluyente interacta con el reactivo en la fase orgnica puede favorecer la polimerizacin del reactivo y restar as parte de los componentesactivos dentro de la fase orgnica. Otros diluyentes producen el efecto contrario, lo que en los casos de extraccin por intercambio catinico se puededetectar midiendo la constante dielctrica del diluyente. El menor valor resultante es el que da las mejores extracciones.Los diluyentes para SX ms usados a escala industrial son: Benceno (no se usa actualmente por ser cancergeno) Hexano Keroseno Cloroformo Tetracloruro de carbono.Reactivos modificadoresCorresponden a cualquier producto orgnico que al ser aadido y disuelto en la fase orgnica altera el comportamiento de un determinado reactivo de SX.Los modificadores tienen como funcin optimizar la separacin de las fases, mejorar la coalescencia, aumentar la solubilidad de complejo metlico y evitar laformacin de una tercera fase. Los modificadores son capaces de:

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Actuar sobre la separacin de fases, para facilitar la coalescencia y disminuir los arrastres. Participar en el control de la generacin de crudo y/o terceras fases, lo que favorece la solubilidad del complejo orgnico-metlico en la fase orgnicacargada. Estabilizar la molcula del reactivo, lo que permite su utilizacin indefinida al reducir su degradacin. Por ejemplo, en el proceso SX del cobre se aadencomo modificadores al reactivo principal, que es una oxima, alcoholes de cadena larga, fenoles y steres.Solucin acuosaLa solucin acuosa normalmente es rica en lixiviacin y corresponde a la fase portadora del metal o de los metales que interesa procesar por extraccin; sedenomina PLS (pregnant liquor solution). Luego de ser procesada por extraccin SX, cambia de denominacin a solucin pobre o refinado, RF de refinantey suele ser enviada de regreso a la lixiviacin.Existen cuatro caractersticas o propiedades del PLS, las que pueden ser controladas o modificadas de manera de lograr una ms eficiente separacin opurificacin del metal mediante SX: Acidez libre Potencial de xido-reduccin expresado por el nivel de Eh. Concentracin de aniones que forman complejos como cloruro, sulfato y cianuro. Temperatura, la que influye directamente en el equilibrio de la extraccin, las cinticas de transferencia del metal, la solubilidad de las especiesextradas, la separacin de fases y en las prdidas por atropamiento y arrastre.Equipamiento bsico de extraccin por solventeA partir de la solucin de lixiviacin que se han desarrollado a escala industrial, los procesos de extraccin de cobre por solventes ponen en contacto lasolucin lixiviada con el disolvente sin carga, lo que se realiza en varias etapas (al menos dos), en que mezcladores y sedimentadotes funcionan encontracorriente, dispuestos y arreglados de manera de asegurar que el disolvente orgnico entrante sin carga- tenga un contacto final con la solucinacuosa cargada, la que al salir quedar con muy baja concentracin de cobre, el refino, el que retornar a la operacin de lixiviacin para uso posterior.La transferencia de la fase orgnica recientemente cargada a la fase acuosa, se realiza contactando el orgnico con el electrolito agotado, o electrolitopobre fuertemente cido, lo que se desarrolla en una serie de etapas (una, dos o hasta tres) en contracorriente, en mezcladores y sedimentadotes.Despus de la etapa final de agotamiento, la fase orgnica estril vuelve a la seccin de extraccin. Despus de mezclar el electrolito enriquecido conelectrolito pobre, para obtener la concentracin justa de cobre, es bombeado al circuito de separacin por electrlisis, la electroobtencin.El equipamiento bsico de una planta de SX consiste en: Un mezclador relativamente profundo, que recibe por bombeo las fases acuosa y orgnica, para su mezcla y emulsin. Este mezclador cuenta con unimpulsor que evita el arrastre de la fase orgnica en la fase acuosa, de acuerdo con una configuracin y velocidad rotacional definida. Un sedimentador poco profundo y de gran rea. Con este equipo se separan las dos fases, facilitado por un sistema de doble compuerta que va portodo su ancho. El aumento de la temperatura en la emulsin, hasta cerca de 25 C, mejora la rapidez de la reaccin y permite una mejor la separacin defases. Una manguera distribuidora que va entre el mezclador y el sedimentador, para asegurar un flujo laminar. Equipos mezcladores del tipo perfil bajo, ambos equipos en uno, formados por un cajn mezclador mltiple y un decantador al mismo nivel que elmezclador. En el mezclador se une la solucin acuosa con el reactivo de extraccin, gracias a un agitador que bombea y mueve la mezcla mediante unaturbina.

Vista area de la planta de extraccin por solventes Faena Radomiro Tomic.

Parmetros de la operacinLos principales parmetros para la operacin en el proceso de extraccin por solventes son los siguientes: Relaciones de flujo orgnico / flujo acuoso, O/A, medidos en las etapas de extraccin y de descarga. Se debe recircular el electrolito necesario paraalcanzar razn de O/A requerida en el mezclador. Tiempo de residencia en mezcladores, la que se expresa en minutos.

Flujo total en cada equipo (m3/min.) y equivalencia de (m3/h) de flujo acuoso tratado.