limpieza de solucion rica en cobre con organico cargado y descargado

1. EXTRACCION POR
SOLVENTE

2. INTRODUCCIONINTRODUCCION
EXTRACCIÓN
LAVADO
REEXTRACCIÓN
ACONDICIONAMIENTO
DE FASE ORGÁNICA
licor lixiviado Disolución estéril
Solución de
reextracción
Extracto acuoso
concentrado o purificado
El esquema general de un proceso de extracción con disolventes
es el siguiente:
Se empezó a emplear durante la segunda guerra mundial. El motor de
este cambio de procesos fue la obtención de metales nucleares de mayor pureza
extraídos de minerales muy pobres. Este fue el inicio del empleo de disolventes y
productos orgánicos en hidrometalurgia. Hoy en día la extracción con disolventes
orgánicos es uno de los procesos más efectivos y económicos para purificar,
concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las disoluciones
enriquecidas provenientes de procesos de lixiviación..

3. PROCEDIMIENTO

4. La purificación mediante extracción se basa generalmente en extraer del
lixiviado un metal que nos interesa, traspasándolo a un disolvente orgánico. De
esta manera hacemos permanecer los demás metales en el lixiviado, a la vez que
concentramos el metal deseado en un volumen menor de diluyente, ahora de
naturaleza orgánica.
Esta disolución orgánica es después sometida a otro proceso de
reextracción, generalmente con ácidos muy fuertes, y el disolvente orgánico se
regenera para ser reutilizado.
¿¿EN QUE CONSISTE?EN QUE CONSISTE?
La extracción por disolvente es posible debido a que ciertos reactivos
químicos orgánicos tienen un alto grado de afinidad selectiva con determinados
iones metálicos, con los que forman compuestos organometálicos. Por esta
razón, la principal aplicación de la extracción por disolvente se encuentra en la
separación selectiva de metales.

5. - Concentración de los metales disueltos con el objetivo de disminuir los
volúmenes a procesar y así reducir los costos para el proceso siguiente.
- Transferencia de los metales disueltos, desde una solución acuosa
compleja a otra solución acuosa diferente, que simplifique el proceso
siguiente.
- La separación y purificación de uno o más metales de interés, desde las
soluciones que los contienen, que suelen tener impurezas. La separación
consiste ya sea en extraer él o los metales deseados desde las soluciones, o
a la inversa, extraer las impurezas de la solución, dejando él o los metales
deseados en ella.
EXTRACCIEXTRACCIÓÓN CON DISOLVENTES ORGN CON DISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
Se busca cumplir al menos uno, muchas veces dos y ocasionalmente
tres objetivos:

6. FUNDAMENTO TEORICO DE LA EXTRACCION
POR DISOLVENTE
- La extracción con disolventes es una operación de transferencia de
masas en un sistema de dos fases líquidas.
- Se basa en el principio por el cual un soluto (ión metálico) puede
distribuirse en cierta proporción entre dos disolventes inmiscibles, uno de los cuales
es usualmente agua y el otro un disolvente orgánico como benceno, keroseno,
cloroformo o cualquier otro que sea inmiscible en el agua
- La cinética de la extracción con disolventes es generalmente MUY
RÁPIDA.
- El requisito fundamental para poder beneficiarnos de esta ventaja es
lograr un buen contacto entre ambas fases. Para ello es necesario realizar la
mezcla con una agitación intensa. Pero debe tenerse cuidado, ya que si nos
pasamos el tamaño de gota puede ser muy pequeño y podríamos llegar a perder
mucho disolvente mezclado con la fase acuosa. De hecho esta es una de las
causas habituales de bajo rendimiento de este tipo de procesos

7. EL COEFICIENTE DE REPARTOEL COEFICIENTE DE REPARTO
Para que la extracción del metal tenga lugar mediante el disolvente es
necesario que el coeficiente de reparto del metal entre ambas fases sea
favorable para el disolvente:
Cuando tenemos dos fases con un soluto común en ambas, el soluto
se reparte entre ellas de acuerdo a una cte. denominada coeficiente de reparto.
El coeficiente de reparto es la relación entre la concentración del
metal en ambas fases. Este coeficiente, además de la naturaleza de las fases y
del soluto depende también de la temperatura.
Coeficiente de reparto E = [M]o / [M]a
Los coeficientes de reparto de muchos metales en muchos disolventes
y en fase acuosa se conocen y están tabulados

8. Como en el lixiviado tenemos mas de un metal. La relación entre los
coeficientes de reparto de ambos metales con el disolvente orgánico seleccionado
se conoce como Factor de Separación.
Factor de separación αααα = EM1 / EM2
Si el factor de separación es inferior a 2, ambos metales no pueden ser
eficazmente separados mediante el disolvente elegido.
A pesar de la rápida cinética, la eficiencia de la extracción en la
purificación, es decir, en la separación de dos metales presentes en el lixiviado,
depende del factor de separación, αααα, y del volumen necesario de disolvente
orgánico en comparación con el volumen de lixiviado. Dicho de otro modo,
que por muy rápida que sea la cinética, e incluso si el factor de separación es
muy bueno, si el volumen de fase orgánica necesario para extraer el metal es
muy grande, el proceso va a ser poco eficiente. Vamos a ver de manera somera
los parámetros en que se basa la extracción
EL FACTOR DE SEPARACIEL FACTOR DE SEPARACIÓÓNN

9. Pila
Estanque de
recogida del lixiviado
Refinado
Extracto
Sedimentador de la
extracción
Sedimentación de la Re-
extracción
Disolución de
reextracción
Extractante
regenerado
Mezclador
Electrolito
reextractado
ELECTRÓLISIS
PLANTA SX PARA EXTRACCIPLANTA SX PARA EXTRACCIÓÓN DE COBREN DE COBRE

10. La planta SX recibe la solución rica generada en la etapa de lixiviación en
pilas de minerales de cobre. Esta solución se caracteriza por tener una baja
concentración de cobre disuelto, junto con impurezas como el Fe, Cl, Al, Mn, Mg,
Na y otros disueltos durante el proceso. El objetivo del proceso 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 ácido, formando un electrolito
apto para ser electrodepositado en el sector EW.
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, llamada 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.
PROCESO SX PARA EXTRACCIPROCESO SX PARA EXTRACCIÓÓN DE COBREN DE COBRE

11. El proceso SX se basa en la siguiente reacción de intercambio iónico que
es reversible:
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 ión cúprico reacciona con el extractante
formando un compuesto organometálico insoluble en agua, totalmente soluble en el
disolvente orgánico (queroseno, ...), con la cual se produce la extracción del cobre
desde la fase acuosa a la orgánica.
Mediante este mecanismo, cada ión de cobre se intercambia con dos
iones de hidrogeno que pasan a la fase acuosa donde, de este modo, se regenera
el ácido sulfúrico en una proporción de 1.54 kg de ácido / kg de cobre.
PROCESO SX PARA EXTRACCIPROCESO SX PARA EXTRACCIÓÓN DE COBREN DE COBRE

12. Reextracción
El orgánico cargado se pone en contacto con electrolito pobre proveniente
del proceso de electroobtención, de alta acidez (150-200 g/l H2SO4).
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 la electroobtención.
El mecanismo que opera para que en esta etapa se revierta el proceso de
la etapa anterior se debe al efecto del cambio de acidez en la fase acuosa,
revertiendo la reacción y generando un electrolito de alta pureza y alta
concentración en cobre.
PROCESO SX PARA EXTRACCIPROCESO SX PARA EXTRACCIÓÓN DE COBREN DE COBRE

13. Por tanto, es mas eficaz extraer con un mismo volumen en varias etapas,
que realizar una única extracción. La isoterma de extracción se determina
experimentalmente, realizando experimentos en embudos de decantación, y
posterior análisis de las muestras.
ISOTERMA DE EXTRACCIISOTERMA DE EXTRACCIÓÓNN
Lo que nos interesa es saber cómo realizar la extracción en
contínuo y contracorriente: Se calcula mediante el diagrama de
McCabe-Thiele.

14. Recta de
operación.
Pendiente = Va/Vo
Línea de
equilibrio o
isoterma de
extracción
Concentracióndelmetalen
lafaseorgánica
Concentración del metal en la fase acuosa
Composición
de la
alimentación
de disolvente
Composición
inicial del
lixiviado
Composición final
del Refinado
[Mini][Ma]n
Composición del extractoEsta une los puntos
verdes que hemos definido en
el diagrama, referidos a las
composiciones de partida y
finales en ambas fases (acuosa
y disolvente).
Max. Concentración posible de soluto
en fase orgánica
DIAGRAMADIAGRAMA McCABEMcCABE--THIELETHIELE
A la isoterma de extracción, mediante un análisis del balance de
masas se le une en el mismo gráfico la denominada Recta de operación.

15. 1
2
3
4
Recta de
operación.
Pendiente = Va/Vo
Línea de
equilibrio de
extracción
Concentracióndelmetalenlafaseorgánica
Concentración del metal en la fase acuosa
Alimentación
del disolvente
Extracto
Refinado [Mini][Ma]n
Se realiza en escalera hasta
llegar al punto verde claro,
definido por el refinado y la
alimentación inicial.
Debemos pasar por
4 etapas sucesivas,
denominadas pisos,
tal como se muestra
en la figura, hasta
llegar a la
composición del
refinado en la fase
acuosa.
Ahora, tenemos una disolución de concentración [Mini] y queremos conocer el
número de etapas necesarias para la extracción eficaz en contracorriente....
DIAGRAMADIAGRAMA McCABEMcCABE--THIELETHIELE

16. Cuanto menor sea la pendiente de la recta de operación menos etapas
se necesitarán para una extracción eficaz.
El porcentaje de extracción viene definido por las concentraciones inicial
y final en la disolución acuosa. En la práctica no suele alcanzarse el
equilibrio y la extracción que se alcanza llega al 75-90%.
DIAGRAMADIAGRAMA McCABEMcCABE--THIELETHIELE

17. DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
En el lixiviado el metal se encuentra en forma de catión, es decir un ión
positivo, disuelto en una “sopa” iónica.
Los iones metálicos se encuentran generalmente solvatados: están
rodeados de moléculas de agua que se unen por puentes de hidrógeno.
Los disolventes para extracción son generalmente orgánicos y de un peso
molecular suficientemente grande como para ser inmiscibles con el medio iónico
del lixiviado. El disolventeEl disolvente suele estar formado por tres compuestos:
-el diluyente: El diluyente es un compuesto apolar e inmiscible en agua, barato, que
sirve para transportar al extractante
-el extractante: El extractante es el compuesto que reaccionará con el metal a
extraer.
-los modificadores: Los modificadores sirven para evitar la reacción de otros
metales con el extractante, o para incrementar la extracción. Son muy importantes

18. DiluyenteDiluyente
• Disolver al extractante en todas sus formas (iónicas, salinas, ácidas,...)
• Inmiscible con la fase acuosa
• Conseguir una viscosidad baja de la disolución orgánica para
permitir buena mezcla, rápida reacción y evitar la formación de
emulsiones con la fase acuosa que permanezcan estables
• Baja toxicidad, inflamabilidad, etc
• Estabilidad química frente a condiciones de proceso
• BARATO
Habitualmente: Diluyente Queroseno. Frac. diluyente: 70-95%
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
Consideraciones para la elección de los componentes de un
disolvente:

19. Consideraciones para la elección de los componentes de un
disolvente:
Extractante:Extractante:
• Capacidad de extraer el metal con un buen coeficiente de reparto
• Selectivo frente a impurezas
• Facilidad para la reextracción
• Baja solubilidad en la fase acuosa
• Soluble en el diluyente
• Estable frente a condiciones de proceso (extracción, limpieza,
regeneración, reuso,..)
• Baja toxicidad
• Coste
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS

20. Modificadores:Modificadores:
Son compuestos que
• o bien aumentan la solubilidad del extractante en el diluyente,
aumentando de este modo la extracción,
• o bien modifican la tensión superficial y con ello disminuyen las
pérdidas de adsorción entre las fases, para que se separen mejor y
no haya pérdidas por arrastre de la fase orgánica con la fase acuosa.
El resultado final es un incremento de la extracción.
• con algunos modificadores se puede conseguir la selectividad de
extracción entre dos cationes.
La elección de un modificador depende de cada extracción concreta. Los
mas conocidos y empleados son:
• alcoholes de cadena larga cuando el extractante son aminas
• TBP (fosfato de tributilo) y/o TOPO (óxido de trioctilfosfina) cuando el
extractante es un ácido alkilfosfórico
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
Consideraciones para la elección de los componentes de un disolvente:

21. El ión metálico debe ser capaz de formar un compuesto con el disolvente.
Podemos conseguirlo de las siguientes maneras
1) Formación de compuestos de coordinación sin carga
2) Intercambio iónico
a) Catiónico
b) Aniónico
3) Solvatación con asociación iónica
El extractante
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS

22. Formación de compuestos de coordinación sin carga
Los denominados compuestos de coordinación, también llamados
COMPLEJOS, se forman entre iones de los metales, los cuales tienen
muchos orbitales electrónicos libres (los orbitales d) y déficit de electrones
(puesto que se encuentran ionizados) y compuestos orgánicos que tienen un
gran número de pares electrónicos.
También es posible que otro tipo de metales formen compuestos de
coordinación, especialmente los conocidos como QUELATOS.
Agentes Quelantes: Tienen dos átomos
en la molécula con buena polaridad y
situación estérica. Un agente típico
quelante es la 8-hidroxiquinoleina, la cual
es soluble en cloroformo.
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS

23. Muchos complejos son iónicos y no son extraíbles en fase apolar, pero
algunos son neutros y fácilmente extraíbles en medios apolares.
Este quelante es capaz de formar enlaces con el
ión metálico “encapsulándolo”, como se ve en
los ejemplos, con Vanadio y Al respectivamente
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
O
N
C
H
Formación de compuestos de coordinación sin carga

24. DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
Formación de compuestos de coordinación sin carga
Reactivos empleados en SX de Cu

25. Procesos de Intercambio iónico
Pueden ser de intercambio catiónico o aniónico.
En los procesos de intercambio catiónico el extractante es un ácido
orgánico.
Se produce un intercambio protónico entre el medio acuoso, que toma el
protón del ácido orgánico, y el catión, que pasa a formar una sal con el
ácido orgánico.
Se denominan extractantes catiónicos o ácidos. Los mas habituales son
los alkilfosfalkilfosfóóricosricos y los carboxcarboxíílicoslicos.
Son ácidos con radicales pesados, por lo cual no son solubles en agua y
en cambio lo son en medios orgánicos.
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
El extractante
C
O
OH
R1

26. En el intercambio aniónico se emplea cuando los metales en disolución
acuosa se encuentran combinados formando aniones, generalmente en
compuestos de coordinación, como los complejos clorurados que vimos
en la lixiviación con cloruros.
Los extractantes aniónicos habituales son aminas R3N, las cuales son
capaces de interactuar con los complejos aniónicos para neutralizarlos y
formar complejos neutros. Debido a los grandes radicales de las aminas,
el compuesto formado es soluble en medio orgánico y no lo es en medio
acuoso.
Procesos de Intercambio iónico
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
El extractante

27. Procesos de solvatación con asociación iónica
Supone la sustitución de las moléculas de agua de solvatación de
un catión por moléculas del disolvente orgánico.
Los extractantes de este tipo incluyen ééteres,teres, éésteres y cetonassteres y cetonas.
Se suelen denominar extractantes neutros. La extracción de hierro
con dietiléter a partir de una disolución de cloruros puede ser un
ejemplo válido de este tipo de disolventes.
El hierro se estabiliza primero en forma catiónica mediante la formación
de complejos clorurados:
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
El extractante

28. Procesos de solvatación con asociación iónica
El éter es capaz de sustituir al agua en el compuesto de coordinación
anterior, y acabamos con el siguiente compuesto formado en la fase
orgánica:
Fe(C2H5O)2Cl 4
-
Y aunque es iónico, se estabiliza en el eter, ya que éste es capaz de
reaccionar con protones formando el compuesto iónico: C2H5OH+, el
cual estabiliza en disolución orgánica al complejo anterior
DISOLVENTES ORGDISOLVENTES ORGÁÁNICOSNICOS
El extractante
Ahora se mezcla con dietil éter (C2H5O): CH3-O-CH3

29. COLUMNAS DE EXTRACCICOLUMNAS DE EXTRACCIÓÓNN
Columna Karr
Columna Scheidel
Las columnas constan de “pisos” estratificados mediante discos o platos y
agitadores. En la zona central de cada “piso” se realiza la mezcla, que a
continuación se separa en las zonas periféricas, y el componente ligero va hacia
arriba, al piso superior, mientras que el componente pesado va hacia abajo, al piso
inferior.
Hay
muchos
tipos de
columnas,
con discos
rotativos,
con
turbinas,
con
movimiento
pulsante,...

30. COLUMNAS DE EXTRACCICOLUMNAS DE EXTRACCIÓÓNN

31. ESQUEMA DE EXTRACCIESQUEMA DE EXTRACCIÓÓNN
Lixiviado
Disolvente
Extracto
Refinado
Purificación del
refinado
Re-extracción y
regeneración del
disolvente