Post on 21-Oct-2015
Universidad de Sonora
Equipo # 5
Integrantes:Figueroa Martínez Cecilia
Hernández Germán Jesús AntonioNoriega Moreno Luis
Orantes Castro DanielOrtega López Gabriela Romo León Cesar Alan
09 de Mayo del 2013
Extracción por Solventes
Introducción
Hace 30 años atrás la producción de cobre se debía casi en un 95% a los minerales sulfurados de cobre, tales como:
Calcopirita---------------CuFeS2
Bornita--------------------Cu5FeS4
Calcocita-----------------Cu2S
Covelina------------------CuS
Que se explotan a través de procesos de flotación, seguido de procesos pirometalúrgicos y electro refinación. Sin embargo, en la naturaleza también existen recursos minerales de cobre que se encuentran en la forma de óxidos, entre los más abundantes se pueden mencionar:
Malaquita --------------CuCO3.Cu(OH)2
Atacamita --------------CuCl(OH) Cu(OH)2
Crisocola --------------CuSiO3 . nH2O
Azurita --------------2CuCO3 . Cu (OH)2
Cuprita --------------Cu2O
Los procesos aplicados a los súlfuros de cobre no se aplican a los óxidos de cobre, porque se requieren altos requerimientos energéticos, que implican altos costos operacionales que imposibilitan su aplicabilidad.
La Sociedad Minera Pudahuel (SMP), inició a fines de los años setenta un desarrollo tecnológico que en las décadas siguientes iba a repercutir profundamente en la estructura de producir cobre a partir de mineral.
La Sociedad Minera Pudahuel, patentó el proceso de Lixiviación T.L. – Extracción por Solventes – Electro obtención y se constituyó en la primera planta del mundo en utilizar lixiviación en pilas TL y fue la primera en planta en Chile en utilizar un proceso de extracción por solventes y electro obtención.
Los bajos costos y la armonía medio ambiental que logra este proceso, posicionó a Chile como el mayor productor de cobre del mundo el año 1996.
Hoy en día la extracción por solventes es primordial en todos los procesos hidrometalúrgicos del cobre, tanto en la producción de cátodos de cobre o en la producción de sulfato de cobre, pero, también se ha aplicado en la producción de Molibdeno, Zinc, Cadmio y en el futuro se esperan aplicaciones industriales con varios otros metales, tales como hierro, arsénico, antimonio, bismuto, oro, etc.
La Extracción por Solventes es un proceso de separación que se emplea en metalurgia con tres fines fundamentales: concentrar, purificar y separar los elementos o metales disueltos en la solución rica generada en la etapa de la lixiviación. Esta solución se caracteriza por tener una baja concentración de cobre disuelto, junto con impurezas como, Fe, Cl, Mn, Mg, Na y otros metales disueltos durante el proceso.
Los objetivos del proceso de extracción por solventes son:
La Separación y purificación de “el” o “los” metales de interés, desde las soluciones iniciales, las
cuales contienen impurezas.
Concentración de los metales disueltos, para disminuir los volúmenes a procesar.
Transferencia de los metales disueltos, desde una solución acuosa compleja a otra solución
acuosa diferente.
GENERALIDADES
El proceso de extracción por solventes (SX) define a un proceso de purificación y concentración de soluciones, al término del cual, se generan soluciones aptas para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica y comercialización directa del cátodo obtenido.
Su aplicación en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de menas oxidadas que por métodos tradicionales sería anti económico procesar. Así, ha permitido tratar minerales de baja ley o soluciones diluidas, con niveles variables de impurezas, obteniéndose soluciones concentradas y puras, aptas para electroobtención.
Otra gran ventaja del proceso es la de permitir una operación de electroobtención con altas densidades de corriente y con eficiencias de corriente entre 90-95%, obteniéndose cátodos de alta pureza química y óptima calidad física.
Finalmente, el proceso completo de lixiviación-extracción por solventes y electroobtención no presenta mayores problemas de contaminación ambiental y en particular, un análisis comparativo frente a la alternativa tradicional lixiviación -cementación, le otorgaría ventajas debido principalmente al alto costo de la chatarra, mayores consumos de ácido y baja calidad y pureza del producto que se obtiene en cementación.
El proceso de extracción por solventes se basa en una acción reversible de intercambio iónico entre dos fases inmiscibles; la fase orgánica (que contiene al extractante) y la fase acuosa:
El sentido de la reacción está controlado por la acidez (pH) de la solución acuosa. En el proceso global de extracción por solventes intervienen 2 etapas: de extracción y de re-extracción o stripping.
AOOA HCuRHRCu 22
ETAPAS DE EXTRACCION.El primer circuito corresponde a las soluciones provenientes de lixiviación que alimentan a las etapas de extracción, descargándose en cobre y constituyendo la solución refino, la cual retorna al proceso de lixiviación.
En las etapas de extracción se transfiere parte del cobre de la fase acuosa al orgánico. Dado que los extractantes que se utilizan son selectivos para el cobre, las impurezas permanecen en la solución acuosa.
(Fe2+, Fe3+, Al+3, Mn+2, Mg+2, Zn2+, Ni+2, Cl-, NO3-, etc.).
ETAPAS DE STRIPPING (RE-EXTRACCION)El orgánico cargado obtenido en la etapa anterior se contacta con el electrolito (spent) que retorna de electroobtención a SX. Debido a la alta acidez del electrolito (150-200 gpl H2SO4), se produce la reacción inversa, es decir, el cobre de la fase orgánica es transferido a la fase acuosa. De las etapas de stripping se obtienen 2 soluciones: un orgánico descargado, es enviado a las etapas de extracción para iniciar un nuevo ciclo y un electrolito cargado (avance), de alta pureza que es enviado a electroobtención para depositar el cobre extraído.
Esquema de una planta de LIX-SX-EW
Un extractante organico es un compuesto que es capaz de reaccionar quimicamente con una especie en fase acuosa
Existen compuestos que extraen especies neutras como algunas sales solubles o acidos como el arsenico
La fase organica esta constituida por le reactivo organico que se disuelve en un cierto porcentaje en volumen con el fin de reducir viscosidad, gravedad especifica y costo volumetrico del extractante
Extractantes
Los primeros estudios para la extraccion del cobre emplearon extractantes acidos siendo su principal inconveniente la falta de selectividad, pero despues fueron superados se uso el acido sulfurico porque solo extraia el cobre y no los demas elementos
Reactivo Concentración
(H2SO4)gpl
Extracción Stripping
Empleo
LIX 63 1 160 Extracción de Cu de soluciones
amoniacales (Ni, Co).
LIX 64 3 160-200 Extracción de cobre de soluciones
levemente ácidas
LIX 64 N 4 - 10 140-160 Idem anterior; pero selectivo para
Cu++ sobre ión férrico.
LIX 70 30-40 200-400 En soluciones altamente ácidas o
con alta conc. de cobre y selectivo
sobre Fe+3
LIX 71 (73) 10-15 220-230 Soluciones aciduladas de cobre y
selectivo sobre Fe+3
SME-529 4-10 150-160 Similar LIX 64 N
ACORGA
P-5100
3-10 170-175 En soluciones diluidas y/o
concentrasos en cobre y selectivo
sobre Fe+3
KELEX 100 >13 160-225 Extracción de cobre de soluciones
ácidas y selectivo sobre Fe+3
LIX 34 4-10 140-170 Para soluciones pobres en cobre,
de alto hierro. Alta selectividad.
Extractantes que se desarrollaron
TABLA 3. CONDICIONES DE ACIDEZ EN EXTRACTANTES PARA COBRE Y EMPLEO GENERAL
El agente de extraccion va mezclado con un diluyente y en varias ocasiones con otros modificadores para mejorar la separacion de fases, el diluyente suele ser un hidrocarburo o sustancia inmiscible con el agua
Diluyentes
Debe ser capaz de disolver el reactivo de extraccion Solubilidad en la fase acuosa muy pequeña para
evitar disminuir las perdidas por disolucion en fase acuosa
Mezclarse bien con el reactivo de extraccion para disminuir viscosidad y facilitar contacto entre fases
Estabilidad quimica Punto de inflamacion alto No tener toxicidad por seguridad y bajo costo
Propiedades de los diluyentes
Existen diversos diluyentes comerciales el mas común es el keroseno, y entre sus características destaca la composición química. La relación alifático/aromático es uno de los factores a considerar para la elección del diluyente por la influencia que puede tener en el desarrollo de un proceso de extracción
Contenidoen
aromáticos
Densidad a 20ºC
Punto de ebullición
Punto de inflamación
Composición aproximada
Contenido altoSolvesso 100Solvesso 150HANChevron 3Chevron 25Chevron40LChevron 44LContenido medioEscard 100Napoleum 470Contenido bajoIsopar LIsopar EIsopar MNorpar 12Shell 140Shell MSB 210dx 3641Escard 200
0.8760.9850.9330.8880.8750.8860.893 0.7900.811 0.7670.7230.7820.7510.785-0.7830.7930.796
157188180182158182186 191210 189116207196185-183195
44664063466068 7679 627786960745767
Contenidos en aromáticos %99978998997870Contenido en aromático %2012Contenido en alifáticos %9399,9809845º-45º52º
Diluyentes empleados en la extracción de metales
Basados en la reacción de extracción:
En un proceso de extracción por solventes se puede aseverar lo siguiente:
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CON MÚLTIPLES ETAPAS
1.- Un aumento de la acidez desplaza el equilibrio hacia la izquierda, disminuyendo la eficiencia de la
etapa de extracción.
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CON MÚLTIPLES ETAPAS
2.- Si la concentración de iones cúpricos aumenta en la solución de lixiviación, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, favoreciéndose la extracción correspondiente.
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CON MÚLTIPLES ETAPAS
3.- Si después de alcanzado el equilibrio, se reemplaza el reactivo orgánico por otro con menor carga en cobre, o sin cobre, éste extrae una cantidad adicional del ión Cu2+ desde la fase acuosa, tratando de que el sistema alcance un nuevo equilibrio.
EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO CON MÚLTIPLES ETAPAS
E2
R1
Etapa de lavado
Reposición Orgánico
Post Decantador Electrolito rico
Post Decantador Refino
Post Decantador Orgánico
Tratamiento Borras
Tratamiento Borras
Tratamiento Borras
Org. Cargado
Org. descargado
E1
Org. lavado
Electrolito Pobre o Spent
ETAPAS: 1.- Convección dentro de una fase hacia la inter-fase de
reacción.
2.- Transferencia de masa a través de la película fina o film junto a la interface.
3.- Reacción de un intercambio iónico propiamente tal.
4 y 5 Transferencia de masa y convección del elemento metálico en la otra fase contactada.
5.4 TRANSFERENCIA DE MATERIA EN SISTEMA SX
La extracción como la re-extracción se produce por la dispersión de una fase en la otra en la forma de pequeñas gotitas que favorece la transferencia de masa y se realiza por medio de agitación mecánica.
La turbulencia del sistema también afectará al coeficiente de transferencia, aunque una agitación excesiva puede actuar en sentido contrario.
La diferencia de concentraciones, que favorece la difusión del elemento metálico Cu
El término “agitación adecuada” se refiere a que si la agitación aumenta por sobre ciertos valores, aumentan en forma considerable los tiempos de separación de fases, las pérdidas de orgánico por formación de micro-emulsiones estables, aparte de los mayores consumos de energía.
El término señalado se usa para describir equipos de contacto múltiple en el cual las dos fases se contactan en el mezclador para crear la dispersión de una fase en la otra.
5.5 ESQUEMA DE UN MEZCLADOR-SEDIMENTADOR
Un equipo de extracción por solventes comprende 3 secciones:
I) Mezclador 1
II) Mezclador 2 III) Sedimentador
requieren de menor costo de inversión son estables y fáciles de manejar. tienen gran capacidad y presentan pocos riesgos de
inundación permiten relaciones de fases extremas son de construcción simple de muestreo en flujo intermedios y terminales fácil de incorporar etapas adicionales el número de etapas es bajo, entre 2 y 3, con
eficiencias del orden de 85% o superior por piso o etapa
5.6 VENTAJAS DEL MEZCLADOR-SEDIMENTADOR