Evaluación y Caracterización de Extractantes Alternativos Para Planta de Extracción Por Solventes de Mel.

UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas

EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE EXTRACTANTES ALTERNATIVOS PARA PLANTA DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES DE MEL.

Memoria para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Ingeniería y al título de Ingeniero Civil Metalúrgico

RICARDO ALBERTO CARVAJAL BRUNA

Profesor guía: Dr. Oscar Benavente Poblete Antofagasta, Chile 2.013 Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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Profesor Guía Oscar Benavente Poblete Doctor en Química MBA Ingeniero Civil Metalúrgico Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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Dedicada a la memoria de Miriam Con infinito amor.

Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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RESUMEN A través de CICITEM se recibe el requerimiento de Minera Escondida Ltda. con el fin de mejorar el rendimiento metalúrgico de la planta de extracción por solventes, propone evaluar extractantes orgánicos alternativos disponibles en el mercado, para determinar oportunidades de mejoras en el desempeño actual de la planta de extracción por solventes. El trabajo se realiza en dos etapas. La primera consiste en la caracterización metalúrgica del orgánico de planta, reactivo A, reactivo B y mezclas del orgánico de planta con reactivos A y B. La segunda etapa contempla la evaluación del orgánico de planta y los reactivos alternativos en planta piloto, como reactivos puros y mezclado con orgánico de planta al 20% y 50%. De las caracterizaciones y evaluaciones en planta piloto, se concluye lo siguiente: El orgánico de planta presenta en la mayoría de sus propiedades físicoquímicas valores inferiores al reactivo A y reactivo B, debido a su uso en planta y a la degradación inicial que presenta. El reactivo A, además de poseer características de densidad, viscosidad y tiempos medios de separación de fases adecuados para la utilización de planta, presenta una alta eficiencia de extracción (96% en ambas mezclas), en comparación a las mezclas del d el reactivo B.


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Las mezclas del orgánico B, presentan una re-extracción promedio de 14,4 puntos porcentuales más altos que las mezclas del reactivo A.


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AGRADECIMIENTOS Le agradezco a mis padres Rene y Nury, por alentarme continuamente a ser mejor, por ser mi pilar mi pilar principal de educación, gracias porque siempre han estado allí, para amarme y comprenderme en mis buenos y malos momentos. A mis hermanos Marcela, Rene y Miriam (Q.E.P.D.), de quienes espero se sientan muy orgullosos de mí, así como yo de ellos, ya que este logro no es tan sólo mío, sino de cada uno de ustedes. Agradezco a mi novia Lilian por sus consejos y darme la oportunidad de amarla y darme fuerzas para poder lograr lo que en este día he hecho. Agradezco a mi tutor, el Sr. Oscar Benavente, quien me ha dado instrucción, apoyo y consejo en la realización de este proyecto. Al CICITEM y la Universidad Católica del Norte por darme la oportunidad de realizar mi trabajo de tesis. A Nanette, Evelyn, Larry, Camilo, Felipe y Luis Araya por sus correcciones, enseñanzas, amistad y apoyo incondicional. A mis amigos que me han acompañado en este camino: Carla Segovia, Carlos Araya, Claudio Bordones, Felipe Henríquez, Francisco Cortes, Francisco Ríos y Luis Díaz. También Le agradezco profundamente a la familia Larrondo-Vilches por todos los servicios prestados en esta última etapa y a mi tío Gonzalo por su constante preocupación e insistencia. Finalmente le agradezco a Dios por permitirme llegar hasta este punto, lo enaltezco por todo lo que me ha brindado en esta vida y a él le entrego todo lo que soy y lo que seré. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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TABLA DE CONTENIDOS

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN........................... ..................................... ...................... ...................... ...................... ...................... ..................... ...................... ................. ..... 1 1.1.

JUSTIFICACIÓN DEL ESTUDIO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 1

1.2.

OBJETIVOS............................ .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................ .................... ....... 2 1.2.1. Objetivo general................................... ............................................... ........................... ............................ ............................ ............................ .............. 2 1.2.2. Objetivos específicos. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ........................... ..............2

1.3.

ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA. ............................ .......................................... ........................... ............................ ................... .... 3 1.3.1 Descripción de la empresa. ..................................... ................................................... ............................ ............................ ....................... ......... 3

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ......................................................................................................... 5 2.1. FUNDAMENTOS DE PLANTA PILOTO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ......................... ........... 5 2.1.1 Modelo de escalamiento. ..................... ................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 6 2.1.2 Principio de similaridad. ....................... ..................................... ............................ ............................. ............................ ........................... .............. 7 2.1.3 Análisis dimensional............... ............................ ............................ ............................ ............................. ............................ ........................... ..............9 2.1.4 Criterios generales de diseño. ................................. ............................................... ............................ ............................ ..................... ....... 11

2.2. FUNDAMENTOS DE LA HIDROMETALURGIA. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 11 2.3. EXTRACCIÓN POR SOLVENTE........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 13 2.3.1. Objetivos del proceso de extracción por solventes. ........................... ......................................... ..................... ....... 14

2.4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES. ........................... .......................................... ............................ .................. ..... 14 2.4.1. Fase acuosa................................... ............................................... ........................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 17 2.4.2. Fase orgánica......................................... ...................................................... ............................ ........................... ........................... ........................ .......... 18

2.5. EXTRACTANTE ORGÁNICO. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 18 2.5.1. Características de los extractantes. ................................... ................................................ ........................... ........................ .......... 19 2.5.2. Tipos de extractante. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 20 2.5.3. Diluyente de la fase orgánica. ........................... ......................................... ............................ ............................ .......................... ............ 23 2.5.4. Modificadores. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 25

2.6. MECANISMOS DE EXTRACCIÓN. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 25 2.6.1. Tipo quelante. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 26 2.6.2. Tipo ácido orgánico. ........................ ...................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 26 2.6.3. Tipo sustitución del ligante. ................................... ................................................. ............................ ............................ ..................... ....... 27


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2.6.4. Tipo extracción e xtracción ne utra o solvatante. ..................................... ................................................... ............................ ................... ..... 27 2.6.5. Tipo con formación de par iónico. .......................... ........................................ ............................ ............................ ..................... ....... 28

2.7. CONCEPTOS IMPORTANTES EN EXTRACCIÓN POR SOLVENTES......................... ....................................... ............................ ....................... ......... 28 2.7.1. Transferencia de cobre............................. cobre........................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 28 2.7.2. Selectividad del extractante. .................... .................................. ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 29 2.7.3. Factor de carga. ....................................... ..................................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 29 2.7.4. Carga máxima...................................... .................................................. ........................... ............................ ............................ .......................... ............ 29 2.7.5. Razón de transferencia. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 30 2.7.6. Razón de rechazo de cobre a hierro. ................. ............................... ............................ ............................ .......................... ............ 30 2.7.7. Razón de flujos orgánico/acuoso (O/A). ............................ .......................................... ............................ ....................... ......... 30 2.7.8. Transferencia neta de cobre. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ .............. 31

2.8. CONTROLES OPERACIONALES EN EXTRACCIÓN POR SOLVENTES. ............................ .......................................... ............................ ................ .. 31 2.8.1 Tiempos de separación de fases. ............................ .......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 31 2.8.2. Altura de las capas de orgánico. ................... ................................. ............................ ........................... ............................ ................. .. 33 2.8.3. Altura de las bandas de dispersión. ................................ .............................................. ............................ .......................... ............ 33 2.8.4. Continuidad de fases. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 33 2.8.5. Arrastres de orgánico en acuoso............................ acuoso.......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 34 2.8.6. Arrastres de acuoso en orgánico............................ orgánico.......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 35 2.8.7. Velocidad de agitación. ..................... ................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 35

CAPÍTULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL ..................... ................................ ...................... ...................... ...................... ...................... ...................36 ........36 3.1.

DISEÑO DEL EXPERIMENTO............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 36

3.2.

CARACTERIZACIÓN DE SOLUCIONES. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 37

3.3.

3.2.1.

Carga máxima. ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ................. .. 37

3.2.2.

Tensión superficial e interfacial. ................................ .............................................. ............................ ............................ .............. 38

3.2.3.

Viscosidad............................. .......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 41

3.2.4.

Densidad. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................ .......................... ............ 43

3.2.5.

......................................... ............................ ......................... ............ 44 Punto de inflamación (“flash point”). ..........................

3.2.6.

Degradación acelerada. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ................ .. 46

3.2.7.

Tiempo separación de fases. ............................ .......................................... ........................... ............................ ........................ ......... 47

ACONDICIONAMIENTO DE SOLUCIONES........................ ...................................... ............................ ............................ ............................ .............. 49 3.3.1.

Orgánico A. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 49


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3.3.2.

Orgánico B. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 50

3.3.3.

PLS. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 51

3.4.

DESCRIPCIÓN PLANTA PILOTO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 52

3.5.

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ .............. 57

3.6.

INSTALACIÓN DE PLANTA PILOTO. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ .................. ..... 58

3.7.

PUESTA EN MARCHA DE PILOTAJE. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ................ .. 59 3.7.1.

Protocolos de operación. ...................................... .................................................... ............................. ............................ .................. ..... 59

3.5.2.

Puesta en e n marcha y obtención de muestras. ........................... ......................................... ............................ .............. 61

CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES .................. ............................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ............63 .63 4.1.

4.2.

4.3.

CARACTERIZACIÓN DE ORGÁNICOS............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................ .. 63 4.1.1.

Carga máxima. ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ................. .. 63

4.1.2.

Tensión superficial. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 64

4.1.3.

Tensión Interfacial. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 65

4.1.4.

Viscosidad............................. .......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 66

4.1.5.

Densidad. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................ .......................... ............ 67

4.1.6.

Punto de inflamación....................... .................................... ............................ ............................. ............................ ......................... ............68

4.1.7.

Degradación acelerada. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ................ .. 69

4.1.8.

Tiempo de separación de fases........................... fases......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 70

PLANTA PILOTO. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................ .......................... ............ 74 4.2.1.

Resultados operacionales. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 74

4.2.2.

Resultados físico - químicos. ........................ ...................................... ............................ ............................ ............................ .............. 77

RESULTADOS METALÚRGICOS............................. .......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 86 4.3.1.

Recuperación. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 86

4.1.1.

Re-extracción de cobre. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ .................. ..... 87

4.1.2.

Transferencia neta........................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 88

4.1.3.

Razón de transferencia global. ............................. ........................................... ............................ ............................ ................... ..... 88

4.1.4.

Selectividad de cobre................................... ................................................ ............................ ............................ ............................ ..............89

CAPÍTULO V. CONCLUSIONES ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................91 ........91 CAPÍTULO VI. RECOMENDACIONES ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... .....................94 ..........94 CAPÍTULO VII. REFERENCIAS ..................... ................................ ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... .....................95 ..........95 Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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CAPÍTULO VIII. ANEXOS ...................................................................................................................98 ANEXO A: PRUEBAS EN PLANTA PILOTO. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 98 A.1. Prueba en planta piloto, 100% planta. ................ .............................. ............................ ............................ .......................... ............ 98 A.2.1. Control Operacional............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 98 A.2.2. Control físico. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ...................... ....... 101 A.2. Prueba en planta piloto, 20% A +80% Planta. ................. ............................... ............................ .......................... ............ 103 A.3.1. Control Operacional............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ....................... .......... 103 A.3.2. Control físico. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ...................... ....... 106 A.3. Prueba en planta piloto, 20% B +80% Planta. ........................ ...................................... ............................ ................... ..... 108 A.3.1. Control Operacional............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ....................... .......... 108 A.3.2. Control físico. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ...................... ....... 111 A.4. Prueba en planta piloto, 50% A +50% Planta. ................. ............................... ............................ .......................... ............ 113 A.4.1. Control Operacional............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ....................... .......... 113 A.4.2. Control físico. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ...................... ....... 116 A.5. Prueba en planta piloto, 50% B +50% Planta. ........................ ...................................... ............................ ................... ..... 118 A.5.1. Control Operacional............................ ......................................... ............................ ............................. ............................ ....................... .......... 118 A.5.2. Control físico. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ...................... ....... 121 ANEXO B: M ANUAL DE SEGURIDAD ......................................... ............................ .......................... ............ 123 SEGURIDAD DE LA PLANTA PLANTA PILOTO............................

.......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 125 ANEXO C: E CUACIONES CUACIONES. ............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 126 ANEXO D: M ATERIALES Y EQUIPOS EQUIPOS. ...........................


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ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. ESQUEMA DEL CIRCUITO LIX-SX-EW. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 17 FIGURA 2. ESTRUCTURA QUÍMICA CETOXIMA Y ALDOXIMA (ALGUACIL,1997). ............................ ........................................... ............................ .................. ..... 21 FIGURA 3: CONTINUIDAD ACUOSA Y ORGÁNICA. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 34 FIGURA 4. ADICIÓN DE PLS AL EMBUDO SEPARADOR (PASO 1)............................ ......................................... ............................ ............................ .......................... ............ 38 FIGURA 5. AJUSTE DE POSICIÓN DEL ANILLO (TENSIÓN INTERFACIAL, PASO 6). ........................... ......................................... ............................ ..................... ....... 41 FIGURA 6. MEDICIÓN DE VISCOSIDAD (PASO 4). .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 42 FIGURA 7. MEDICIÓN DE LA DENSIDAD (PASO 5). ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 43 FIGURA 8. APLICACIÓN DE LA FUENTE DE IGNICIÓN (PASO 7). ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 46 FIGURA 9. PLS Y ORGÁNICO EN BAÑO TERMOSTÁTICO A 5 °C. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ .............. 48 FIGURA 10. MEDICION TSF. A LA IZQUIERDA: PASO 4; A LA DERECHA: PASO 6............................ .......................................... ............................ .................. ..... 49 FIGURA 11. DILUCIÓN DE SULFATO DE COBRE PARA AJUSTAR LA CONCENTRACIÓN DE PLS. .......................... ........................................ ................... ..... 51 FIGURA 12. PLANTA PILOTO EXTRACCIÓN POR SOLVENTES UCN. ............................ .......................................... ........................... ............................ ........................ ......... 52 FIGURA 13. BOMBAS UTILIZADAS. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 53 FIGURA 14. AJUSTE DE ALTURA DE BANDAS MEDIANTE REGULADOR DE NIVEL............................ ......................................... ............................ ..................... ....... 54 FIGURA 15. PULMONES DE ORGÁNICOS EN FUNCIONAMIENTO. ........................... ......................................... ............................ ............................ .......................... ............ 55 FIGURA 16. SISTEMA DE MEDICIÓN DE FLUJOS. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 56 FIGURA 17. PLANTA PILOTO (VISTA LATERAL SUPERIOR)............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 58 FIGURA 18. PLANTA PILOTO (VISTA FRONTAL)........................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 59 FIGURA 19. CARGA MÁXIMA, VALOR ESPERADO Y OBTENIDO. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 64 FIGURA 20. DEGRADACIÓN ACELERADA REACTIVOS ORGÁNICOS. ............................ .......................................... ........................... ............................ ........................ ......... 70 FIGURA 21. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ORGÁNICA. ........................... ......................................... ............................ .............. 72 FIGURA 22. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ACUOSA. ............................ .......................................... ............................ ................ .. 72 FIGURA 23. UBICACIÓN DE LOS DATA LOGGER. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................... ..... 75 FIGURA 24. TEMPERATURA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS (PRUEBA ORGÁNICO DE PLANTA). ........................... .......................................... ................. .. 76 FIGURA 25. TEMPERATURA MEDIA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS............................. .......................................... ........................... ............................ ........................ ......... 76 FIGURA 26. ARRASTRE DE ACUOSOS EN ORGÁNICO CARGADO. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ .............. 78 FIGURA 27. ARRASTRE DE ACUOSOS EN ORGÁNICO DESCARGADO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 78 FIGURA 28. CONCENTRACIÓN DE COBRE EN EL REFINO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 79 FIGURA 29.CONCENTRACIÓN DE COBRE EN ORGÁNICO CARGADO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 80


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FIGURA 30. CONCENTRACIÓN DE COBRE ORGÁNICO DESCARGADO. ........................... ......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 81 FIGURA 31. CONCENTRACIÓN DE COBRE ELECTROLITO RICO............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................ .. 82 FIGURA 32. CONCENTRACIÓN DE COBRE ELECTROLITO POBRE. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ .............. 82 FIGURA 33. CONCENTRACIÓN DE FE EN EL ORGÁNICO CARGADO. ........................... ......................................... ........................... ............................ ........................ ......... 83 FIGURA 34. CONCENTRACIÓN DE FE EN ORGÁNICO DESCARGADO. ............................ .......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 84 FIGURA 35. CONCENTRACIÓN DE FE EN ELECTROLITO RICO. ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ................ .. 85 FIGURA 36. CONCENTRACIÓN DE FE EN ELECTROLITO POBRE. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 85 FIGURA 37. RECUPERACIÓN DE COBRE. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 86 FIGURA 38. RE-EXTRACCIÓN DE COBRE........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ............................ ................. .. 87 FIGURA 39. TRANSFERENCIA NETA DE COBRE............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 88 FIGURA 40. RAZÓN GLOBAL O/A. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 89 FIGURA 41. SELECTIVIDAD DE COBRE . ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 90 FIGURA 42. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGÁNICAS. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 99 FIGURA 43. BANDAS DE ORGÁNICO. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 100 FIGURA 44.TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................ .......... 101 FIGURA 45. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGÁNICAS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 104 FIGURA 46. ALTURA DE BANDAS DE ORGÁNICO. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................. ... 105 FIGURA 47. TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER. ............................ .......................................... ........................... ............................ ...................... ....... 106 FIGURA 48. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGÁNICAS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 109 FIGURA 49. ALTURA DE BANDAS DE ORGÁNICO. .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ................. ... 110 FIGURA 50. TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER. ............................ .......................................... ........................... ............................ ...................... ....... 111 FIGURA 51. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGÁNICAS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 114 FIGURA 52. BANDAS DE ORGÁNICO. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 115 FIGURA 53. TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER. ............................ .......................................... ........................... ............................ ...................... ....... 116 FIGURA 54. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGÁNICAS ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 119 FIGURA 55. BANDAS DE ORGÁNICO. ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 120 FIGURA 56. TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER. ............................ .......................................... ........................... ............................ ...................... ....... 121


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ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. COMPARACIÓN DE LAS CETOXIMAS, ALDOXIMAS Y MEZCLAS DE AMBOS (ALGUACIL, 1997)................................ ............................... 23 TABLA 2. DISEÑO DE PRUEBAS DE CARACTERIZACIÓN. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 36 TABLA 3. DISEÑO DE PRUEBAS DE PILOTAJE. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 37 TABLA 4. VOLÚMENES DE OXIMAS Y DILUYENTES A UTILIZAR EN CARACTERIZACIÓN. ........................... ......................................... ............................ .............. 50 TABLA 5. VOLÚMENES DE OXIMAS Y DILUYENTES A UTILIZAR EN PLANTA PILOTO........................... ......................................... ............................ .................. ..... 51 TABLA 6. CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LAS CELDAS. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 57 TABLA 7. CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LAS BOMBAS. ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................ .................. ..... 57 TABLA 8. COMPARACIÓN CARGA MÁXIMA........................... ......................................... ............................ ........................... ............................ ............................ .......................... ............ 63 TABLA 9. COMPARACIÓN TENSIONES SUPERFICIALES. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 65 TABLA 10: COMPARACIÓN TENSIÓN INTERFACIAL. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 66 TABLA 11: COMPARACIÓN DE VISCOSIDADES. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 66 TABLA 12: COMPARACIÓN DE DENSIDADES. ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ............................ ........................ ......... 67 TABLA 13: COMPARACIÓN DE LOS PUNTOS DE INFLAMACIÓN DE LOS REACTIVOS ORGÁNICOS. ........................... ......................................... ..............68 TABLA 14. PORCENTAJE DE DEGRADACIÓN DE LOS REACTIVOS PLANTA, A Y B............................ ......................................... ............................ ..................... ....... 69 TABLA 15.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ORGÁNICA. ........................... ......................................... ............................ ................ .. 71 TABLA 16.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ACUOSA............................. ........................................... ............................ .................. ..... 71 TABLA 17. FLUJOS PROMEDIOS DE ALIMENTACIÓN, ML/MIN. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 74 TABLA 18. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 75 TABLA 19. TEMPERATURA MEDIA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS, °C. .......................... ........................................ ............................ ............................ ..................... ....... 77 TABLA 20. ARRASTRES DE ACUOSOS EN ORGÁNICO PROMEDIO, ML/H............................ ......................................... ........................... ............................ ................. .. 77 TABLA 21. CONCENTRACIÓN DE COBRE PROMEDIO EN EL REFINO, G/L. ........................... ......................................... ........................... ............................ ................. .. 79 TABLA 22. CONCENTRACIÓN DE COBRE PROMEDIO EN EL ORGÁN ICO, G/L. .......................... ......................................... ............................ ......................... ............ 80 TABLA 23. CONCENTRACIÓN PROMEDIO DE COBRE ER Y EP, G/L. ............................ .......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 81 TABLA 24. CONCENTRACIÓN PROMEDIO DE HIERRO OC Y OD, G/L............................. /L........................................... ............................ ............................ ................... ..... 83 TABLA 25. CONCENTRACIÓN PROMEDIO DE HIERRO ER Y EP, G/L. ........................... ......................................... ............................ ............................ ..................... ....... 84 TABLA 26. RECUPERACIÓN DE COBRE PROMEDIO, %. .......................... ........................................ ............................ ............................. ............................ ......................... ............ 86 TABLA 27. RE-EXTRACCIÓN DE COBRE PROMEDIO, %. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ....................... ......... 87 TABLA 28.TRANSFERENCIA NETA PROMEDIO DE COBRE, G/L. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ .............. 88 TABLA 29. RAZÓN DE TRANSFERENCIA O/A. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 89


xiii

TABLA 30. SELECTIVIDAD DE COBRE . ........................... .......................................... ............................ ........................... ............................ ............................. ............................ .................. ..... 90 TABLA 31. FLUJOS PROMEDIO DE ACUOSOS Y ORGÁNICO EN ML/MIN. ............................ .......................................... ........................... ............................ ................. .. 98 TABLA 32. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ................ .. 99 TABLA 33. TEMPERATURA, °C .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 100 TABLA 34. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, VISCOSIDAD............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 101 TABLA 35. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, DENSIDAD......................... ....................................... ............................ ............................. ............................ ....................... .......... 102 TABLA 36. FLUJOS PROMEDIO DE ACUOSOS Y ORGÁNICO EN ML/MIN .......................... ........................................ ............................ ............................ ................. ... 103 TABLA 37. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 104 TABLA 38. TEMPERATURA, °C .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 105 TABLA 39. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, VISCOSIDAD............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 106 TABLA 40. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, DENSIDAD. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 107 TABLA 41. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGÁNICO EN ML/MIN ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 108 TABLA 42. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 109 TABLA 43. TEMPERATURA, °C .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 110 TABLA 44. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, VISCOSIDAD............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 111 TABLA 45. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, DENSIDAD. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 112 TABLA 46. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGÁNICO EN ML/MIN ........................... ......................................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 113 TABLA 47. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 114 TABLA 48. TEMPERATURA, °C .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 115 TABLA 49. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, VISCOSIDAD............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 116 TABLA 50. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, DENSIDAD. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 117 TABLA 51. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGÁNICO EN ML/MIN............................ .......................................... ............................ ............................. ............................ ................ ... 118 TABLA 52. ALTURA DE BANDA DE ORGÁNICO, CM ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 119 TABLA 53. TEMPERATURA, °C .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .......................... ............ 120 TABLA 54. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, VISCOSIDAD............................ ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 121 TABLA 55. RESUMEN MEDICIONES FÍSICAS, DENSIDAD. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 122 TABLA 56. POSIBLE PROBLEMA Y SU MEDIDA PALIATIVA. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ................... ..... 123


xiv

NOMENCLATURA A/O:

Razón entre la solución acuosa y la solución orgánica.

C.M.:

Carga máxima.

CICITEM:

Centro de Investigación Científico Tecnológico para la Minería.

CONICYT:

Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica de Chile.

Crud :

“

Borras.

” ”

E:

Etapa de extracción.

EP:

Electrólito pobre.

ER:

Electrólito rico.

EW:

Electro obtención.

“

” ”

Flash point :

Punto de inflamación.

IBC:

Contenedor Internacional a granel.

LIX:

Lixiviación

MEL:

Minera Escondida Ltda.

O/A:

Razón entre la solución orgánica y la solución acuosa.

OC:

Orgánico cargado.

OD:

Orgánico descargado.

P.I.:

Punto de inflamación.

PLS:

Solución impregnada de cobre.

PVC:

Policloruro de vinilo.

REF:

Refino.

S:

Etapa de re-extracción.

SX:

Extracción por solvente.

TSF:

Tiempo separación de fases.

UA:

Universidad de Antofagasta.


xv

UCN:

Universidad Católica del Norte.

v/v:

Razón volumen-volumen.


xvi

CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN.

1.1.

Justificación del estudio. A través de CICITEM se recibe el requerimiento de Minera Escondida

Ltda. la que consiste en evaluar extractantes alternativos para la planta de extracción por solventes, esto debido principalmente a una disminución del desempeño en la operación de planta, manifestándose en un aumento en el tiempo de separación de fases y pérdida de orgánico por arrastre, ya sea por contaminación y/o degradación del reactivo orgánico. Es por ésta razón que es importante realizar controles de calidad estándar en forma periódica, que comprende la medición de los siguientes parámetros: carga máxima, tensión superficial e interfacial, viscosidad, densidad, degradación del extractante y tiempo de separación de fases. La contaminación y degradación del extractante produce una deficiencia de estas propiedades, la que trae como consecuencia la pérdida de características extractivas o de coalescencia por descomposición en su estructura molecular, y puede ser por oxidación del grupo activo, por hidrólisis o por ocupación de los sitios activos con algún elemento envenenante que no se extrae de forma normal.


1

1.2.

Objetivos.

1.2.1. Objetivo general. Evaluar técnicamente extractantes alternativos para planta de extracción por solvente de Minera Escondida Ltda.

1.2.2. Objetivos específicos. 

Estudio bibliográfico.



Caracterización de los reactivos planta, orgánico A, orgánico B y mezclas al 20 y 50% del reactivo de planta con A y B.



Evaluación en planta piloto para cada extractante y sus respectivas mezclas.


2

1.3.

Antecedentes generales de la empresa.

1.3.1 Descripción de la empresa. El Centro de Investigación Científico Tecnológico para la Minería (CICITEM), es una corporación sin fines de lucro, fundada por la Universidad Católica del Norte (UCN), la Universidad de Antofagasta (UA), el Gobierno Regional de Antofagasta y CONICYT. Sus oficinas comerciales y de recurso humano se encuentran en Av. José Miguel carrera 1701 piso 4, Antofagasta. Sus laboratorios se emplazan tanto en la Universidad Católica del Norte como en la Universidad de Antofagasta. Aunque el centro inició sus actividades el año 2006, fue el 5 de mayo de 2008 cuando obtuvo la personalidad jurídica que le permitió iniciar operaciones oficiales. En enero de 2009 se desarrolló la planificación estratégica del centro, definiendo su visión como sigue: “Consolidarse como un centro de investigación científico tecnológico, referente nacional en el ámbito de la minería, con clara proyección internacional”, y su

misión “Apoyar la innovación, desarrollo y sustentabilidad de la industria minera y sectores productivos asociados, nacionales y regionales, a través de investigación científica y tecnológica de alto nivel”. Los objetivos generales de CICITEM son “Contribuir a la materialización

del proyecto del “cluster minero minero regional” mediante la creación de un centro de investigación científico científico tecnológico para la mine mine ría” e “Impulsar el desarrollo de la región de Antofagasta, región minera, a través de la generación de investigación y desarrollo científico tecnológico para la minería”.

El CICITEM definió como líneas de investigación la ingeniería de procesos y la biominería, que para sus inicios, unió las capacidades disponibles Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

3

en las Universidades de Antofagasta y Católica del Norte. No obstante también considera el desarrollo de investigación en temas precompetitivos de la minería como recursos hídricos, energía y sustentabilidad. La primera línea de investigación abarca las siguientes áreas: equilibrio de fases en sistemas multicomponentes, procesos de separación sólido-líquido, reología de pulpas, lixiviación (cuprífera, de caliches, etc.), electroquímica, pirometalurgia, modificación de matas, optimización, diseño y mejora de procesos, desarrollo de modelos y estudios fenomenológicos, sistemas acuosos bifásicos y cristalización. Mientras que la línea de la biominería contempla: biolixiviación, optimización, caracterización génica, interacción microorganismo – mineral, tratamiento de aguas y efluentes, control arsénico, metales (Cu 2+),

fitoremediación, biocorrosión, biosorción y bioenergía.


4

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

2.1. Fundamentos de planta piloto. Una planta piloto es una planta de proceso a escala reducida. El fin que se persigue al diseñar, construir y operar una planta piloto es obtener información sobre un determinado proceso físico o químico, que permita determinar si el proceso es técnica y económicamente viable, así como establecer los parámetros de operación óptimos de dicho proceso para el posterior diseño y construcción de la planta a escala industrial. La investigación para el estudio de nuevos procesos físico-químicos, o para la mejora de procesos ya existente se lleva a cabo en plantas a escala piloto, reduciéndose así los costos asociados a la inversión y a los gastos fijos de operación inherentes a una planta industrial, siempre y cuando hayan sido diseñadas y operadas correctamente. El término “ planta pilo to” abarca un amplio rango de escalas, desde

plantas a escala laboratorio hasta plantas a escala semi-industrial. Los avances tecnológicos en distintas áreas han hecho posible que hoy día se disponga de instrumentación y dispositivos adecuados para el diseño y construcción de plantas a escala muy reducida, plantas a micro-escala, capaces de operar en idénticas condiciones de presión y temperatura que las plantas industriales. Estos avances ha conducido igualmente a que estas plantas a micro-escala cuenten con sistemas de adquisición de datos, supervisión y control y puedan ser automatizadas, de manera que la producción experimental se multiplique y


5

se reduzca, así, considerablemente el tiempo necesario para el estudio y la optimización de un proceso físico-químico concreto. (González, 2010). Una planta piloto debe ser mucho más flexible que una planta a escala industrial en cuanto al rango permisible de sus parámetros de operación o variables de proceso, ya que una planta industrial opera siempre en las mismas condiciones, mientras que una planta piloto, por el hecho de estar destinada a la investigación o estudio de un proceso, debe permitir trabajar en un amplio rango de valores de temperatura, presión, entre otros parámetros, de manera que puedan realizarse experimentos o ensayos con valores distintos de las variables de proceso y poder determinar, así, los valores óptimos. Aunque, en los últimos años año s se han desarrollado diversas herramientas para simulación de procesos por ordenador, estos sistemas no pueden sustituir a las plantas piloto, ya que no son capaces de predecir el comportamiento de nuevos procesos, de los que no existen datos disponibles, ni de procesos complejos.

2.1.1 Modelo de escalamiento. El paso fundamental en el escalamiento (Anaya-Durand y Gutiérrez, 1999) consiste en pasar los datos obtenidos en la planta piloto a un modelo que puede ser:



Fenomenológico: Fundamentado en algunos razonamientos teóricos pero de tipo microscópico. No involucra consideraciones moleculares y


6

permite hacer predicción en rangos o intervalos de operación no estudiados experimentalmente.



Empírico: El cual se postula sin bases teóricas y se espera solamente que ajuste la interacción entre los datos en el rango o intervalo de experimentación.



De similaridad: Obtenido a partir de un análisis de similaridad con respecto a analogías físicas de tipo térmico, mecánico, geométrico, químico, etc. El tipo de modelo de escalamiento depende tanto del proceso en

cuestión como de la geometría de los equipos involucrados.

2.1.2 Principio de similaridad. El principio de similaridad hace referencia a la relación que existe entre sistemas físicos y el tamaño de los mismos, siendo básico en el escalamiento de procesos físicos y químicos. Este principio de similaridad está relacionado con el concepto de forma a partir del hecho de que ésta es independiente del tamaño y la composición. En términos más precisos, este principio establece lo siguiente: La configuración espacial y temporal de un sistema físico está determinada por las relaciones de las magnitudes dentro del propio sistema y


7

no dependen del tamaño ni de la naturaleza de las unidades en las cuales se miden esas magnitudes (Anaya-Durand et al , 2008). Dentro de la ingeniería química son de interés cuatro tipos de similaridades:



Similaridad geométrica: La similaridad geométrica se define con mayor precisión en términos de correspondencia. Considerando dos cuerpos sólidos, cada uno provisto de tres ejes imaginarios en el espacio que los intersectan a fin de ser descritos de igual forma en todos los sus puntos en un mismo sistema de coordenadas. Con esto se define que: Dos cuerpos son geométricamente similares cuando para todo punto en el primer cuerpo existe un punto en el segundo.



Similaridad mecánica: La similaridad mecánica comprende en su área a las similaridades estática, cinemática y dinámica. Cada una de éstas puede considerarse como una extensión del concepto de similaridad geométrica en sistemas fijos o en movimiento sujetos a fuerzas externas o internas.



Similaridad térmica: Esta similaridad involucra a los sistemas en los cuales se presenta flujo de calor por lo que se introduce la dimensión temperatura además de la longitud, fuerza y tiempo. El calor puede fluir por convección, conducción y radiación y la diferencia de temperaturas a tiempos correspondientes entre un par de puntos de un sistema y entre el par de puntos de otro se definen como temperaturas correspondientes. Los sistemas que presentan similaridad geométrica son térmicamente similares cuando la diferencia de temperatura conserva una relación


8

constante entre ellos y cuando los sistemas, si están en movimiento, son cinéticamente similares.



Similaridad química: Esta similaridad está relacionada con sistemas que presentan reacciones químicas donde la composición varía de un punto a otro, ya sea en procesos intermitentes o continuos, en diferentes instantes. No se introduce ninguna nueva dimensión, no es necesario que las composiciones químicas de ambos sistemas sean las mismas, sino solamente que exista una relación fija entre las concentraciones puntuales de algunos componentes de las cuales se realiza la comparación. Cuando un sistema tiene un componente A’ y otro B ’ y se desea establecer la similaridad entre A ’ y B’, estas sustancias serán constituyentes correspondientes.

2.1.3 Análisis dimensional. El análisis dimensional es una poderosa herramienta que permite simplificar el estudio de cualquier fenómeno en el que estén involucradas magnitudes físicas. Su resultado fundamental, el teorema de VaschyBuckingham (más conocido como teor ema ema Π), permite cambiar el conjunto original de parámetros de entrada dimensionales de un problema físico por otro conjunto de parámetros de entrada adimensionales más reducido. Estos parámetros adimensionales se obtienen mediante combinaciones adecuadas de los parámetros dimensionales y no son únicos, aunque sí lo es el número mínimo necesario para estudiar cada sistema. De este modo, al obtener uno de estos conjuntos de tamaño mínimo se consigue analizar con mayor Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

9

facilidad el sistema objeto de estudio y reducir drásticamente el número de ensayos que debe realizarse para averiguar el comportamiento o respuesta de un sistema determinado (Anaya-Durand et al , 2008). El análisis dimensional también es la base de los ensayos a escala reducida utilizados en muchas ramas de la ingeniería, tales como la química, aeronáutica, la mecánica o la ingeniería civil. A partir de dichos ensayos se obtiene información sobre lo que ocurre en el fenómeno a escala real cuando existe similaridad física entre el fenómeno real y el ensayo. Finalmente, el análisis dimensional también es una herramienta útil para detectar errores en los cálculos científicos e ingenieriles. Con este fin se comprueba la congruencia de las unidades empleadas en los cálculos, prestando especial atención a las unidades de los resultados. Para reducir un problema dimensional a otro adimensional con menos parámetros, se siguen los siguientes pasos generales: 1. Contar el número de variables dimensionales n. 2. Contar el número de unidades básicas m (longitud, tiempo, masa, temperatura, etc...). 3. Determinar el número de grupos adimensionales. Π = n - m. 4. Hacer que cada número Π dependa de n - m variables fijas y que cada uno dependa además de una de las m variables restantes (se recomienda que las variables fijas sean una del fluido, una geométrica y otra cinemática). 5. El número Π que contenga la variable que se desea determinar se pone como función de los demás números adimensionales.


10

6. El modelo debe tener sus números adimensionales iguales a las del prototipo para asegurar similitud. 7. Se determina la dependencia del número adimensional requerido experimentalmente.

2.1.4 Criterios generales de diseño. El modelo a seguir utiliza el principio de similaridad química, además físicamente la planta piloto que se quiere diseñar debe cumplir una serie de condiciones generales:



Manejabilidad: La planta piloto debe limpiarse por completo antes de iniciar cada prueba, por ende el acoplamiento de bombas, mangueras y válvulas debe ser sencillo.



Autonomía: Debe funcionar sin intervención externa el mayor tiempo posible.



Flexibilidad: Debe permitir trabajar en un amplio rango de valores (flujos, temperaturas, fases orgánicas o acuosas, entre otros) de manera que puedan modificarse sin tener que cambiar los equipos que componen la planta piloto.

2.2. Fundamentos de la hidrometalurgia. La hidrometalurgia ha experimentado en las últimas décadas un gran desarrollo, y ha ampliado enormemente su rango de aplicación. Este reciente desarrollo de la hidrometalurgia se debe en parte a la demanda siempre


11

creciente de metales, que junto con el agotamiento de los yacimientos hace necesario usar nuevas fuentes de metal, fundamentalmente menas pobres y complejas, las cuales, por razones técnicas y/o económicas son tratadas de forma más conveniente por métodos hidrometalúrgicos que por métodos pirometalúrgicos (Ruiz, 2009). La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia extractiva que estudia todos los procesos extractivos que ocurren en medios acuosos, que permiten la extracción y obtención de metales y/o compuestos desde sus minerales o materiales de reciclaje (chatarras, escorias, cementos metálicos, barros anódicos, etc.) (Simpson, 2003). La hidrometalurgia se subdivide en tres ramas importantes, las cuales son: a.- Lixiviación. b.- Concentración y purificación. c.- Precipitación. En líneas generales las principales ventajas de los procesos hidrometalúrgicos de acuerdo a Simpson (Simpson, 2003) son:



Sus procesos tienen un menor impacto ambiental en comparación a otros procesos extractivos.



Bajos costos de inversión para un tamaño de planta dado, en comparación a otros procesos extractivos.



Posibilidad de expansión desde una operación pequeña a otra de tamaño mediano, conservando siempre la economía de una operación


12

en gran escala. Esto debido al carácter modular de las plantas hidrometalúrgicas. 

Algunos procesos hidrometalúrgicos hidrometalúrgicos permiten un ahorro considerable de combustible, como es el caso de tratar los minerales directamente en sus yacimientos o los que evitan el proceso de molienda. Estos ahorros de energía representan una fracción apreciable del consumo total de un proceso convencional.



Existe un gran control sobre las reacciones, debido a las condiciones cinéticas en que se desarrollan los procesos.



Es posible una gran automatización.



Las operaciones hidrometalúrgicas son muy selectivas, en lixiviación por ejemplo, sólo parte de la mena se disuelve dejando el resto sin reaccionar, permitiendo su eliminación en una etapa inicial del proceso.



La selectividad selectividad de la extracción por solventes es raramente obtenida por otros procesos no hidrometalúrgicos.



Gran flexibilidad flexibilidad para combinar operaciones unitarias con el objeto de lograr un proceso óptimo.

2.3. Extracción por solvente. La extracción por solventes (SX) es el nombre que se le asigna a un proceso físico-químico o químico de separación –que, en general, trae como consecuencia una purificación y concentración- en el cual las especies solubles que están en una cierta fase líquida se distribuyen preferencial y selectivamente en una segunda fase, también líquida, siendo ambas fases completamente inmiscibles entre sí (Domic, 2001).


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2.3.1. Objetivos del proceso de extracción por solventes. El proceso de extracción por solventes se incorpora como parte de un sistema integral de recuperación hidrometalúrgica, generalmente, para cumplir por los menos con alguno de estos tres objetivos principales (Domic, 2001):



La separación y purificación de uno o más metales de interés de las impurezas que les acompañan, sea extractando el o los metales deseados desde las soluciones que quedan con las impurezas, o bien extractando las impurezas dejando en las soluciones el o los metales deseados.



La concentración de los metales disueltos con el objetivo de disminuir los volúmenes a procesar y así reducir los costos para el proceso siguiente.



La transferencia de los metales disueltos , desde una solución acuosa compleja a otra solución acuosa diferente, para que simplifique el proceso siguiente.

2.4. Descripción del proceso de extracción por solventes. El fundamento básico del proceso de extracción por solvente (SX) es la reacción química de intercambio iónico, entre el ión del elemento metálico y un ión H+ del compuesto orgánico (resina extractante), que da origen así a un complejo órgano-metálico o quelato, que es soluble en la fase orgánica y que se separa entonces por esta vía de los otros elementos o impurezas, que permanecen solubles en la fase acuosa residual, o refino como se le denomina (Cognis, 2003). Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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La reacción que gobierna la formación de este complejo insoluble no es difícil de entender y responde básicamente a la ecuación general:

+  ↔   + (1) Donde:

+: Representa la concentración del ión cobre disuelto en la fase acuosa (fase líquida cuya base es el agua).

 : Representa la concentración de cobre disuelto en la fase orgánica (solvente + extractante) y que ha sido atrapado por el extractante.

: Representa la concentración del extractante en la fase orgánica. + : Concentración de ácido (libre) en la fase acuosa. En la reacción se simboliza R-H para indicar que sólo es el protón H + el que se intercambia con el Cu 2+. En el proceso de extracción, el equilibrio se desplaza hacia la derecha, mientras que en la etapa de re-extracción el cobre pasa a una fase acuosa (que formará el electrólito de avance) por desplazamiento del equilibrio a la izquierda (Alguacil, 1997). En la etapa de extracción, la solución impura que proviene de la lixiviación con baja acidez (pH entre 1,4 y 2,5) conteniendo al cobre, denominada PLS (solución rica en cobre), se contacta con la fase orgánica de muy bajo contenido en cobre (orgánico descargado), debido a la acidez del PLS la reacción (1) se desplaza hacia la derecha, obteniéndose después de que Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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ambas soluciones han pasado por todas las etapas de extracción, una fase orgánica rica en cobre (orgánico cargado) y una fase acuosa (refino) que presenta una baja concentración de cobre. La solución refino obtenida retiene la mayor parte de las impurezas (Fe, Al, Mn, Mg, Zn, Ni, Cl -, entre otros.) sale con una alta acidez, por lo cual, es recirculada a la lixiviación (Gutiérrez, 2001). En la etapa de re-extracción se descarga el cobre presente en la fase orgánica. Este traspaso se logra cuando se contacta la fase orgánica cargada con una solución acuosa de alta alta acidez (180 a 200 g/L). La solución de alta acidez proviene de la electro-obtención, y se le conoce por el nombre de electrólito pobre (Gutiérrez, 2001). De la etapa de re-extracción se obtienen dos soluciones: una orgánica pobre en cobre que vuelve a la etapa de extracción y una solución acuosa rica en cobre, denominada electrólito rico, que es enviada al proceso de electroobtención (Gutiérrez, 2001). El esquema presente en la Figura 1 describe las partes esenciales del proceso de extracción por solventes y nomenclatura más corriente asociada a los flujos que participan del circuito LIX-SX-EW.


16

Figura 1. Esquema del circuito LIX-SX-EW.

2.4.1. Fase acuosa. La caracterización de la fase acuosa es de primordial importancia en el proceso de extracción por solventes de metales. Así, el tipo y concentración del metal de interés y de otros metales disueltos (o impurezas), el tipo y concentración de aniones presentes, el pH de la solución, su potencial de oxidación y la temperatura de la solución son todos factores que van a determinar el tipo de extractante a usar y las condiciones en que debe realizarse el proceso de extracción. Algunos metales pueden existir en solución parcialmente como especies catiónicas y aniónicas o neutras y las cantidades relativas de cada especie presente están determinadas por las constantes de estabilidad de reacciones de complejación o formación de pares iónicos, por el pH y por la concentración del ligando (Ruiz, 2009).


17

2.4.2. Fase orgánica. En general, la fase orgánica está constituida por un reactivo –que es el responsable químico de las reacciones de extracción y descarga- y de un diluyente, que actúa esencialmente como medio físico disolvente y portador. En forma complementaria el diluyente también puede participar en las reacciones de extracción y descarga, modificando el comportamiento químico del reactivo. Ocasionalmente, también se puede encontrar la participación de otras sustancias que actúan como modificadores, sea de tipo físico –actuando sobre las características propias del diluyente- como también del tipo químico, al interactuar directamente sobre el reactivo (Domic, 2001). En el caso de la extracción de cobre se emplean como tales, reactivos orgánicos formadores de quelato, derivados de las oximas. Estos compuestos tienen fuerte poder selectivo de unión a iones Cu 2+, que por ello puede ser extraído de la solución. La formación de complejos orgánicos, va aparejada en la extracción de cobre a la reacción de intercambio de iones entre los iones Cu2+ y los átomos de hidrógenos de un compuesto orgánico. Los extractantes se denominan HR sin reaccionar, al extraer cobre se forma el complejo orgánico CuR2, disuelto en la fase orgánica. Al formar el complejo metálico orgánico (CuR2) se libera H+ en el acuoso que constituirá el refino que vuelve a lixiviación; el H + (se puede hablar de recuperación de ácido sulfúrico) es el agente lixiviante de los minerales oxidados de cobre (Simpson, 2006).

2.5. Extractante orgánico.


18

En la actualidad se conocen y existen extractantes orgánicos prácticamente para todos los metales, en una u otra forma. Sin embargo, para que el extractante sea viable técnicamente, se deben considerar los siguientes aspectos: volumen utilizado, el tratamiento continuo y el interés económico.

2.5.1. Características de los extractantes. Para que un reactivo pueda ser económicamente aceptable debe contar con una buena combinación de la mayor parte de las siguientes características ideales para un reactivo extractante orgánico (Domic, 2001):



Extraer el o los metales deseados con la máxima selectividad selectividad posible desde la solución que los contiene.



Ser descargable hacia una solución desde donde pueda ocurrir, en forma sencilla, la recuperación del metal.



Ser de fácil regeneración en sus características físico-químicas, permitiendo una expedita recirculación a la etapa de extracción.



Ser lo más inmiscible posible en las soluciones acuosas que contiene el (o los) metal (es) de interés y que la separación se logre eficientemente en tiempos razonablemente breve.



Ser estable a las las condiciones del circuito de manera que pueda ser reciclado muchas veces. Para ello debe ser químicamente estable frente al ataque de ambientes ácidos o alcalinos.



Ser soluble en diluyentes orgánicos económicos, o ser capaz de funcionar él mismo, además, como diluyente.



Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia neta eficaz del metal extraído.


19



No debe promover emulsiones estables.



No debe transferir especies nocivas desde la descarga a la extracción y viceversa.



Debe tener un costo económicamente aceptable.

Normalmente el comportamiento de los reactivos en relación a los requerimientos impuestos por el listado anterior no es nunca de cumplimiento completo. Ni tampoco absoluto. Más bien, los reactivos comercialmente exitosos cuentan con un adecuado equilibrio de la mayor parte de las propiedades enumeradas.

2.5.2. Tipos de extractante. Existen distintas clases de extractantes como son los esteres, ácidos carboxílicos y las oximas, siendo este último grupo el que se detalla a continuación. Las hidroxi-oximas de segunda generación se desarrollaron con un anillo aromático. La Figura 2 muestra la estructura química general de las oximas empleadas para la recuperación de cobre.


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Figura 2. Estructura química cetoxima y aldoxima (Alguacil,1997).

2.5.2.1. Cetoximas. Las cetoximas fueron las primeras hidroxi-oximas usadas como extractantes comerciales y se mantuvieron en forma exclusiva por cerca de 12 años. Los reactivos de esta clase presentan propiedades excepcionales de extracción y descarga y se comportan muy bien con soluciones de lixiviación a temperaturas intermedias y con un rango de pH entre 1,7 y 1,8. Sin embargo, carecen del suficiente poder de extracción de cobre como para obtener buenas recuperaciones desde soluciones de lixiviación más frías, con altos contenidos de cobre y/o con un pH inicial relativamente bajo (Domic, 2001).

2.5.2.2. Aldoximas.


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Las aldoximas (o salicil-aldoximas) fueron desarrolladas para superar los problemas de fuerza de extracción de las cetoximas. Su característica más destacada es poseer un alto poder de extracción, sin embargo, éste es también su lado débil. Cuando se usa sólo, este tipo de reactivo tiene un poder tan altamente extractivo que el cobre no se descarga satisfactoriamente con un electrólito de características normales. Como resultado, la transferencia neta de cobre de un reactivo extractante del tipo aldoxima es baja. Por esta razón, se usan en combinación, ya sea con un modificador de equilibrio o con una Cetoxima (Domic, 2001).

2.5.2.3. Mezcla cetoxima-aldoxima. La mezcla cetoxima-aldoxima (sin modificador), también ha sido ampliamente usada en la extracción por solventes para cobre. Estas mezclas combinan el fuerte poder extractivo y las rápidas cinéticas de las aldoximas con las buenas características físicas de operación y estabilidad de las cetoximas. Estos reactivos se pueden mezclar en un rango amplio para equiparar el poder extractivo de la mezcla con las necesidades específicas de una planta determinada, aplicándolo a la medida de una solución de lixiviación en particular.

2.5.2.4. Comparación aldoximas-cetoximas-mezclas. Una comparación general de las propiedades de los reactivos orgánicos para cobre se muestra en la Tabla la Tabla 1. Esta 1. Esta tabla se realiza compilando una lista de propiedades específicas (Alguacil, 1997). Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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Tabla 1. Comparación de las cetoximas, aldoximas y mezclas de ambos (Alguacil, 1997).

Propiedad Extracción Re-extracción Selectividad Cu-Fe Cinética Separación de fases Estabilidad Formación lodos (***)

Cetoxima Moderada Muy buena Excelente Muy buena Rápida Muy buena Lenta

Aldoxima Muy buena Buena Excelente Excelente Rápida Muy buena (**) Variable

Mezcla A la medida(*) medida(*) A la medida(*) medida(*) Excelente Muy buena Rápida Muy buena Lenta

(*) Varía según la mezcla utilizada. (**) Según el modificador empleado. (***) Dependiente de la disolución de lixiviación a tratar y del modificador empleado en la fase o rgánica.

Las generalizaciones pueden tener excepciones. Por ejemplo, la selectividad Cu/Fe para las aldoximas modificadas se considera como excelente, lo cual, en la mayoría de los casos, es válido. Sin embargo, cuando se usa el modificador nonilfenol, la selectividad Cu/Fe disminuye en un factor de dos a tres veces (Domic, 2001).

2.5.3. Diluyente de la fase orgánica. Estos agentes de extracción, como se suministran, vienen diluidos en un diluyente alifático (como el conocido comercialmente Shellsol 2046), pero en la mayoría de los casos se hace necesario adecuar la concentración del agente de extracción a las condiciones de operación de cada caso particular. En la operación de extracción con disolventes aplicada al cobre, se emplea un diluyente alifático como diluyente de la fase orgánica, y como en el caso de los agentes de extracción existen en el mercado amplias posibilidades de elección.


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Esta debe estar regida por los mismos conceptos y necesidades que se han considerado en el caso del agente de extracción (Alguacil, 1997). En cualquier caso los esfuerzos para elegir el adecuado diluyente y para monitorear la calidad de los continuos suministros, es importante. Estos esfuerzos deben incluirse como parte de un buen programa de evaluación de laboratorio. Debe notarse en esta discusión, que la función del diluyente se asume estar separada de la del modificador. En sistemas reales no es una presunción válida, pero las interacciones diluyentes - modificadores son complejas (MCT Redbook, 2008). Un diluyente debiera cumplir con la mayoría de las siguientes características:



Solubilizar al extractante y al complejo órgano-metálico formado por la reacción del metal con el extractante.



Ser insoluble en la fase acuosa.



Tener una baja viscosidad viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la separación de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra.



Libre de componentes extraños, extraños, con el objeto objeto de minimizar la formación de borras (“crud ). ” ”



Ser químicamente estable bajo todas las condiciones del circuito.


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

Tener un un alto punto de inflamación ( “flash point ) de 25 ºC o más, por ” ”

encima de la temperatura más alta prevista para la operación del circuito SX.



Tener bajas pérdidas por evaporación.



No interferir perjudicialmente en en la química química de las reacciones de extracción y descarga del metal.



Estar disponible con facilidad, en grandes cantidades y a bajo costo.

2.5.4. Modificadores. Un modificador es cualquier producto orgánico que al ser añadido disuelto en la fase orgánica altera el comportamiento de un determinado reactivo de extracción por solventes. Entre estas alteraciones, el modificador puede desplazar los equilibrios de extracción y re-extracción, facilitar la coalescencia, controlar la generación de borra, mejorar la solubilidad del extractante cargado en la fase orgánica, etc. En general, los modificadores utilizados son alcoholes aromáticos o alifáticos y/o ésteres, los que agregados en ciertas cantidades, buscan mejorar la re-extracción del ión metálico, sin alterar la fuerza extractiva (CODELCO, 2004).

2.6. Mecanismos de extracción.


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En general, se puede decir que existen cinco clases o tipos de reactivos orgánicos, que sirven como extractantes para metales o complejos metálicos, caracterizados por la estructura, el mecanismo de extracción y por la especie metálica extraída. Estos son los reactivos del tipo: quelante, ácido orgánico, sustitución del ligante, extracción neutra o solvatante y con formación de par iónico (Domic, 2001).

2.6.1. Tipo quelante. Quelante se refiere a atenazar, que es una descripción gráfica de la forma con que el reactivo extractante se aferra al ión metálico. El extractante enlaza químicamente el ión metálico en, al menos, dos sitios, de manera similar como se toma un objeto entre el dedo pulgar y el dedo índice. La transferencia de un ión metálico toma lugar gracias a la formación de un compuesto quelato-metálico eléctricamente neutro, dónde el agente quelante satisface tanto la valencia como el número de coordinación que requiere dicho ión metálico. Aparte de enlazarse con el ión metal, el extractante libera un ión hidrógeno en la solución acuosa desde la cual extrajo el metal. Este mecanismo involucra las oximas (Itabashi, 2003).

2.6.2. Tipo ácido orgánico. La química de los extractantes del tipo ácido orgánico tiene algunas características que los asemejan a los quelantes y otras a los extractantes por solvatación.


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Las características generales de este tipo de extractante son las siguientes (Domic, 2001):



Menor selectividad que los extractantes quelantes.



Pueden promover emulsiones estables con soluciones alcalinas.



Operan sobre la base base de un ión hidrógeno cíclico, similar a los reactivos quelantes.



Cinéticas de extracción normalmente muy rápidas.



En general como clase, no son muy difíciles difíciles de producir y, por lo tanto, están disponibles en cantidades comerciales a un costo razonable.

2.6.3. Tipo sustitución del ligante. Estos extractantes tienen uno o más pares de electrones que pueden formar un enlace simple con el ión metálico, desplazando a otras especies (ligante) que pueden estar enlazadas formando un complejo con el metal. Es opinión de muchos autores que este tipo de reactivos no ha sido completamente estudiado en sus numerosas posibilidades de aplicación y, por ello, no se les ha utilizado comercialmente en toda su potencialidad (Domic, 2001).

2.6.4. Tipo extracción neutra o solvatante. Este tipo de reactivo orgánico se coordina con ciertos complejos metálicos reemplazando sus aguas de hidratación. El complejo órgano-metálico resultante se vuelve insoluble en agua, y de esta manera puede pasar Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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fácilmente a la fase orgánica. En general, la extracción con reactivos del tipo solvatante se encuentra limitada por la habilidad de las especies metálicas para formar complejos neutros con aniones, la co-extracción de ácido a altas concentraciones de ácido y la solubilidad del complejo órgano-metálico en el portador orgánico (Domic, 2001). Se usa principalmente en el procesamiento de materiales nucleares, el tri-butil-fosfato (TBP), es uno de ellos (Gupta, 2003).

2.6.5. Tipo con formación de par iónico. Esta última clase de extractante está basado en el principio de asociación iónica, en la cual una gran molécula orgánica, de carga positiva, provoca la extracción de un complejo metálico aniónico hacia la fase orgánica, con la correspondiente expulsión de un anión inorgánico pequeño hacia la fase acuosa (Domic, 2001). La aceptación más destacada para los reactivos de este tipo, ha sido lograda en los procesos de recuperación del uranio (Domic, 2001).

2.7. Conceptos importantes en extracción por solventes.

2.7.1. Transferencia de cobre. Masa de cobre transferida en extracción por solventes disponible para la producción en el proceso siguiente de electro-depositación. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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2.7.2. Selectividad del extractante. Propiedad que mide la extracción de determinadas especies en relación con la extracción de otras. Esta es una importante característica del extractante, debido a que una baja selectividad produce una menor purificación y además sitios activos del extractante estarán ocupados por otros elementos no deseados, luego la capacidad de carga disminuirá. Se observa que sólo la presencia de iones férricos podría ocasionar algunos problemas en la pureza química de la solución a obtener. Aún en este caso, la razón de extracción Cu2+/Fe3+ estando ambos iones presentes en la solución en la misma concentración ha demostrado ser de 60/1, o mayor (Simpson, 2006).

2.7.3. Factor de carga. Está definido como la concentración de cobre en g/L por porcentaje v/v de extractante. El coeficiente de carga es propio de cada extractante.

2.7.4. Carga máxima. Es el máximo valor de concentración de cobre determinado para una muestra de orgánico de operación y de acuerdo a una metodología estándar que consiste básicamente en cargar el orgánico en cuestión con una solución a cierta concentración de cobre y a un cierto pH. Mediante este procedimiento es posible calcular la cantidad total y real de reactivo extractante en el orgánico de operación (Ardiles, 2010).


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2.7.5. Razón de transferencia. Muestra la relación de transferencia de cobre versus hierro hacia el electrólito rico, esto es la razón de aporte de cobre versus hierro hacia EO. Da cuenta de cual es cantidad de cobre transferida en la etapa de extracción con respecto a la cantidad de hierro adsorbida en el mismo proceso. Lo ideal es que este valor sea muy alto (Ardiles, 2010).

2.7.6. Razón de rechazo de cobre a hierro. Se define como la concentración de cobre de orgánico cargado dividido por la concentración de hierro de orgánico cargado. Mientras más alta la razón de rechazo, más cobre en el orgánico por unidad de hierro. La carga porcentual de cobre, la formulación del reactivo, el pH de PLS y la concentración de hierro tienen un efecto en la cantidad esperada de transferencia de hierro.

2.7.7. Razón de flujos orgánico/acuoso (O/A). Para efectos del cálculo de las razones externas de orgánico y acuoso a la planta, se calculan de acuerdo a la razón de flujos de orgánico y PLS en extracción y orgánico y electrólito pobre en re-extracción. Para minimizar las pérdidas de una fase en la otra después de la separación de fases, es recomendable operar los mezcladores usando la razón (O/A) de operación cercana a 1. Dado que la razón (O/A) global puede ser mayor que 1, a menudo es necesario recircular en los mezcladores-decantadores parte de la solución acuosa para alcanzar la razón de fase 1,0 en los mezcladores (Ruiz, 2009).


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2.7.8. Transferencia neta de cobre. Indica la cantidad de cobre extraída en relación a la cantidad de extractante presente en el orgánico. En alguna forma es una eficiencia de la cantidad de cobre que se carga con respecto a la concentración de extractante en el orgánico (Ardiles, 2010).

2.8. Controles operacionales en extracción por solventes. Para garantizar una operación estable y eficiente de la Planta SX, hay que mantener en terreno una permanente cobertura de controles, que permitan tomar a tiempo las acciones correctivas para volver a la normalidad ante cualquier desajuste, desestabilización o viraje de continuidades, por mencionar algunos (Cognis, 2003). A continuación se indica un listado de controles necesarios durante el desarrollo del proceso, con su incidencia en los resultados operacionales.

2.8.1 Tiempos de separación de fases. El control de los tiempos de separación de fases de la dispersión de los mezcladores, es un indicador de la velocidad con que van a coalescer las fases en el decantador y de cómo van a ser los arrastres de una fase en la otra a la salida de las soluciones del decantador. (Simpson, 2006).


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Existen diversos factores que afectan la coalescencia y por consiguiente la velocidad de separación de fases, entre los más importantes podemos mencionar: a) Tamaños de gota, de acuerdo a observaciones de tipo general un tamaño de gota mayor incrementar la estabilidad de la dispersión. b) Viscosidad y densidad: Generalmente es aceptado que la estabilidad de las gotas aumenta, con el incremento de la viscosidad del medio que las rodea. Esto resulta de la resistencia del film de la fase continua a ser removido para alcanzar el espesor crítico que produce la ruptura. Aumentando la diferencia de densidades entre los dos líquidos inmiscibles, resulta un aumento en la velocidad velocidad de coalescencia. Sin embargo, es necesario recordar que cuando un extractante es cargado con un metal, viscosidad y densidad de la fase orgánica son aumentadas, resultando un descenso en la velocidad de coalescencia. c) Temperatura: La temperatura tiene un efecto altamente significativo en la característica de separación de fases, y en menor medida sobre la cinética de las reacciones. Hay que considerar que un incremento en la temperatura de las soluciones no solo encarece el proceso, por el hecho de que se favorece la evaporación del diluyente, con lo que se concentra la fase orgánica haciendo variar las condiciones de operación. d) Efecto de sólidos: la presencia de partículas sólidas dispersas en las soluciones de extracción por solventes, especialmente cuando están al estado coloidal, generan la formación de borras en los decantadores y también afectan Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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los arrastres, lo que en ambos casos se traduce en pérdidas de solvente orgánico.

2.8.2. Altura de las capas de orgánico. El control de las alturas de las capas de orgánico en los decantadores es importante por la incidencia en la velocidad de desplazamiento del orgánico en el decantador, por lo tanto es determinante en el control de arrastres o pérdidas de orgánico (Cognis, 2003).

2.8.3. Altura de las bandas de dispersión. El control de las bandas de dispersión permite saber cómo está ocurriendo la separación de las fases en el decantador, ya que ésta desaparece a medida que las fases coalescen (Cognis, 2003).

2.8.4. Continuidad de fases. Al realizarse la mezcla de dos fases inmiscibles, una de ellas se encontrará dispersa en la otra, cuando la fase acuosa es la dispersa, se habla de continuidad orgánica y a la inversa es acuosa cuando la fase orgánica está dispersa en el acuoso. La continuidad tiene mucha importancia en los arrastres físicos de una fase en la otra, después de la separación (Cognis, 2003).


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Figura 3: Continuidad acuosa y orgánica.

2.8.5. Arrastres de orgánico en acuoso. La contaminación de orgánico en acuoso O/A, es el volumen de orgánico (ppm) que es arrastrado por la fase acuosa. El control de los atrapamientos de orgánico permite cuantificar las pérdidas de orgánico que por este concepto se producen en las soluciones de refino y electrólito rico. El conocimiento de la cantidad de los arrastres hace posible tomar acciones para minimizarlos y de esta forma evitar contaminar las pilas de lixiviación, contaminar las celdas y cátodos obtenidos y reducir los consumos de reactivo (Cognis, 2003).


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2.8.6. Arrastres de acuoso en orgánico. La contaminación de acuoso en orgánico A/O, es el volumen de acuoso (ppm) que es arrastrado por la fase orgánica. El orgánico cargado, de contener altos arrastres de acuoso podría causar un aumento paulatino de los niveles de impurezas en el electrólito, solución que debe ser lo más pura posible. Por otro lado, los arrastres de electrólito de alta acidez en el orgánico descargado que pasa de re-extracción a extracción, podrían producir un aumento de la acidez en la última etapa de extracción, disminuyendo la eficiencia (Cruz, 2007).

2.8.7. Velocidad de agitación. El mecanismo de agitación cumple con dos funciones: Realizar una agitación efectiva, es decir, producir una dispersión apropiada de las 2 fases para que se produzca la reacción química y succionar la fase acuosa y orgánica de las etapas adyacentes para evitar la necesidad de instalar bombas de transferencia inter-etapas. Una buena agitación producirá gotas de la fase dispersa pequeña que favorece la velocidad de extracción (re-extracción). Una mala agitación producirá gotas de la fase dispersa muy grandes, provocando velocidades lentas del proceso. Una agitación excesiva puede llegar a producir emulsiones muy difíciles de separar (Simpson, 2006).


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CAPÍTULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL

3.1.

Diseño del experimento. Para que los reactivos se puedan evaluar y comparar entre sí, las

caracterizaciones y pruebas en planta piloto son realizadas bajo las mismas condiciones de funcionamiento (variables operacionales, flujos de soluciones, entre otras), estas son determinadas por un acuerdo entre las empresas participantes (MEL, empresa A y empresa B). Este diseño contempla mezclas al 20 y 50%, ya que el cambio de reactivo (si es ejecutado), se efectúa de manera paulatina en la operación de la planta. La primera parte de la evaluación contempla la caracterización de todos los reactivos, el detalle se encuentra a continuación en la Tabla 2.

Tabla 2. Diseño de pruebas de caracterización.

Prueba 1 2 3 4 5 6 7

Orgánicos, %. Planta A 100 100 80 20 80 50 50 50 -

B 100 20 50


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La segunda parte considera la evaluación en planta piloto, las características de cada prueba se presenta en la Tabla la Tabla 3.

Tabla 3. Diseño de pruebas de pilotaje.

Orgánicos, %. Prueba Planta A B 1 100 - 2 80 20 3 80 - 20 4 50 50 5 50 - 50

3.2.

PLS 61,5 61,5 61,5 61,5 61,5

Flujos, mL/min REFINO OC OD ER 61,5 80,0 80,0 35,7 61,5 80,0 80,0 35,7 61,5 80,0 80,0 35,7 61,5 80,0 80,0 35,7 61,5 80,0 80,0 35,7

EP 35,7 35,7 35,7 35,7 35,7

Caracterización de soluciones. Se caracteriza los distintos orgánicos, Los resultados asociados a estas

actividades se detallan a continuación.

3.2.1. Carga máxima. 1. En el embudo separador de 100 mL se contacta el reactivo orgánico con una solución de sulfato de cobre con una concentración conocida en razón 1:1. 2. Se lleva al equipo agitador orbital por 5 minutos minutos a 250 rpm. 3. Se deja separar completamente las fases y se analiza el cobre en la solución acuosa por volumetría y espectrofotometría. 4. Se retira la solución acuosa y se descarta.


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5. Se vuelve a contactar el reactivo orgánico con una solución de sulfato de cobre. 6. Esta operación se repite 5 veces, veces, para asegurar la total carga máxima de cobre en la fase orgánica. 7. Lavar el orgánico con agua destilada en forma de lluvia (elimina posible sulfato impregnado), sin agitar para no emulsionar la fase orgánica, tres veces. 8. Retirar el acuoso y recuperar el reactivo orgánico filtrando mediante mediante un embudo de filtración.

Figura 4. Adición de PLS al embudo separador (paso 1).

3.2.2. Tensión superficial e interfacial. interfacial.

Tensión superficial: 1. Se acondiciona a 25°C la muestra. muestra. 2. Se engancha el anillo limpio en el brazo del tensiómetro. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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3. Se coloca una muestra de 25 mL de solución en el vaso precipitado limpio y se posiciona en la mesa de muestra. 4. Se levanta la mesa hasta que el anillo esté sumergido aproximadamente 5 a 7 mm. 5. Se ajusta la posición hasta que el anillo se encuentre en la interface y la palanca del brazo se encuentre en posición neutral. 6. Al mismo tiempo, aumentar la torsión del anillo y bajar la mesa de la la muestra hasta que se produzca el quiebre del film. Tratar de siempre mantener el índice en cero 7. Leer la medición e ingresar en la ecuación más ecuación más adelante.

Tensión interfacial. 1. Se acondiciona a 25°C la muestra del reactivo orgánico y solución acuosa. 2. Se engancha el anillo limpio en el brazo del tensiómetro. 3. Se coloca una muestra de 25 mL de solución acuosa con concentración conocida en el vaso precipitado limpio y se posiciona en la mesa de muestra. 4. Se levanta la mesa hasta que el anillo esté sumergido aproximadamente 5 a 7 mm en el acuoso. 5. Cuidadosamente se adicionan 25 mL del reactivo orgánico en la superficie del acuoso con una altura de 5 a 10 mm. 6. Se ajusta la posición hasta que el anillo se encuentre en la interface y la palanca del brazo se encuentre en posición neutral. 7. Al mismo tiempo, aumentar la torsión del del anillo y bajar la mesa de la muestra hasta que se produzca el quiebre del film. Tratar de siempre mantener el índice en cero. 8. Leer la medición e ingresar en la ecuación más ecuación más adelante. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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Para determinar la tensión, se ingresan los valores a la siguiente ecuación, esta es suministrada por el manual de operación del tensiómetro Fisher:

∗ ,,∗  (2). =, √ ,∗−  Donde: F= Tensión interfacial corregida (dina/cm). R= Radio del anillo (cm).

r= radio del alambre del anillo (cm). P = Valor de la tensión interfacial observada (cm/dina). D = Densidad del líquido menos denso (g/mL). d = Densidad del líquido más denso (g/mL). C = Circunferencia del anillo (cm). Para el caso de la tensión superficial, el valor de D, corresponde a la densidad del aire.


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Figura 5. Ajuste de posición del anillo (Tensión interfacial, paso 6).

3.2.3. Viscosidad. 1. Se debe retirar las las tapas superiores de control del viscosímetro, de manera que quede abierto el tubo. 2. Una vez el tubo abierto, se debe ingresar la solución que se desea medir, el tubo debe ser llenado con 10 mL. 3. Posteriormente, se debe ingresar la bolita y colocar las tapas superiores retiradas en el punto (1), a medida que se vayan situando y apretando existirá un rebalse de fluido por la parte superior del viscosímetro. 4. Una vez realizados los puntos anteriores, se deja caer la bolita a través del tubo, cuando la bolita llega a la zona inferior, el tubo es girando en 180 grados y se comienza a tomar el tiempo en que la bolita pasa entre las marcas del viscosímetro.


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5. Para determinar la viscosidad, se ingresan los los valores a la siguiente fórmula matemática.

μ = K ∗ ρfρ ∗ t Dónde: µ= Viscosidad (cent poises cp) K= Constante del viscosímetro = 0,3

ρf = densidad de la bolita = 8,05 (g/cc) ρ = densidad del líquido (g/cc) t = tiempo (min.)

Figura 6. Medición de viscosidad (paso 4).


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3.2.4. Densidad. 1. Medir la densidad del orgánico con la técnica peso-volumen, para posteriormente determinar el rango del densímetro a utilizar. 2. Para medir la densidad de una solución de orgánico, se debe seleccionar un densímetro que varíe entre 0,8 a 0,9 g/cc. 3. La solución que se desea medir debe ser ingresada a una probeta, el volumen mínimo de 500 mL. 4. Una vez tenido el volumen en la probeta, se ingresa el densímetro en la solución, la zona más pesada del densímetro debe ir hacia abajo. 5. Se deja el densímetro sobre la solución unos 30 segundos aproximadamente hasta que logre el equilibrio el equipo en el fluido y se procede a tomar la medición. 6. Por último, el valor de la medición se lee en donde indica la superficie del líquido con el rótulo del densímetro.

Figura 7. Medición de la densidad (paso 5).


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3.2.5. Punto de inflamación (“f l a s h

p o i n t ). ” ”

1. Asegúrese que el envase de la muestra este llenado a la capacidad de volumen requerida 75 mL. 2. Llene la taza de prueba con la muestra a la marca de llenado dentro de la taza de prueba. La temperatura de la taza de prueba y la muestra de la prueba debe ser por lo menos 18 °C o 32 °F debajo del punto de inflamación previsto. Si se adiciona demasiada muestra a la taza de prueba, remover el exceso usando una jeringa o un dispositivo similar para el retiro del fluido. Colocar la tapa de la prueba en la taza de prueba y poner el conjunto en el aparato. 3. Asegure que la ubicación y el bloqueo del dispositivo esté debidamente acoplado. Inserte el dispositivo de medición de temperatura en su soporte. 4. Encienda la llama de prueba, y ajústela a un diámetro de 3.2 3.2 a 4.8 mm (0.126 a 0.189 in.), o conecte la ignición eléctrica y ajuste la intensidad de acuerdo con las instrucciones del fabricante. 5. Aplique el calor a una velocidad tal que la temperatura, según lo indicado por el dispositivo de medición de temperatura, que aumente de 5 a 6 °C (9 a 11 °F)/min. El dispositivo de agitación debe girar de 90 a 120 rpm, agitando en dirección hacia abajo. 6. Si se espera que la muestra de prueba tenga un punto de inflamación de 110 °C o 230 °F o debajo, aplique la fuente de ignición cuando la temperatura de la muestra de prueba es 23  5 °C o 41  9 °F debajo del punto de inflamación previsto y cada vez a partir de entonces la lectura de la temperatura que sea un múltiplo de 1 °C o 2 °F. 7. Continúe la agitación de la muestra muestra y aplique la fuente de ignición ignición poniendo en funcionamiento el mecanismo en la tapa reprueba que Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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controla el obturador de manera que la ignición es bajada en el espacio del vapor de la taza de prueba en 0,5 s; a la izquierda en posición de bajada por 1 s, y levanto rápidamente a su posición ascendente. 8. Si se espera que la muestra de prueba tenga un punto de inflamación inflamación sobre 110 °C o 230 °F, aplique la fuente de ignición de la manera descrita en en el punto 6, en cada aumento de la temperatura de 2 °C o 5 °F, comenzando en una temperatura de 23  5 °C o 41  9 °F debajo el punto de inflamación previsto. Al probar materiales donde la temperatura del punto de inflamación prevista no es conocida, traer el material para ser probado y la prueba es a 15  5 °C o 60  10 °F. 9. Cuando la fuente de ignición es una llama llama de prueba, la aplicación de la llama de prueba puede causar una aureola azul o una llama alargada previa al punto de inflamación real. Esto no es una inflamación y debe ser ignorada. 10. Cuando un punto de inflamación es detectado d etectado en una primera aplicación, la prueba debe ser interrumpida, los resultados descartados, y la prueba repetida con una muestra fresca. 11. La primera p rimera aplicación de la fuente de ignición con la muestra de prueba fresca será 23  5 °C o 41  9 °F debajo la temperatura en la cual el punto de inflamación fue detectado en la primera aplicación. 12. Cuando un punto de inflamación es detectado a una temperatura mayor a 28 °C o 50 °F sobre la temperatura de la primera aplicación de la fuente de ignición, o cuando un punto de inflamación se detectada a una temperatura la cual es menor a 18 °C o 32 °F sobre la temperatura de la primera aplicación de la fuente de ignición, los Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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resultados serán considerados aproximados, y la prueba se repetirá con una muestra de prueba fresca. 13. Ajuste el punto de inflamación previsto para la siguiente prueba a la temperatura de los resultados aproximados. La primera aplicación de la fuente de ignición con la muestra de prueba fresca será 23  5 °C o 41  9 °F debajo de la temperatura en la cual el resultado aproximado fue encontrado. 14. Cuando el aparato se ha enfriado bajo una un a temperatura de manejo seguro, menos de 55 °C (130 °F), remover la tapa y la taza de prueba y limpie el aparato según lo recomendado por el fabricante.

Figura 8. Aplicación de la fuente de ignición (paso 7).

3.2.6. Degradación acelerada. 1. Preparar la mezcla orgánica a evaluar al mismo % v/v de planta, el orgánico es preparado a igual carga máxima. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

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2. Colocar 350 cc de la mezcla orgánica en vaso de 1 L con bafle interior. 3. Adicionar al vaso 350 mL de electrólito de planta agregando el ácido sulfúrico faltante hasta completar 300 g/L de ácido. Marcar el nivel de la interface orgánico/acuoso y el nivel superior del orgánico. 4. Colocar el vaso en baño a 45°C y agitar con agitador mecánico a 1.750 rpm las 24 hrs. 5. Reponer día a día el nivel de acuoso acuoso correspondiente a la interface interface acuoso/orgánico y nivel superior del orgánico con acuoso y orgánico frescos. Reponer el nivel de agua del baño. 6. Al primer y tercer día tomar la primera muestra (2 ml) para análisis de degradación. 7. Posteriormente continuar tomando muestras a los 7 días, a los diez días y a la tercera y cuarta semana. En base a los resultados definir la conveniencia de una mayor frecuencia o plazos de toma de muestra. 8. Efectuar control de calidad a orgánico inicial y final de la prueba (propiedades fisicoquímicas, concentraciones de oximas).

3.2.7. Tiempo separación de fases.

El tiempo de separación de fases se evalúa en un reactor de 1 L, con control de temperatura y agitación. La medición se realiza a intervalos de temperatura determinados, estas son: 5, 10, 15, 20, 25 y 30 °C. Este procedimiento se realiza tanto para continuidad orgánica como para acuosa.


47

Figura 9. PLS y orgánico en baño termostático a 5 °C.

1. El reactor de vidrio encamisado debe encontrarse completamente limpio, para esto se sugiere lavar alternativamente con metanol, acetona y finalmente con diluyente paranínfico de SX. 2. Medir 400 ml de reactivo orgánico y trasvasijar al reactor de vidrio. 3. Ajustar la velocidad del agitador mecánico a 600 rpm, comenzar con la agitación por 1 min. 4. Adicionar lentamente 400 mL de solución acuosa. Una vez completada la adición de la solución acuosa, el tiempo de contacto es de 180 segundos. 5. Al

concluir

el

tiempo, se

detiene la

agitación

tomando

simultáneamente el inicio del registro del tiempo de separación con un cronómetro. 6. Se registra el tiempo transcurrido cuando la interface pase por los puntos graduados del reactor de vidrio. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

48

7. Se grafica el tiempo en segundo versus las marcas de separación separación en cm.

Figura 10. Medicion TSF. A la izquierda: paso 4; a la derecha: paso 6.

3.3.

Acondicionamiento de soluciones. Los extractantes evaluados corresponden a orgánico A y orgánico B. El

diluyente utilizado en todas las pruebas experimentales es el Shellsol 2046. En la Tabla 4 y Tabla 5, se encuentra el detalle de los volúmenes de oximas y diluyente a utilizar en las dos partes del proyecto.

3.3.1. Orgánico A. Para preparar la solución de orgánico con el extractante A se mezclan un 21,5% de extractante con diluyente. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

49

3.3.2. Orgánico B. El extractante B, tiene un factor de carga de 0.48 g/L (base normal, para 1% de extractante), al estar concentrado en un 40% más de extractante, su carga alcanza un valor de 0,672 g/L. Las pruebas experimentales consideran igual carga máxima, es por ello que se debe llevar el factor de carga a la misma del orgánico de planta preparado al 21.5%, con un factor de carga igual a 0,56 g/L de Cu por 1% de extractante. Para preparar 1L de reactivo al 21,5% de extractante orgánico B se realiza lo siguiente: 1000 mL x 21,5% = 215 mL de extractante, este volumen dividido por 1.19, permite obtener el volumen necesario con la misma capacidad de carga (carga máxima).

Tabla 4. Volúmenes de oximas y diluyentes a utilizar en caracterización.

Volúmenes, L Prueba Total Orgánico Planta Orgánico A/B Oxima Diluyente Orgánico Planta 10 10 Orgánico A 10 10 2,15 7,85 Orgánico B 10 10 1,81 8,19 80% P+ 20% A 10 8 2 0,43 1,57 80% P+ 20% B 10 8 2 0,36 1,64 50% P+ 50% A 10 5 5 1,08 3,93 50% P+ 50% B 10 5 5 0,90 4,10


50

Tabla 5. Volúmenes de oximas y diluyentes a utilizar en planta piloto.

Prueba

Orgánico Planta 80% P+ 20% A 80% P+ 20% B 50% P+ 50% A 50% P+ 50% B

Volúmenes, L Total Orgánico Planta Orgánico A/B Oxima Diluyente 1000 1000 1000 1000 1000

1000 800 800 500 500

200 200 500 500

43,00 36,13 107,50 90,34

157,00 163,87 392,50 409,66

3.3.3. PLS. El PLS de planta es proporcionado por MEL, presenta una concentración de cobre de 3,02 g/L, este valor es inferior al PLS que se registra tradicionalmente en planta (6 g/L). Por esto se decide utilizar en las pruebas experimentales el PLS recibido, pero con un ajuste de su concentración a 6 g/L. Para ello se agrega sulfato de cobre disuelto en PLS. En la Figura 11, se muestra la disolución del sulfato de cobre en PLS de planta que posteriormente es agregado a los iso-contenedores de PLS.

Figura 11. Dilución de sulfato de cobre para ajustar la concentración de PLS.


51

3.4.

Descripción planta piloto. La planta piloto a utilizar tiene una capacidad de 80 mL/min, y consta de

dos etapas de extracción, una de re-extracción y una etapa final de electroobtención, a continuación se adjunta un diagrama de flujo (Figura 12). 12).

Figura 12. Planta piloto extracción por solventes UCN.

Las bombas son del tipo peristáltica de tres rodillos a las que se les puede adherir un cabezal en caso que fuese necesario. Ver Figura Figura 13.


52

Figura 13. Bombas utilizadas.

La planta cuenta con 3 reguladores de niveles. El primero está instalado en la etapa de extracción que va desde el E2 al E1 regulando el flujo de semirefino, el segundo está instalado en la salida del refino y el tercero en la salida del electrólito rico. Estos reguladores funcionan en base a la diferencia de altura y presión atmosférica, permitiendo el equilibrio de la banda de acuoso y mediante desplazamiento de líquidos nivelar la banda de orgánico.


53

Figura 14. Ajuste de altura de bandas mediante regulador de nivel.

En la Figura la Figura 14 se observa el efecto generado al ajustar el regulador de nivel. A la izquierda, la altura de banda de la solución acuosa alcanza un valor de 3cm, se reduce levemente la altura del regulador. A la derecha, el cambio realizado ocurre lentamente, pero la altura de la fase acuosa aumenta a 4,5cm. El orgánico cargado y descargado llega cada uno a un embudo decantador de 2 litros, permitiendo la medición de arrastre A/O por el efecto de la diferencia de densidades. El acuoso atrapado se retira del pulmón de orgánico y se cuantifica el volumen con una probeta.


54

Figura 15. Pulmones de orgánicos en funcionamiento.

En la Figura la Figura 15 se observa como los pulmones capturan el acuoso y lo separan de la fase orgánica. En cada estanque de almacenamiento de soluciones (excluyendo los pulmones de orgánico), se encuentra un medidor de flujos (Figura 16) 16) que ayuda a calibrar las bombas. Estos medidores mantienen la planta con un flujo constante de solución, evitando así alteraciones en el flujo, las cuales desestabilizan rápidamente la planta.


55

Figura 16. Sistema de medición de flujos.

La medición del flujo se mide con cronómetro entre los 50 y 75 mL del matraz de aforo. Se sigue el ejemplo mostrado a continuación: Ejemplo: Medición de flujo de 80 mL/min.

 = ú   80() = 2525 =0,3125 min  = 19 


56

3.5.

Condiciones de funcionamiento. Las condiciones de funcionamientos son determinadas por un acuerdo

entre MEL, Empresa A y Empresa B. Los valores operacionales se encuentran en las tablas Tabla tablas Tabla 6 y Tabla 7.

Tabla 6. Condiciones de operación de las celdas.

Variable operacional

E-1

E-2

S-1

Bandas Orgánico (cm)

4,5

4,5

4,5

Razón O/A

1,3

1,3

2,2

Continuidad de fase

orgánica

orgánica

orgánica

Temperatura

ambiente ambiente ambiente

Tabla 7. Condiciones de operación de las bombas.

Solución Q (mL/min) PLS

61,5

REFINO

61,5

EP

35,7

ER

35,7

OC

80,0

OD

80,0


57

3.6.

Instalación de planta piloto. La planta piloto es instalada en las dependencias de la Universidad

Católica del Norte en el laboratorio de procesos hidrometalúrgicos. Para obtener resultados confiables se realiza la instalación respetando cuidadosamente el diagrama de la planta. Antes de dar a inicio a las pruebas oficiales, se corre la planta para comprobar posibles fallos y enmendarlos (Figura 17 y Figura 18). 18).

Figura 17. Planta piloto (vista lateral superior).


58

Figura 18. Planta piloto (vista frontal).

Las soluciones que no han sido utilizadas y las soluciones generadas producto de la planta piloto deben ser almacenadas en recipientes rotulados y separados en soluciones acuosas (PLS, Refino, EP y ER) y soluciones orgánicas (OC y OD), para luego ser retiradas por la compañía minera escondida limitada.

3.7.

Puesta en marcha de pilotaje.

3.7.1. Protocolos de operación. operación. En este apartado se exponen las acciones necesarias, en el orden requerido, para la puesta en funcionamiento y la finalización de la planta piloto. Una vez concluido el montaje de todos los elementos necesarios para el buen funcionamiento de la planta, se dará inicio a la prueba. Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

59

Puesta en marcha: Pasos a seguir para iniciar el funcionamiento de la planta. 1. Llenar los pulmones OC y OD con el orgánico correspondiente a la prueba. 2. Activar las bombas de las soluciones acuosas. 3. Una vez que las celdas E1, E2 y S1 alcanzan los 5 cm de llenado se procede a poner en marcha las bombas que controlan el flujo del orgánico cargado y descargado. 4. Cuando la celda de electro-obtención llega a un 70% de llenado se colocan los ánodos y cátodos, luego se procede con la activación del rectificador. 5. Encender los agitadores y regular las rpm. 6. Ajustar flujos de bombas.

Finalización pruebas: Las siguientes medidas se aplicarán en caso de la detención de la prueba. 1. Desactivar los equipos de acuerdo al siguiente orden: rectificador, agitadores y bombas de soluciones orgánicas y acuosas. 2. Retirar ánodos y cátodos de la celda de electro-obtención. 3. Proceder a limpiar las celdas.


60

3.5.2. Puesta en marcha marcha y obtención obtención de muestras. Todas las pruebas comienzan el lunes y terminan el día viernes. Llamaremos al día lunes día 1 y correlativamente al día viernes, día 5.



Preparación: El día 1 a las 07:00 am se comienza a preparar la planta piloto, se cuenta con 1 hora para dejar en funcionamiento los flujos y soluciones.



Puesta en marcha: A las 08:00 am del mismo día se da inicio a la prueba, las primeras 4 horas corresponden a la estabilización de la planta.



Control operacional 1: Se realiza cada 2 horas durante toda la prueba, este control comprende la medición de bandas (medición visual), continuidad de fase (medición visual) y temperatura ambiental y de las celdas E-1, E-2 y S1 (medición con equipo “Data logger ). ” ”



Control metalúrgico 1: Se realiza 1 vez por prueba, este control comprende la medición de la viscosidad y densidad del REF, ER y EP, mediante viscosímetro de Gilmon para la viscosidad y masa y volumen para la densidad.



Control metalúrgico 2: Se realiza cada 2 horas durante toda la prueba, este control comprende la medición de cobre (Cu 2+) y ácido libre (H +) presente en el electrólito rico y pobre mediante titulación manual.



Control operacional 2: Se realiza cada 6 horas durante toda la prueba, este control comprende la medición de flujos de las bombas (calibración de bombas) y el arrastre de acuoso en el orgánico cargado y descargado (medición volumétrica).



Control metalúrgico 3: Se realiza cada 6 horas durante toda la prueba, este control comprende la medición de cobre (Cu 2+) y ácido libre (H +)


61

presente en el PLS, REF, ER y EP mediante titulación automática y en el OC y OD, mediante absorción atómica.


62

CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1.

Caracterización de orgánicos. Se caracteriza los distintos orgánicos, Los resultados asociados a estas

actividades se detallan a continuación.

4.1.1. Carga máxima. En la Tabla la Tabla 8 y Figura 19, se 19, se muestran los valores de la carga máxima esperada (determinada por las empresas participantes) y obtenida para los distintos orgánicos evaluados.

Tabla 8. Comparación carga máxima.

Reactivo Orgánico Planta Orgánico A Orgánico B 80% P+ 20% A 80% P+ 20% B 50% P+ 50% A 50% P+ 50% B

Carga máxima, g/L Esperada Obtenida 13,60 13,60 12,50 12,60 12,50 12,40 13,40 13,40 13,36 13,20 13,10 12,94 13,00 12,98


63

Figura 19. Carga máxima, valor esperado y obtenido.

La carga máxima de los reactivos orgánicos A y B son prácticamente iguales y están en el rango de los 12,5 g/L, el orgánico de planta presenta una carga máxima 1 g/L superior a los reactivos, debido a que está preparado para tratar un PLS de 6 g/L. Las diferencias entre el valor esperado y obtenido es menor al 1%.

4.1.2. Tensión superficial. Para la medición de tensión superficial de los distintos reactivos orgánicos se utiliza un tensiómetro de Du Nouy, previamente calibrado y a una temperatura de 25°C, en la Tabla 9 se muestran los resultados de la tensión superficial obtenidos:


64

Tabla 9. Comparación tensiones superficiales.

Reactivo

Tensión superficial (dina/cm)

Orgánico Planta

25,63

Orgánico A

23,09

Orgánico B

23,49

80% P+ 20% A

23,48

80% P+ 20% B

23,35

50% P+ 50% A

22,93

50% P+ 50% B

23,61

De los resultados obtenidos se puede observar que el valor de la tensión superficial no presenta grandes fluctuaciones, las mezclas presentan una leve disminución al aumentar el porcentaje porce ntaje de extractante nuevo.

4.1.3. Tensión Interfacial. Para la medición de tensión interfacial de los distintos reactivos orgánicos se realiza el acondicionamiento de la misma forma que para la tensión superficial. En la Tabla la Tabla 10, se 10, se presentan los resultados y se puede observar que la tensión interfacial presenta valores muy similares para las siete mediciones realizadas.


65

Tabla 10: Comparación tensión interfacial.

Reactivo

Tensión interfacial (dina/cm)

Orgánico Planta

19,65

Orgánico A

19,01

Orgánico B

17,29

80% P+ 20% A

17,33

80% P+ 20% B

19,91

50% P+ 50% A

19,43

50% P+ 50% B

18,19

Tanto las tensiones superficiales como interfaciales no presentan grandes variaciones entre los distintos reactivos y mezclas a 25 °C, los que se encuentran dentro del rango de error del equipo el cual asciende a 1 dina/cm.

4.1.4. Viscosidad. La medición de la viscosidad para los distintos reactivos orgánicos se lleva a cabo usando el viscosímetro de Gilmont a una temperatura de 25° C. En la Tabla la Tabla 11 se muestran los resultados obtenidos.

Tabla 11: Comparación de viscosidades.

Reactivo

Viscosidad (Cp)

Orgánico Planta

4,67

Orgánico A

3,35

Orgánico B

3,31

80% P+ 20% A

4,53

80% P+ 20% B

4,17


66

50% P+ 50% A

4,17

50% P+ 50% B

3,85

La viscosidad del orgánico de planta es superior en un 30% a la de los reactivos puros A y B. Esta alza se debe principalmente a que el orgánico de planta ha sido utilizado reiteradas veces, poniéndose en contacto con elementos contaminantes, aumentando así, su viscosidad.

4.1.5. Densidad. La medición de la densidad para los distintos reactivos orgánicos se realiza con un picnómetro a una temperatura de 25° C utilizando la técnica peso-volumen. En la Tabla la Tabla 12 se muestran los resultados.

Tabla 12: Comparación de densidades.

Reactivo

Densidad (g/mL)

Orgánico Planta

0,837

Orgánico A

0,825

Orgánico B

0,820

80% P+ 20% A

0,833

80% P+ 20% B

0,830

50% P+ 50% A

0,832

50% P+ 50% B

0,828

La densidad del orgánico de planta es sustancialmente superior a los reactivos nuevos, ya que esta propiedad es directamente proporcional a la viscosidad, tal situación se observa al comparar los resultados de la Tabla 11 y


67

Tabla 12. Existen 12. Existen diferencias entre el orgánico de planta y los reactivos puros, pero en las mezclas la diferencia es casi nula.

4.1.6. Punto de inflamación. inflamación. Para estimar el punto de inflamación de los reactivos, la medición se realiza mediante el equipo Pensky - Martens, el cual utiliza un factor de corrección considerando la presión ambiental actual al momento de la medición. La ecuación siguiente recoge lo comentado anteriormente.

     ó ó =   0,25∗ 25 ∗ 101 101,3,3     Variable C: corresponde al punto de inflamación observado. La presión ambiental en el día de las pruebas es de 103,8 Kpa. El detalle para medir el punto de inflamación se encuentra en el anexo.

Tabla 13: Comparación de los puntos de inflamación de los reactivos orgánicos.

Reactivo

Punto de inflamación °C

Orgánico Planta

67,38

Orgánico A

79,11

Orgánico B

77,03

80% P+ 20% A

74,70

80% P+ 20% B

74,27

50% P+ 50% A

76,40

50% P+ 50% B

75,33


68

El punto de inflamación del reactivo de planta es de 68°C, inferior al punto de inflamación de los reactivos nuevos que están todos sobre los 74°C. El orgánico puro A es el que posee la mayor temperatura de inflamación (79,11°C), según la ficha técnica de este reactivo su punto de inflamación es de 75°C. Para el orgánico puro B su ficha técnica nos entrega un valor de punto de inflamación de 71°C, y en las condiciones evaluadas en laboratorio alcanzó un valor de 77,03°C.

4.1.7. Degradación acelerada. La degradación acelerada sólo se realiza para los siguientes reactivos: orgánico de planta, reactivo A y reactivo B. En la Tabla 14 y la Figura 20 se comparan los resultados conseguidos.

Tabla 14. Porcentaje de degradación de los reactivos planta, A y B.

Día 1 3 7 14 21 28 35 42 49

Planta 21,90 23,30 24,65 27,21 29,60 30,74 33,95 39,55 47,03

A 1,83 2,28 3,82 21,90 23,30 25,95 31,85 39,55 49,53

B 1,38 1,83 3,39 20,45 21,90 25,95 30,74 37,79 45,68


69

Figura 20. Degradación acelerada reactivos orgánicos.

La degradación acelerada para el reactivo orgánico de planta se inicia con un porcentaje de degradación de un 20 % (reactivo usado) y la degradación aumenta a un 47 % al final de la prueba. El reactivo A y B poseen una similar cinética de degradación. El reactivo A alcanza un 49% de degradación, 4 puntos porcentuales más que el reactivo B.

4.1.8. Tiempo de separación de fases. fases. La información obtenida se presenta de modo de observar el efecto de la temperatura en el tiempo de separación de fases para continuidad orgánica y acuosa.


70

Tabla 15.Efecto de la temperatura en el TSF en continuidad orgánica.

Temperatura (oC) 5 10 15 20 25 30

TSF de orgánicos, (s) Planta 163 143 113 89 69 61

A 106 93 68 58 46 41

B 103 87 65 55 45 39

20% A 156 137 108 85 66 58

20% B 139 108 92 78 64 55

50% A 142 125 99 77 61 54

50% B 121 94 80 68 55 48

Tabla 16.Efecto de la temperatura en el TSF en continuidad acuosa.

Temperatura (oC) 5 10 15 20 25 30

TSF de orgánicos, (s) Planta 95 85 67 57 49 43

A 64 58 45 41 36 29

B 60 55 43 38 34 26

20% A 91 78 66 54 47 40

20% B 91 77 61 54 44 40

50% A 87 73 59 50 42 37


50% B 82 66 54 47 39 34

71

Figura 21. Efecto de la temperatura en el TSF en continuidad orgánica.

Figura 22. Efecto de la temperatura en el TSF en continuidad acuosa.

De la Figura 21 y la Figura 22 se observa que en todos los casos evaluados al aumentar la temperatura, el tiempo de separación de fases disminuye. El orgánico de planta es el que presenta los tiempos más altos en Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

72

comparación con los otros orgánicos. La diferencia entre la separación de fases en continuidad orgánica y acuosa es de al menos 12 (s) y esta diferencia se hace mayor a temperaturas bajas. El orgánico B presenta tiempos de separación de fases levemente superiores a los alcanzados por el orgánico A, tanto en los reactivos nuevos como en las mezclas.


73

4.2.

Planta piloto. A continuación se presentan los resultados obtenidos en las 5 pruebas

de planta piloto SX-EW.

4.2.1. Resultados operacionales. 4.2.1.1.

Flujos de alimentación.

El control operacional de los flujos de alimentación a la planta se muestra en la Tabla la Tabla 17. Estos 17. Estos valores son muy cercanos a los establecidos en el set point, ya que presentan un error promedio inferior al 2,5%. Tabla 17. Flujos promedios de alimentación, mL/min.

PLS 61.5 62,7 62,0 61,0 61,3 60,8

Set point Planta 20 % A 20 % B 50 % A 50 % B

4.2.1.2.

EP 35,7 35,1 35,7 34,5 35,4 35,2

ER 35,7 35,3 33,8 34,4 36,0 35,4

OC 80,0 80,3 76,6 79,9 80,7 79,7

OD 80,0 79,7 76,1 79,2 79,9 80,1

Banda de orgánico.

La altura de las bandas de orgánico en las etapas de E1, E2 y S1, las bandas se controlaron continuamente en el rango determinado.


74

Tabla 18. Altura de banda de orgánico, cm.

E1 4a5 4,7 4,3 4,5 4,5 4,4

Set Point Planta 20 % A 20 % B 50 % A 50 % B

4.2.1.3.

E2 4a5 4,6 4,7 4,6 4,6 4,6

S1 4a5 4,5 4,5 4,6 4,7 4,7

Temperatura.

Las temperaturas son monitoreadas mediante “Data logger ”, estos registran automáticamente cada 15 minutos el valor, los datos son descargados y procesados. Para efectos de análisis, se utiliza la temperatura media.

Figura 23. Ubicación de los “Data logger”.


75

Figura 24. Temperatura ambiental y de las celdas (prueba orgánico de planta).

En la Figura 24 se observan las variaciones de la temperatura registrada por “Data logger” (mayor información en Anexo).

Figura 25. Temperatura media ambiental y de las celdas.


76

La temperatura no presenta variaciones entre el día y la noche, solo se observa un leve aumento de la temperatura de S1 con respecto a la temperatura ambiente, esto es producto del aporte de calor de la EO.

Tabla 19. Temperatura media ambiental y de las celdas, °C.

Ambiente 21,5 21,5 21,6 21,9 22,6

Planta 20 % A 20 % B 50 % A 50 % B

E1 21,5 21,7 21,8 22,0 22,6

E2 21,6 21,6 21,7 22,2 22,6

S1 22,4 22,7 22,7 23,4 23,8

4.2.2. Resultados físico - químicos. químicos. 4.2.2.1.

Arrastre A/O.

Los arrastres presentados por la planta se muestran en la Tabla 20, Figura 26 y Figura 27. 27. Los arrastres de acuosos presentan mayor valor en el orgánico cargado. Los valores de los arrastres en el orgánico descargado se mantienen cercanos a los 0,57mL/h.

Tabla 20. Arrastres de Acuosos en orgánico promedio, mL/h.

Planta 20% A 20% B 50% A 50% B

OC 1,57 0,56 0,37 1,05 0,74

OD 0,76 0,52 0,73 0,45 0,40


77

Figura 26. Arrastre de acuosos en orgánico cargado.

Figura 27. Arrastre de acuosos en orgánico descargado.

4.2.2.2.

Concentración de cobre en refino.


78

De la Tabla la Tabla 21 y Figura 28 se observa que, tanto para el reactivo A y B al ser mezclado un 20 y un 50% con orgánico de planta no varía en gran medida su concentración de cobre promedio en el refino. Se puede decir que la concentración no depende del tipo de mezcla.

Tabla 21. Concentración de cobre promedio en el refino, g/L.

Planta 0,11

20% A 0,19

20% B 0,38

50% A 0,23

50% B 0,36

Figura 28. Concentración de cobre en el refino.

4.2.2.3.

Concentración de cobre en orgánico cargado y descargado.

La concentración de cobre en el orgánico cargado y descargado se muestra en las Tabla 22, Figura 29 y Figura 30. 30. Para el reactivo A, la concentración de cobre en el OC y OD aumenta y se mantiene por sobre el Evaluación de extractantes alternativos alternativos para planta de extracción por solventes de MEL Ricardo Carvajal Bruna, 2013

79

orgánico de planta. El reactivo B disminuye su concentración de cobre al aumentar el porcentaje de mezcla

Tabla 22. Concentración de cobre promedio en el orgánico, g/L.

Orgánico cargado Orgánico descargado

Planta 6,0 4,3

20% A 6,5 3,6

20% B 8,1 4,3

50% A 7,7 4,9

50% B 6,5 2,5

Figura 29.Concentración de cobre en orgánico cargado.


80

Figura 30. Concentración de cobre orgánico descargado.

4.2.2.4.

Concentración de cobre en electrólito rico y pobre.

La concentración de cobre en el electrólito rico y pobre Tabla pobre Tabla 23, Figura 23, Figura 31 y Figura 32, el 32, el cobre en el electrólito se mantuvo entre 45 y 56 g/L para el rico y entre 35 y 49 g/L para el pobre.

Tabla 23. Concentración promedio de cobre ER y EP, g/L.

Electrólito rico Electrólito pobre

Planta 50,7 46,9

20% A 49,4 44,6

20% B 56,3 49,4

50% A 47,0 40,2


50% B 44,7 35,3

81

Figura 31. Concentración de cobre electrólito rico.

Figura 32. Concentración de cobre electrólito pobre.


82

4.2.2.5.

Concentración de hierro en el orgánico cargado y descargado.

La concentración de hierro en el orgánico se muestra en la Tabla 24, Figura 33 y Figura 34. 34. Para el orgánico cargado varía en el rango de 1,6 a 3 g/L, y disminuye drásticamente a un valor cercano de 0,5 g/L en el orgánico descargado para todos los casos.

Tabla 24. Concentración promedio de hierro OC y OD, g/L.

Orgánico cargado Orgánico descargado

Planta 2,9 0,7

20% A 2,3 0,4

20% B 1,6 0,3

50% A 2,6 0,4

50% B 2,4 0,6

Figura 33. Concentración de Fe en el orgánico cargado.


83

Figura 34. Concentración de Fe en orgánico descargado.

4.2.2.6.

Concentración de hierro en electrólito rico y pobre.

La concentración de hierro en electrólito rico y pobre (Tabla 25, Figura 25, Figura 35 y Figura 36), 36), se mantiene constante en todas las pruebas evaluadas.

Tabla 25. Concentración promedio de hierro ER y EP, g/L.

Electrólito rico Electrólito pobre

Planta 1,22 1,20

20% A 1,79 1,78

20% B 1,68 1,83

50% A 1,78 1,74


50% B 1,62 1,64

84

Figura 35. Concentración de Fe en electrólito rico.

Figura 36. Concentración de Fe en electrólito pobre.


85

4.3.

Resultados Metalúrgicos.

4.3.1. Recuperación. La recuperación de cobre alcanzada en las pruebas se muestra en las Tabla 26 y Figura 37, se 37, se observa una mejor extracción de cobre en las pruebas orgánico de planta, 20% A y 50% A, el resto alcanza valores cercanos cerc anos al 93%. Tabla 26. Recuperación de cobre promedio, %.

Planta 96,90

20% A 96,31

20% B 92,70

50% A 95,64

50% B 93,31

Figura 37. Recuperación de cobre.


86

4.1.1. Re-extracción de cobre. La eficiencia de re-extracción de cobre promedio alcanzado en las pruebas se muestra en la Tabla la Tabla 27 y la Figura 38. El 38. El reactivo B (tanto para la mezcla de 20% como la del 50%), alcanza los valores más altos de reextracción (44,21% y 61,11%, respectivamente), mientras que el orgánico de planta alcanza el valor más bajo con un 28,62% de re-extracción. Tabla 27. Re-extracción de cobre promedio, %.

Planta 28,62

20% A 44,21

20% B 47,96

50% A 36,07

50% B 61,11

Figura 38. Re-extracción de cobre.


87

4.1.2. Transferencia neta. Los valores de transferencia neta mostrada en las distintas pruebas se presentan en las Tabla las Tabla 28 y Figura 39. El 39. El reactivo A mantiene una transferencia neta de 2,9 g/L, el reactivo B lo supera en 1 g/L. Ambos reactivos tienen mayor transferencia que el orgánico de planta.

Tabla 28.Transferencia neta promedio de cobre, g/L.

Planta 1,7

20% A 2,9

20% B 3,9

50% A 2,8

50% B 3,9

Figura 39. Transferencia neta de cobre.

4.1.3. Razón de transferencia global. Esta razón de transferencia es calculada en base a las concentraciones de acuoso y orgánico. En la la Tabla 29 y Figura 40, se 40, se observa una razón O/A


88

mayor en las pruebas 20% A y 50 % A, esto es resultado de la baja transferencia neta presentada por ambos reactivos (ver Tabla Tabla 28). 28). Tabla 29. Razón de transferencia O/A.

Planta 2,0

20% A 1,8

20% B 1,3

50% A 1,8

50% B 1,3

Figura 40. Razón Global O/A.

4.1.4. Selectividad de cobre. La selectividad de cobre obtenida en las pruebas se muestra en la Tabla 30 y en la Figura la Figura 41. La 41. La selectividad para la prueba 20% B es cercana al doble con respecto al resto de las pruebas, esto se debe a su baja concentración de hierro en el orgánico cargado (ver Tabla Tabla 24). 24).


89

Tabla 30. Selectividad de cobre.

Planta 2022,43

20% A 2910,65

20% B 5041,22

50% A 2929,19

50% B 2700,48

Figura 41. Selectividad de cobre.


90

CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Los reactivos A y B son preparados a igual carga máxima de cobre que el utilizado en la planta industrial, 12,5 g/L. Estos reactivos presentan distintos porcentajes de preparación (21,5 % v/v para el reactivo A y 15,62 % v/v para el reactivo B). De acuerdo a los parámetros metalúrgicos obtenidos en la caracterización de orgánicos, los reactivos A y B, poseen las mejores características de densidad, viscosidad y tiempos medios de separación de fases en todas las temperaturas medidas (tanto en continuidad orgánica y acuosa) comparado con el orgánico de planta. Las características de ambos reactivos A y B, son muy similares y las diferencias entre ambos no son significativas (del orden de 1,2%). El orgánico de planta presenta alteradas sus características, a consecuencia de degradación del reactivo y la presencia de material particulado. Los tiempos de separación son un 50% más en continuidad orgánica y 40% más en continuidad acuosa en comparación con los reactivos A y B puros. El tiempo de separación de fases depende de la temperatura, ya que afecta a una de las variables más importante en la separación de fases, la viscosidad. Para todos los orgánicos analizados, los tiempos de separación de fases son un 43% más altos en continuidad orgánica que en continuidad acuosa.


91

El punto de inflamación del reactivo A es de 79 °C (4° más que el informado) y el reactivo B presenta un valor de 77 °C (6° superior al de la ficha técnica). Esta alza en el P.I. se debe a que fueron mezclados con diluyente y este posee un valor notificado de 84 °C. Aunque los reactivos evaluados alcanzan un valor similar de degradación, estos presentan una cinética distinta (0,52 %deg/día para el orgánico de planta, 0,99 %deg/día para el reactivo A y 0,92 %deg/día para el reactivo B). La cinética del orgánico de planta se explica porque las partículas menos resistentes ya fueron degradadas, no así en los reactivos puros. La temperatura de las celdas no muestra fluctuaciones significativas entre el día y la noche, siendo las temperaturas de E1 y E2 cercanas a la del ambiente, la temperatura S1 es 1°C superior (en todas las pruebas) debido a su cercanía con el rectificador utilizado para la celda de electro-obtención. Los arrastres A/O en el orgánico descargado concuerdan con la teoría (A mayor viscosidad, mayor será el arrastre A/O), no así en el pulmón del orgánico cargado que no mantiene un arrastre constante. La mayor razón de transferencia global calculada en base a las concentraciones de acuoso y orgánico es alcanzada por el orgánico de planta (2,0) y las mezclas del reactivo A (1,8 para 20 y 50 % de mezcla). En el caso del reactivo B la razón alcanzada se mantiene constante (1,3 para ambas mezclas).


92

La selectividad Cu/Fe de las mezclas es mayor que del orgánico de planta. Todas las selectividades presentan valores superiores a los informados por sus hojas de seguridad correspondientes (sobre las 2000 unidades). Las mezclas del reactivo A al 20% ó 50% con orgánico de planta, presenta una mejor extracción de cobre (96% en ambos casos), hasta 4% más de extracción que las mezclas con el reactivo B. La re-extracción de cobre es deficiente para el orgánico de planta y el reactivo A (menos de 50% de re-extracción se considera baja), siendo el orgánico de planta el que obtuvo el menor rendimiento en esta área, con un 28,62% de re-extracción. Caso contrario ocurre con el orgánico B, que al ser mezclado al 50% alcanza una re-extracción de un 61,11%.


93

CAPÍTULO VI. RECOMENDACIONES Es importante realizar las mediciones de tensión superficial e interfacial, viscosidad y densidad de los reactivos orgánicos (tanto puros como mezclas) a las mismas temperaturas que se mide el T.S.F., para determinar el efecto de la temperatura en los distintos parámetros. El orgánico de planta presenta deficiencias en la mayoría de sus propiedades, esto indica que esta degradado. Para recuperar sus propiedades, existen distintos tratamientos uno de ellos es el de arcillas activadas como la Kieselgur 16, organosorb, Zeolita, entre otras. Es importante realizar este tratamiento de orgánico, para restaurar las propiedades físico-químicas. Se debe tomar en cuenta, que este estudio no contempla la evaluación económica de los reactivos, factor que juega un rol importante a la hora de tomar una decisión. Se recomienda realizar este tipo de estudios considerando, precio del cobre, valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación de la inversión (PRI). Los distintos tipos de orgánicos (aldoximas, cetoximas y mezclas), poseen una mayor eficiencia bajo ciertos rangos de pH propios de cada especie. Es necesario al momento de realizar pilotajes controlar esta variable.


94

CAPÍTULO VII. REFERENCIAS ALGUACIL, ALGUACIL, F. 1997. La recuperación recuperación de cobre mediante mediante lixiviación-extracción lixiviación-extracción con disolventes-electrólisis: hacia el siglo XXI. Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas, CENIM (CSIC). Madrid (España). ANAYA-DURAND, ANAYA-DURAND, A., GUTIÉRREZ, GUTIÉRREZ, D. 1999. Utilización de la información información experimental para su adecuación en el diseño de equipo de proceso. Rev. IMIQ. Distrito Federal (Mexico). pp. 10-19. ANAYA-DURAND, ANAYA-DURAND, A., PEDROZA-FLORES, PEDROZA-FLORES, H. 2008. Escalamiento, el arte de la ingeniería química: Plantas piloto, el paso entre el huevo y la gallina, Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal. pp. 32-37. ARDILES, L. 2010. Curso de lixiviación, extracción por solvente, electrodepositación, COGNIS CORPORATION, pp. 14, 15, 19. CÁCERES, C. 2007. Apuntes de hidrometalurgia y electrometalurgia para alumnos de ingeniería metalúrgica, Universidad de Atacama, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, pp. 1, 85:113. COGNIS CORPORATION, 2003. Manual De capacitación de extracción por solvente, pp. 6 - 65. COGNIS CORPORATION, 2008. MCT Redbook, reactivos de extracción por solventes y sus aplicaciones. pp. 7:14. CRUZ, S. 2007. Manual de extracción por solvente, Sociedad contractual Minera El Abra, pp. 36 – 40.


95

CURRICULUM INSTITUCIONAL CICITEM. Antofagasta. Centro de Investigación Científico Tecnológico para la Minería. (2010). DOMIC, E. 2001. Hidrometalurgia, fundamentos, procesos y aplicaciones. Universidad de Chile.1a edición. 1000p. GONZÁLEZ, S. 2010. Diseño de una planta piloto para la evaluación de procesos de extracción de metales de valor añadido en agua de mar. Memoria de Ingeniero Químico del Medio Ambiente. Barcelona, Universidad politécnica de Cataluña, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Química. Pp. 72 - 90. GUPTA, K. 2003. Chemical metallurgy: principles and practice. Wiley-VCH. 811p. GUTIERREZ, L. 2001. Estudios de la separación de fases en un decantador continúo de extracción por solventes. Memoria de Ingeniero Civil Metalúrgico. Concepción, Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Metalúrgica.16p. ITABASHI, H. Y NAKAHARA, T. 2003. Chelation solvent extraction for separation of metal ions. Mester y Sturgeon. pp. 513 – 516. MELO, E. 2013. Comunicación personal, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Antofagasta, Chile. MERELLO, N. 2012. Comunicación personal, Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Antofagasta, Chile. RUIZ, M. 2009. Apuntes de Hidrometalurgia para alumnos de ingeniería metalúrgica, Universidad de Concepción, Departamento de Ingeniería Metalúrgica. Cap. 2, pp. 2:10, 61:89.


96

SIMPSON, J. 2003. Hidrometalurgia, Introducción a la metalurgia, Universidad de Santiago de Chile, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería. Cap 14, pp. 188. SIMPSON, J. 2006. Operación de plantas de extracción por solvente, Curso De capacitación USACH, pp. 8:307.


97

CAPÍTULO VIII. ANEXOS

ANEXO A: Pruebas en planta piloto.

A.1. Prueba en planta planta piloto, 100% planta. Esta prueba se realiza desde el 03-01-12 al 07-01-12. El PLS utilizado presenta una concentración promedio de 5,2 g/L.

A.2.1. Control Operacional. A continuación continuación se presentan presentan los datos obtenidos obtenidos en el control control operacional. operacional.

a. Flujos corrientes acuosos y orgánicos. Los flujos de las corrientes de orgánico y acuosos se presentan en la Tabla 31 y Figura 42.

Tabla 31. Flujos promedio de acuosos y orgánico en mL/min. PLS Set Poi nt

61 61.5

Medi a

62,7

Refi no 61,3

EP

ER

OC

OD

35,7

35,7

80

80

35,1

35,3

80,3

79,7


98

90 80 70

) 60 n i m / 50 L m (

Refino

40 o j u l F

ER

PLS

EP

30

OC

20

OD

10 0

Figura 42. Flujos de corrientes acuosas y orgánicas.

Las soluciones acuosas refino y PLS se mantiene entre 61,3 y 62,7 mL/min respectivamente, también se observa estabilidad en las soluciones restantes tanto el EP y ER que se mantienen en un promedio de 35 mL/min y los reactivos orgánicos con un flujo de 80 mL/min.

b. Banda de Orgánico. La altura de la banda de orgánico se mantiene entre 4,5 y 5 cm, como se muestra en la Tabla la Tabla 32 y Figura 43.

Tabla 32. Altura de banda de orgánico, cm E1

E2

S1

Se t Poi nt

4a5

4a 5

4a5

Me di a

4,7

4,6

4,5


99

6,0 5,5 5,0 m c , 4,5 a d n a B4,0 e d a r 3,5 u t l A

E1 E2 S1

3,0 2,5 2,0

Figura 43. Bandas de orgánico.

c. Temperatura. La temperatura se mantiene entre los 21,5°C y 21,6° C tanto en E1, E2 y ambiente, teniendo un leve aumento en la etapa S1 como se muestra Tabla 33 y Figura 44.

Tabla 33. Temperatura, °C

Ambiente

E1

E2

S1

21,5

21,5

21,6

22,3


100

30

25

20

C ° , a r u t a15 r e p m e T 10

A mbie nte

E1

E2

S1

5

0 2 1 1 0 3 0

2 1 1 0 3 0

2 1 1 0 4 0

2 1 1 0 4 0

2 1 1 0 5 0

2 1 1 0 5 0

2 1 1 0 6 0

2 1 1 0 6 0

2 1 1 0 7 0

Figura 44.Temperatura monitoreada con “Data logger”

A.2.2. Control físico. La viscosidad y densidad de las soluciones acuosas no varía durante la prueba, como se observa en la Tabla la Tabla 34 y Tabla 35.

Tabla 34. Resumen mediciones físicas, viscosidad. Viscosidad Día 03-01-2012 8:00 04-01-2012 8:00 05-01-2012 8:00 06-01-2012 8:00 07-01-2012 8:00

PLS 2,95 2,95 2,95 2,95 2,95

Refino 3,26 3,26 3,26 3,26 3,26

EP 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86

ER 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94


101

Tabla 35. Resumen mediciones físicas, Densidad.

Día 03-01-2012 8:00 04-01-2012 8:00 05-01-2012 8:00 06-01-2012 8:00 07-01-2012 8:00

PLS 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200

Densidad Refino 1,185 1,185 1,185 1,185 1,185

EP 1,203 1,203 1,203 1,203 1,203

ER 1,207 1,207 1,207 1,207 1,207


102

A.2. Prueba en planta planta piloto, 20% A +80% Planta. Esta prueba se inicia el día lunes 21 de noviembre a las 08:00 hrs y su término es el día viernes 25 de noviembre del 2011 a las 14:00 hrs.


a. Flujos de acuosos y orgánicos. Durante toda la prueba los flujos se mantienen en valores ajustados al establecido, como se puede ver en la Tabla la Tabla 36 y Figura 45.

Tabla 36. Flujos promedio de acuosos y orgánico en mL/min

Set Point Media

PLS 61.5 62,0

Refino 56,5

EP 35,7 35,7

ER 35,7 33,8

OC 80 76,6


OD 80 75,9

103

90 80 70 PLS

) 60 n i m / 50 L m (

Refino EP

40 o j u l F

ER

30

OC

20

OD

10 0

Figura 45. Flujos de corrientes acuosas y orgánicas

b. Banda de Orgánico. Las bandas de orgánico se mantienen en el rango de 4 a 5 cm de altura definidos, como se observa en la Tabla la Tabla 37 y Figura 46.

Tabla 37. Altura de banda de orgánico, cm

Set Point Media

E1 4a5 4,3

E2 4a5 4,7

S1 4a5 4,5


104

6

5

m c 4 , a d n a B 3 e d a r u t 2 l A

E1 E2 S1

1

0

Figura 46. Altura de bandas de orgánico.

c. Temperatura. La temperatura no presenta variaciones entre el día y la noche, solo se observa un leve aumento de la temperatura de S1 con respecto a la temperatura ambiente (debido al aporte de calor de EO)

Tabla 38. Temperatura, °C

Ambiente 21,5

E1 21,7

E2 21,6

S1 22,7


105

30

25

20

C ° , a r u t a 15 r e p m e T 10

Ambiente

E1

E2

S1

5

0 1 1 1 1 1 2

1 1 1 1 2 2

1 1 1 1 2 2

1 1 1 1 3 2

1 1 1 1 3 2

1 1 1 1 4 2

1 1 1 1 4 2

1 1 1 1 5 2

1 1 1 1 5 2

Figura 47. Temperatura monitoreada con “Data logger”.

A.3.2. Control físico. La viscosidad y la densidad no varían durante la prueba como se observa en la Tabla la Tabla 39 y Tabla 40.

Tabla 39. Resumen mediciones físicas, viscosidad.

21-11-2011 8:00 22-11-2011 8:00 23-11-2011 8:00 24-11-2011 8:00 25-11-2011 8:00

PLS 2,95 2,94 2,95 2,97 2,95

Viscosidad Refino 3,25 3,26 3,26 3,24 3,26

EP 1,87 1,86 1,85 1,86 1,86


ER 1,94 1,92 1,95 1,93 1,94

106

Tabla 40. Resumen mediciones físicas, densidad.

21-11-2011 8:00 22-11-2011 8:00 23-11-2011 8:00 24-11-2011 8:00 25-11-2011 8:00

PLS 1,20 1,22 1,20 1,20 1,20

Densidad Refino 1,18 1,20 1,18 1,18 1,18

EP 1,20 1,20 1,20 1,24 1,20


ER 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

107

A.3. Prueba en planta piloto, 20% B +80% Planta. Esta prueba se inicia el día lunes 28 de noviembre a las 08:00 hrs y su término es el día viernes 02 de diciembre del 2011 a las 14:00 hrs. El día 01 de diciembre a las 07:30hrs el rectificador sufre un cortocircuito, queda detenida la EO por mantención, a las 09:00hrs se detiene la planta por falta de inventario de EP, se toman las medidas necesarias para el caso y se reanudan las operaciones a las 15:45hrs del mismo día.

A.3.1. Control Operacional. A continuación continuación se presentan presentan los datos obtenidos en el control control operacional. operacional.

a. Flujos de acuosos y orgánicos. Durante la prueba los flujos se mantienen en valores cercanos al establecido como se puede ver en la la Tabla Tabla 41 y Figura 48.

Tabla 41. Flujos de acuosos y orgánico en mL/min PLS Set Point

61.5

Media

61,0

Refino 56,3

EP

ER

OC

OD

35,7

35,7

80

80

34,5

34,4

79,9

79,2


108

90 80 70 60

PLS

) n i m / 50 L m (

Refino

40 o j u l F

ER

EP

30

OC

20

OD

10 0


b. Banda de Orgánico. Las bandas de orgánico se deben mantener en un rango de 4 a 5 cm de altura


E2

S1

Set Point

4a5

4a5

4a5

Media

4,5

4,6

4,6


109

6

5

m c 4 , a d n a B3 e d a r u t 2 l A

E1 E2 S1

1

0

Figura 49. Altura de bandas de orgánico.

c. Temperatura. La temperatura no presenta variaciones entre el día y la noche, solo se observa un leve aumento respecto a la temperatura ambiente siendo el mayor aumento la temperatura de S1 (debido al aporte de calor de EO).

Tabla 43. Temperatura, °C Ambiente

E1

E2

S1

21,6

21,8

21,7

22,7


110

30

25

20

C ° , a r u t a 15 r e p m e T 10

Ambiente

E1

E2

S1

5

0 1 1 1 1 8 2

1 1 1 1 8 2

1 1 1 1 9 2

1 1 1 1 9 2

1 1 1 1 0 3

1 1 1 1 0 3

1 1 2 1 1 0

1 1 2 1 1 0


A.3.2. Control físico. La viscosidad y la densidad no varían durante la prueba como se observa en la Tabla la Tabla 44 Tabla 44 Tabla 45.


28-11-2011 8:00 29-11-2011 8:00 30-11-2011 8:00 01-12-2011 8:00 02-12-2011 8:00

PLS 2,95 2,95 2,95 2,95 2,95


EP 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86


ER 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94

111


28-11-2011 8:00 29-11-2011 8:00 30-11-2011 8:00 01-12-2011 8:00 02-12-2011 8:00

PLS 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

Densidad Refino 1,18 1,18 1,18 1,18 1,18

EP 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20


ER 1,21 1,21 1,21 1,21 1,21

112

A.4. Prueba en planta piloto, 50% A +50% Planta. Esta prueba se inicia el día lunes 05 de diciembre a las 08:00 hrs y su término es el día viernes 09 de diciembre del 2011 a las 14:00 hrs.



Tabla 46. Flujos de acuosos y orgánico en mL/min PLS Set Point

61.5

Media

61,3

Refino 56,9

EP

ER

OC

OD

35,7

35,7

80

80

35,4

36,0

80,7

79,9


113

90 80 70 60

PLS

) n i m / 50 L m (

Refino EP

40 o j u l F

ER

30

OC OD

20 10 0


b. Banda de Orgánico. Las bandas de orgánico se mantienen en el rango de 4 a 5 cm de altura definidos, como se observa en la Tabla la Tabla 47 y Figura 52.


E2

S1

Set Point

4a5

4a5

4a5

Media

4,5

4,6

4,7


114

6

5

4

m c , a d n a B 3 e d a r u t l A 2

E1 E2 S1

1

0




E1

E2

S1

21,9

22,0

22,2

23,4


115

30

25

20

C ° , a r u t a r 15 e p m e T 10

Ambi ente

E1

E2

S1

5

0 1 1 2 1 5 0

1 1 2 1 5 0

1 1 2 1 6 0

1 1 2 1 6 0

1 1 2 1 7 0

1 1 2 1 7 0

1 1 2 1 8 0

1 1 2 1 8 0

1 1 2 1 9 0

1 1 2 1 9 0




05-12-2011 8:00 06-12-2011 8:00 07-12-2011 8:00 08-12-2011 8:00 09-12-2011 8:00

PLS 2,95 2,95 2,95 2,95 2,95


EP 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86


ER 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94

116


05-12-2011 8:00 06-12-2011 8:00 07-12-2011 8:00 08-12-2011 8:00 09-12-2011 8:00

PLS 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200

Densidad Refino 1,185 1,185 1,185 1,185 1,185

EP 1,203 1,203 1,203 1,203 1,203


ER 1,207 1,207 1,207 1,207 1,207

117

A.5. Prueba en planta piloto, 50% B +50% Planta. Esta prueba se inicia el día lunes 12 de diciembre a las 08:00 hrs y su término es el día viernes 16 de diciembre del 2011 a las 14:00 hrs.



Tabla 51. Flujos de acuosos y orgánico en ml/min PLS Set Point

61.5

Media

60,8

Refino 59,7

EP

ER

OC

OD

35,7

35,7

80

80

35,2

35,4

79,7

80,1


118

90 80 70 60

PLS

) n i m / 50 L m (

Refino

40 o j u l F

ER

EP

30

OC

20

OD

10 0


b. Banda de Orgánico. Las bandas de orgánico se deben mantener en un rango de 4 a 5 cm de altura


E2

S1

Set Point

4a5

4a5

4a5

Media

4,4

4,6

4,7


119

6

5

m c 4 , a d n a B 3 e d a r u t l 2 A

E1 E2 S1

1

0




E1

E2

S1

22,6

22,6

22,6

23,8


120

30

25

20

C ° , a r u t a15 r e p m e T 10

Ambiente

E1

E2

S1

5

0 1 1 2 1 2 1

1 1 2 1 2 1

1 1 2 1 3 1

1 1 2 1 3 1

1 1 2 1 4 1

1 1 2 1 4 1

1 1 2 1 5 1

1 1 2 1 5 1




12-12-2011 8:00 13-12-2011 8:00 14-12-2011 8:00 15-12-2011 8:00 16-12-2011 8:00

PLS 2,95 2,95 2,95 2,95 2,95


EP 1,86 1,86 1,86 1,86 1,86


ER 1,94 1,94 1,94 1,94 1,94

121


12-12-2011 8:00 13-12-2011 8:00 14-12-2011 8:00 15-12-2011 8:00 16-12-2011 8:00

PLS 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200

Densidad Refino 1,185 1,185 1,185 1,185 1,185

EP 1,203 1,203 1,203 1,203 1,203


ER 1,207 1,207 1,207 1,207 1,207

122

ANEXO B: Manual de segu ridad de la planta piloto.

A continuación continuación se indican, a modo de directrices, directrices, una serie de acciones a seguir en caso de producirse posibles fallos en los elementos de la planta piloto. Cabe destacar, que en la planta piloto, al trabajar con soluciones ácidas, existen riesgos de quemaduras, escapes tóxicos (neblina ácida), soluciones inflamables y riesgo de electrocución.

Tabla 56. Posible problema y su medida paliativa.

Posible problema La(s) bomba(s) no funciona(n).

Medida paliativa - Apagar la bomba que presenta problemas y desconectarla. - Comprobar el funcionamiento de la bomba y sustituirla si es necesario. - Apagar el equipo y desconectarlo.

El rectificador no funciona.

- Comprobar las conexiones en la celda de EW y revisar posibles cortocircuitos. cortocircuitos. - Sustituirlo si es necesario.

El volumen del TK de solución está

- Revisar flujo de salida/entrada de la bomba. - Ajustar el flujo de la bomba.

alto/bajo. - Si el nivel de acuoso es alto, bajar la altura del regulador de nivel levemente. La banda de orgánico/acuoso está alta/baja.

- Esperar unos minutos a que se ajuste el nivel, si persiste el problema, repetir paso anterior. - Si el nivel de acuoso es bajo, subir la altura del regulador de nivel levemente. - Esperar unos minutos a que se ajuste el nivel, si persiste el problema, repetir paso anterior.

La continuidad en el

- Ajustar la altura y posición de la varilla del agitador.


123

agitador no es la correcta.

- Continuidad acuosa, inclinar hacia la entrada del acuoso. Caso contrario, inclinar a la entrada de solución de orgánico. -En el ojo: utilizar la solución salina lava ojos de Sperian®. Seguir las instrucciones del envase, si el problema persiste, consulte a un médico.

Contacto con solución ácida

- En la piel: Lavar la zona con abundante agua hasta que desaparezca la irritación, si el problema persiste, consulte a un médico. - En la boca: Lavar la zona con abundante agua hasta que desaparezca la irritación, si el problema persiste, consulte a un médico. - Revisar amperaje en el rectificador, revisar el extractor de

Exceso de neblina ácida

aire y distancias entre ánodos y cátodos. - Si se presentan molestias molestias al respirar, revisar filtros de la trompa utilizada en un área ventilada, si el problema persiste, consulte a un médico. - Utilizar el extintor (espuma química seca) y eliminar fuentes

Incendio

de ignición. - Desconectar todos los equipos e informar de la situación al encargado del laboratorio y las autoridades pertinentes - Llamar inmediatamente al servicio de emergencias médicas y pedir ayuda.

Electrocución

- Cortar la corriente antes de tocar a la víctima. - Apartarlo con un objeto aislante y realizar maniobras de reanimación (respiración boca a boca o masaje cardíaco). - Trasladarlo a un centro asistencial lo más pronto posible.


124

ANEXO C: Ecu Ecu acion es.



]−[] ó       == [] []−[]



] ]     / / = [[] 



]−[] ] ∗   ó  ,%= [] []



]−[] ]  ∗   ó  ,%= [] []



 = []  []



 á % ⁄    =   


125

ANEXO D: Materiales Materiales y equ ipos .

Mangueras: Tipo de manguera:

Bencinera.

Marca:

Compex.

Dimensión de diámetro:

4mm.

Material:

PVC.

Color:

Amarillo traslúcido.

Utilizado, m/prueba:

10.

Bombas peristálticas: Tipo de bomba:

L/S precisión.

Marca:

Masterflex

Flujo máximo/mínimo, mL/min:

3400 - 0,36.

Rpm:

6 a 600.

Motor reversible:

Sí.

Utilizadas:

1.

Tipo de bomba:

L/S precisión, unidad modular.

Marca:

Masterflex


3400 – 0,36.

Rpm:

6 a 600.

Motor reversible:

Si.

Utilizadas:

1.


126

Tipo de bomba:

L/S económica.

Marca:

Masterflex


2900 - 1,2.

Rpm:

20 a 600.

Motor reversible:

No.

Utilizadas:

2.

Depósito de almacenamiento: Tipo:

International

bulk

container (IBC). Capacidad, L:

1392

Llave:

Mariposa.

Utilizados:

6.

Tipo:

Bidón boca ancha.

Capacidad, L:

60

Llave:

Rosca ¾.

Utilizados:

2.

Tipo:

Bidón boca ancha.

Capacidad, L:

25

Llave:

Rosca ¾.

Utilizados:

2.

Tipo:

Bidón pallet natural.

Capacidad, L:

10

Llave:

No.


127

Utilizados:

5.

Tipo:

Celda.

Material:

Acrílico.

Capacidad, L:

1,5

Largo/ancho/alto, cm:

21 – 7 - 13.

Utilizados:

4.


128

Evaluación y Caracterización de Extractantes Alternativos Para Planta de Extracción Por Solventes de Mel.

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