INTRODUCCION En este trabajo explicare un método de extracción no tan conocido llamado lixiviación el cual consiste en la remoción o extracción de un componente soluble (soluto) contenido en un solido mediante un solvente apropiado en otras palabras es el proceso mediante el cual se lava una sustancia pulverizada con el objetivo de extraer de ella las partes que resulten solubles. La lixiviación se usa para la extracción de componentes deseados como la azúcar de la caña o remolacha, o aceites de semillas, fabricación de café y te solubles, extracción de componentes tales como pigmentos, aceites esenciales, pectina, gomas, vitaminas, colágeno (obtención de gelatina) y no deseados tales como cafeína, lactosa, colesterol, grasa y el lavado de alimentos. Para realizar este procedimiento se observan varios factores para realizar la lixiviación, primero debemos buscar el solvente que vamos a utilizar segundo observamos la temperatura del proceso y tercero el tamaño de partícula de solido existen 3 tipos para realizar estos la lixiviación en lechos fijos, lixiviación el lechos móviles y lixiviación agitada del solido. Existen varios métodos de extracción pero los que mas se utilizan son lixiviación en su lugar, lixiviación en botaderos y pilas, lixiviación por percolación, y lixiviación por agitación los cuales se explican en este trabajo.
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LIXIVIACIÒN
La palabra lixiviación procede del latín “Lixivia” que significa lejía. En Roma esta
palabra se usaba para describir los jugos que destilaban las uvas o las aceitunas antes de ser machacadas. Hoy la palabra lixiviación se usa para describir el proceso mediante el cual se lava una sustancia pulverizada con el objetivo de extraer de ella las partes que resulten solubles. Para separar el soluto deseado o eliminar un soluto indeseable de la fase sólida, ésta se pone en contacto con una fase líquida. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos se difunden desde el sólido a la fase líquida, lo que permite una separación de los componentes originales del sólido. Este proceso se llama lixiviación líquido-sólido o simplemente, lixiviación. La operación unitaria se puede considerar como una extracción, aunque el término también se refiere a la extracción líquido-líquido. Cuando la lixiviación tiene por objeto eliminar con agua un componente indeseable de un sólido, el proceso recibe el nombre de lavado. La lixiviación es una operación de transferencia de masa por lo que es indispensable que exista un contacto íntimo entre el solvente y el soluto contenido en el sólido
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EXTRACCIÓN
En general llamada extracción líquido – líquido, se usa para separar dos líquidos miscibles utilizando un solvente que preferentemente disuelve a uno de ellos. Esta operación se usa cuando la separación por destilación es ineficaz o muy difícil. Casos de este tipo se dan con mezclas de temperaturas cercanas de ebullición, o sustancias que no pueden soportar la temperatura de destilación, aun operando a vacío. EQUIPO DE EXTRACCIÓN Es fundamental asegurar un buen contacto entre las fases para permitir la transferencia de materia y luego separa las fases. En la extracción, las dos fases tienen densidades comparables, de modo que la mezcla y separación es más difícil que en el caso de una fase líquida y otra gaseosa. Con frecuencia las fases son difíciles de mezclar y todavía más difíciles de separar, por lo cual en muchos extractores la energía de mezcla y separación se comunica mecánicamente. El equipo de extracción puede operar en forma batch (por cargas) o en forma continua. Una cierta cantidad de alimentación puede mezclarse con una cantidad determinada desolvente en un tanque agitado y después se dejan decantar las fases y se separan. El extracto es la capa de solvente más el soluto extraído y el refinado es la capa de laque se ha separado el soluto. El extracto puede ser más o menos denso que el refinado de forma que el extracto puede salir a veces por la parte superior del equipo y otras por el fondo. Para procesar cantidades relativamente grandes conviene una operación en flujo continuo. La mayor parte de los equipos de extracción son continuos con sucesivas etapas de contacto. Entre los principales equipos se mencionan las torres rellenas, las torres de platos perforados, y las torres agitadas .
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PROCESOS DE LIXIVIACIÓN PARA SUSTANCIAS BIOLÓGICAS.
En la industria de procesos biológicos y alimenticios, muchos productos se separan de su estructura natural original por medio de una lixiviación líquidosólido. Ejemplos Lixiviación de azúcar de las remolachas con agua caliente. Producción de aceites vegetales, se emplean disolventes orgánicos como hexano, acetona y éter, para extraer aceite de cacahuate, soya, semillas de lino, semillas de ricino, semillas de girasol, semillas de algodón, harina, pasta de palo e hígado de hipogloso. En la industria farmacéutica se obtiene una gran diversidad de productos por lixiviación de raíces, hojas y tallos de plantas. En la producción de café “instantáneo” soluble, el café tostado y molido se somete
a una lixiviación con agua pura. El té soluble se fabrica por lixiviación de hojas de té con agua. El tanino se extrae de las cortezas de árboles por lixiviación con agua.
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FACTORES PARA LA LIXIVIACCIÒN
1.- Características físicas y químicas de la mena
2.-Caracterización mineralógica.
3.-Ley de la mena.
4.-Solubilidad del metal útil en la fase acuosa.
5.-La cinética de disolución.
6.-Magnitud de tratamiento.
7.-Facilidad de operación.
8.-Reservas de mineral.
9.-Capacidad de procesamiento.
10.-Costo de operación y capital.
11.-Rentabilidad
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FACTORES A CONTROLAR EN UNA LIXIVIACIÓN SELECCIÓN DEL SOLVENTE A UTILIZAR El solvente empleado debe solubilizar al soluto (agua: azúcar; alcohol: pectina y gomas; solventes orgánicos: grasas y aceites) El solvente ideal es el agua (bajo costo, no tóxica, no inflamable, no corrosiva), sin embargo no siempre tiene una capacidad de extracción adecuada El solvente empleado debe tener el mayor coeficiente de transferencia de masa posible LA TEMPERATURA DEL PROCESO Al aumentar la temperatura del proceso: Aumenta la solubilidad del soluto en el solvente. Aumenta el coeficiente de difusión del solvente en las partículas de sólido. Lo que provoca una mayor velocidad de extracción Sin embargo, temperaturas muy elevadas pueden deteriorar el producto o provocar la evaporación del solvente Se debe encontrar la temperatura mas adecuada para cada caso en particular TAMAÑO DE PARTÍCULA DEL SÓLIDO Cualquiera que sea el método de extracción empleado, generalmente la materia prima(sólido) que contiene al soluto debe acondicionarse(corte, trituración, molienda) para propiciar el contacto con el solventey facilitar su extracción -Las partículas pequeñas crean una mayor área interfacial entre el sólido y el líquido y una distancia mas corta para que el soluto se difunda a través de la partícula y alcance la superficie
-Pero si el tamaño de partícula es demasiado pequeño, se forman conglomerados que impiden la circulación de solvente entre las partículas y dificultan su separación del solvente provocando que las partículas de sólido puedan ser arrastradas con el solvente 6
VELOCIDAD DE LIXIVIACIÓN En la lixiviación de materiales solubles del interior de una partícula por acción de un disolvente, el proceso general consiste en los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4.
El disolvente se transfiere del volumen de solución a la superficie del sólido. Después, dicho disolvente penetra o se difunde en el sólido. El soluto se disuelve en el disolvente. Entonces, el soluto se difunde a través de la mezcla de sólido y disolvente hasta la superficie de la partícula. 5. Finalmente, el soluto se transfiere a la solución general. VELOCIDAD DE EXTRACCIÓN
Donde: dE/dt = velocidad de extracción (m3/s) KL= coeficiente de transferencia de masa (m/s) A = área interfacial (m2) Cs= concentración del componente soluble en la interfase. Como se considera que en la interfase existe una solución saturada, = concentración de saturación de la solución a la temperatura del proceso (fracción masa) C = concentración del componente soluble en la masa del solvente (fracción masa) INFLUENCIA DE LAS VARIABLES DE PROCESO EN LA VELOCIDAD DE EXTRACCIÓN Tipo de solvente a utilizar: KL Temperatura del proceso: Cs Tamaño de partícula del sólido: A
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EXTRACCIÓN MEDIANTE FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
La tecnología de fluidos supercríticos emplea generalmente CO2, que en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico, se mantiene en un estado con propiedades intermedias entre líquido y gas lo que lo convierte en un potente disolvente. Esta tecnología se está utilizando a nivel industrial para la obtención de extractos herbales a partir de plantas aromáticas, extractos de especias para colorantes y aceites esenciales, desalcoholización de bebidas como la cerveza, extracción de colesterol de aceites, extracción de la cafeína del café, entre otros. Algunas ventajas son que se emplean temperaturas menores que con solventes orgánicos por lo que el producto no se daña, además de ser no inflamable, no tóxico, no cancerígeno, no corrosivo y no genera residuos
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TIPOS DE EQUIPO PARA LA LIXIVIACIÓN
LIXIVIACIÓN EN LECHOS FIJOS: Este equipo se usa en la industria del azúcar de remolacha, en la extracción de taninos de corteza curtiente, en la extracción de productos farmacéuticos de cortezas y semillas, y en otros procesos
LIXIVIACIÓN CON LECHOS MÓVILES: Estos procesos son útiles en la extracción de aceite a partir de semillas vegetales, como la de algodón, cacahuate, y soya. a) extractor de cangilones tipo Bollman, tornillo tipo Hildebrandt.
b) extractor con transportador de
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LIXIVIACIÓN AGITADA DEL SÓLIDO: Cuando el sólido se puede moler hasta cerca de 200 mallas (0.074 mm), es posible mantenerlo en suspensión aplicándole agitación, y lograr una lixiviación continua a contracorriente, colocando varios agitadores en serie con tanques de sedimentación o espesadores entre cada agitador.
Lixiviación a contracorriente usando espesadores.
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MÉTODOS DE LIXIVIACIÓN LIXIVIACIÓN IN-SITU (en el lugar) La lixiviación IN PLACE se refiere a la lixiviación de residuos fragmentados dejados en minas abandonadas, mientras la lixiviación IN SITU se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado. Por lo general, estas operaciones presentan actualmente un gran interés por los bajos costos de inversión y operación que se requieren, y que posibilitan recuperar valores metálicos que de otra manera no podrían ser extraídos. Los bajos costos son consecuencia de evitar o al menos disminuir los costos de extracción minera, el transporte del mineral a la planta y de los desechos finales del proceso, y la construcción de una planta de lixiviación. Generalmente, la recuperación es baja (< 50% ).
Tipo I : Se trata de la lixiviación de cuerpos mineralizados fracturados situados cerca de la superficie, sobre el nivel de las aguas subterráneas. Puede aplicarse a minas en desuso, en que se haya utilizado el "block caving", o que se hayan fracturado hidráulicamente o con explosivos (IN PLACE LEACHING). Tipo II : Son lixiviaciones IN SITU aplicadas a yacimientos situados a cierta profundidad bajo el nivel de aguas subterránea, pero a menos de 300 -500 m de profundidad. Estos depósitos se fracturan en el lugar y las soluciones se inyectan y se extraen por bombeo. Tipo III : Se aplica a depósitos profundos, situados a más de 500 m bajo el nivel de aguas subterráneas
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LIXIVIACIÓN EN BOTADEROS Y PILAS Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto, los que debido a sus bajas leyes (por ej. < 0.4% Cu) no pueden ser tratados por métodos convencionales. Este material, generalmente al tamaño "run of mine" es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad. Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversión y es económico de operar, pero la recuperación es baja (por ej. 40-60 % Cu) y necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal. Las soluciones se alimentan generalmente por aspersión. Normalmente la lixiviación en botaderos es una operación de bajo rendimiento (pero también de bajo costo). Entre las diferentes razones para ello se puede mencionar : - Gran tamaño de algunas rocas (> 1 m). - Baja penetración de aire al interior del botadero. - Compactación de la superficie por empleo de maquinaria pesada. - Baja permeabilidad del lecho y formación de precipitados (yeso, ...) - Excesiva canalización de la solución favorecida por la heterogeneidad de tamaños del material en el botadero.
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LIXIVIACIÓN EN PILAS Estéril de mina 1.- Se acumulan cerca de la mina. 2.-Alcanzan alturas de 100 metros o más 3.-Sustrato basal no siempre es el más adecuado para recoger soluciones: ADECUACIÓN SUELO 4.-solución en la parte superior y se recoge en una piscinas impermeable. 5.-Poco capital de inversión y operación. 6.-Recuperaciones bajas 7.-Cinética es lenta La distribución de las soluciones se realiza por RIEGO, INUNDACIÓN O PERFORACIONES VERTICALES. a)Riego Permite una distribución uniforme sobre el área superficial. Se usan tuberías de goteros o aspersores. b) Inundación. Se crean canales de 0.5 x 10 m sobre la superficie inundándolas con solución c) Perforaciones verticales. La solución se Introduce mediante tuberías plásticas perforadas verticales al interior :15 cm de diámetro y a 2/3 de la altura. Las tuberías que se introducen son de 10 cm. Los flujos de las soluciones dependen de la permeabilidad, un rango general va de 1 (l/h m2) a 15 (l/h m2)
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LIXIVIACIÒN POR PERCOLACIÓN Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque. Los minerales a tratar por este método deben presentar contenidos metálicos altos o muy altos, debiendo ser posible lixiviar el mineral en un período razonable (3 a 14 días) y en trozos de tamaño medio con tonelajes suficientes de mineral percolable en el yacimiento que permitan amortizar la mayor inversión inicial que requiere este tipo de proceso. Ya que esos minerales no existen más, es una tecnología antigua actualmente en desuso. El esquema general del proceso se puede observar en la Fig. 3. El mineral procedente de la explotación, a cielo abierto o subterránea, debe ser ligeramente preparado en una planta de chancado y/o aglomeración, para conseguir una granulometría controlada que permita un buen coeficiente de permeabilidad. Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal). Las aguas sobrantes del proceso vuelven a ser acondicionadas para ser recicladas hacia las pilas. También en algunos casos es preciso añadir agua nueva, para reponer las fuertes pérdidas de evaporación del circuito. Se denomina cancha de lixiviación a la superficie de apoyo de la pila donde se coloca la impermeabilización. Cuando la cancha es recuperada para reutilizarla con un nuevo mineral se trata de lixiviación en PILAS DINAMICAS, mientras que si el terreno no es recuperado y, por lo tanto, el mineral agotado queda en el depósito como nueva base para otra pila, se está en la lixiviación en PILAS ESTATICAS o PERMANENTES. La solución rica (S.R. o P.L.S. : pregnant leach solution) es generalmente impura y diluida y deberá ser purificada y concentrada antes de recuperar el metal. En la hidrometalurgia del cobre, eso se realiza mediante la extracción por solvente seguida por la electrodepositación del cobre. La solución rica sólo contiene 4 - 6 g/l Cu y 1 - 2 g/l H2SO4 y es impura ( 5 g/l Fe, SiO2, Al2O3 coloides, sólidos en suspensión, ...)
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FIGURA 3
LIXIVIACIÓN POR AGITACIÓN 1-Mineral finamente molido, aumentando el área expuesta. 2-Preferentemente para minerales no porosos o que produzcan muchos finos y especies que requieren drásticas condiciones de operación. 3-Se aplica a minerales de leyes altas, que justifican la molienda OBJETIVOS:
1-Dispersar los sólidos en una emulsión, formando una suspensión homogénea. 2-Dispersar burbujas de gas en la solución. 3-Acelerar velocidades de disolución, incrementando la transferencia de masa VENTAJAS a) Se obtienen mayores recuperaciones
b) La cinética de extracción es más rápida c) Es posible una gran automatización. d) minimiza problemas de finos DESVENTAJAS
a) Altos costos de inversión y operación b) Requiere molienda, clasificación y separación sólido-líquido
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