Manual SX

Sociedad Contractual Minera El Abra

INTRODUCCION La disolución de impurezas en lixiviación hace inevitable la purificación de las soluciones como etapa previa a la electroobtención. En la industria del cobre, y a partir de 1965, comenzó a aplicarse el proceso de extracción por solventes, cuyo xito se ha traducido en la instalación de numerosas plantas industriales !ue operan con el circuito Lixiviación " Extracción por #olventes " Electroobtención. El proceso de extracción por solventes $#%& se entiende como un proceso de purificación y concentración de soluciones basada en la separación del elemento desde los lixiviados por un medio medio de extrac extracció ción n tambi tambin n l'!uid l'!uido, o, !uedan !uedando do as' las soluci solucione oness aptas aptas para para su poster posterior ior tratamiento de precipitación electrol'tica y comercialización directa del c(todo producido. La aplicación de #% en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de menas oxidadas de cobre cobre !ue por mtodos mtodos tradiciona tradicionales les ser'a antieconó antieconómico mico de tratar. tratar. )s', ha permitido permitido tratar minerales de muy ba*a ley o botaderos de ripios existentes, cuyas soluciones diluidas o con alto nivel de impurezas pasan por etapas de #%, obtenindose soluciones concentradas y puras, aptas para electroobtención. +n caso t'pico lo representa una operación por eap o -ump Leachin " #% " E/, de ran aplicación en la industria del cobre de EE.++, 0anad( y otros pa'ses. tra ran venta*a del proceso es la de permitir una operación en electroobtención con altas densidades de corriente, y con eficiencias de corriente por sobre 92 a 93 4, obtenindose c(todos de alta pureza !u'mica y óptima óptima calidad f'sica, aptos para para la venta directa. )dem(s, permite extraer el cobre de soluciones !ue contienen otros valores recuperables. -e esta forma, el tratamiento de las soluciones en las !ue el cobre ya se ha extra'do permite recuperar mediante tcnicas similares o de intercambio iónico, otros elementos de valor comercial $uranio, molibdeno, etc.&. inalm inalment ente, e, el proces proceso o comple completo to $L%7#% $L%7#%7E/ 7E/&& no presen presenta ta proble problemas mas de contam contamina inació ción n ambien ambiental tal,, y en partic particula ular, r, un an(li an(lisis sis comparat comparativo ivo frente frente a la altern alternati ativa va tradic tradicion ional al de lixiviación cementación, le otorar'a venta*as debido principalmente al alto costo de la chatarra, mayores consumos de (cido, ba*a calidad y pureza del producto !ue se obtiene en cementación.

DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso de extracción por solvente se basa en una reacción reversible de intercambio iónico entre dos fases inmiscibles, la fase or(nica $reactivo o extractantes& y la fase acuosa, la reacción eneral es la siuiente8

( Cu+2 )A + 2 ( R )O

( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"#

El sentido de la reacción est( controlado por la acidez

( $ ) de la solución acuosa.

1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra En el proceso lobal de extracción por solventes intervienen 3 etapas8 17. Eta$a de etracci,n! 37. Eta$a de reetracci,n o -tri$$in*!

ETAPA DE E%TRACCION La solución impura de lixiviación, con ba*a acidez, $ p entre 1. y 1.9 & se contacta en mezcladores $ mixer & con la fase or(nica de muy ba*o contenido en cobre $ or(nico descarado descarado &. -ebido a la ba*a acidez de la solución solución acuosa, la reacción o ecuación :;1 se desplaza desplaza hacia la derech derecha, a, obteni obtenin ndos dosee despu despus s !ue ambas ambas soluci solucione oness han pasad pasado o por todas todas las etapas etapas de extracción, una fase or(nica con alto contenido en cobre $ or(nico carado & y una fase acuosa $ refino & !ue ha entreado ran parte del cobre !ue conten'a a la fase or(nica. En las etapas de extracción se transfiere parte del cobre de la fase acuosa al or(nico. -ado !ue los extractantes !ue se utilizan son selectivos para el cobre, las impurezas permanecen en la solución acuosa $ e, )l, , etc. &. El refino es retornado a lixiviación. 0abe destacar !ue por cada 1 pl de 0u ?3 !ue se transfiere al or(nico, se reenera en la solución acuosa 1.5 pl de  3#.

( Cu+2 )A + 2 ( R )O

( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"2

ETAPA DE REE%TRACCION O STRIPPIN. El or( or(ni nico co car carad ado o obte obteni nido do en la etap etapaa ante anteri rior or se cont contac acta ta con con el elec electr trol olit ito o SPENT $electrolito pobre en cobre, pero alto en (cido& !ue retorna desde electroobtención a #%. -ebido a la alta acidez del electrolito (#/0 a #10 *$l  2SO 3 45 a 41 *$l Cu +2), se produce la reacción inversa, inversa, es decir, el cobre cobre de la fase or(nica or(nica es transferido transferido a la fase acuosa. acuosa. -e las etapas etapas de strippin strippin se obtienen obtienen 3 soluciones soluciones88 un or*6nico de-car*ado , !ue es enviado a las etapas de extracción para iniciar un nuevo ciclo y un electrolito car*ado o electrolito de A&ANCE (#50 a #70 *$l 2SO 3 5 a 55 *$l Cu +2)8 !ue es enviado a E/ para depositar el cobre extra'do.

( Cu+2 )A + 2 ( R )O

( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"4

3 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


9I.URA N"#8 ES:UEMA .ENERAL DEL PROCESO LI%;S%;E< MINERAL

REDUCCION DE TAMA=O

A.LOMERADO

LI%I&IACION PLS ( $#!5 ; #!?)

RE9INO E%TRACCION

OR.ANICO CAR.ADO

OR.ANICO DESCAR.ADO STRIPPIN.

ELECTROLITO A&ANCE

ELECTROLITO SPENT ELECTROO>TENCION CATODOS

El es!uema eneral mostrado en la fiura :;1, est( constituido por > circuitos cerrados de soluciones8 17. Lixiviación " Extracción. 37. Extracción " #trippin. >7. #trippin " Electroobtención. El primer circuito corresponde a las soluciones provenientes de lixiviación !ue alimentan a las etapas de extracción, descar(ndose en cobre y constituyendo la solución refino, la cual retorna al proceso de lixiviación. El seundo circuito corresponde al circuito del or(nico carado, el cual se cara en cobre en las etapas de extracción al contactarse con las soluciones de lixiviación y se descara en las etapas de strippin, al contactarse con el spent, retornando a las etapas de extracción. El tercer circuito corresponde al circuito del electrolito de avance, el cual se cara en cobre en las etapas de strippin, constituyendo el avance, se descara en la etapa de electroobtención y retorna descara descarado do $electrolit $electrolito o de spent& spent& a las etapas de strippin. strippin. -e electroobte electroobtención nción se obtienen obtienen c(todos de buenas caracter'sticas f'sicas y !u'micas.

> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


E%TRACTANTES En la ecuación :;1, el sub'ndice @ O  define a la fase or(nica y el sub'ndice @ A  define a la fase acuosa. El reactivo or(nico, propiamente tal, se representa por R y CuR 2 el comple*o formado producto del intercambio, en la fase or(nica. La fase or(nica est( constituida por el reactivo or(nico, el cual se disuelve en una parafina $tridecano y @erosene& en un cierto porcenta*e en volumen, a fin de reducir la viscosidad, ravedad espec'fica y el costo volumtrico del extractante. El reactivo or(nico, !ue forma el comple*o con el elemento se denomina solvente y diluyente al compuesto en el !ue se disuelve el reactivo. -e esta forma se tiene8

9ASE OR.ANICA B SOL&ENTE + DILUENTE En el caso de la extracción de cobre se emplean como tales, reactivos or(nicos formadores de !uelato, del tipo de las alfa " hidroxioximas. Estos compuestos tienen fuerte poder selectivo de unión a iones 0u ?3, !ue por ello pueden ser extra'dos de la solución. Los comple*os !uelato resultante presentan la mayor'a de las veces estructuras de tipo anular con un (tomo de nitróeno. La formación de estos comple*os va apare*ada en la extracción de cobre a la reacción de intercambio de iones entre los iones de 0u ?3 y los (tomos de hidróeno de un compuesto or(nico. Aara el tratamiento de las soluciones de lixiviación de minerales de cobre se emplean reactivos altamente selectivos para el cobre, como los reactivos de la conocida serie L% $L% " 6>, L% " 6, L% " 6:, L% " B2, etc.&, los productos )0CD) $A " 5252, A . 5122, A " 5>22, etc.& y otros, cuyo poder de extracción para el 0u?3 relativo a otros iones es muy fuerte. Estos extractantes, para el caso espec'fico considerado, se conocen con el nombre de extractantes acidificadores o intercambiadores catiónicos l '!uidos.

 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


TA>LA N"#8 PRESENTA EL PODER DE E%TRACCION DEL REACTI&O LI%;7 N PARA DI9ERENTES ELEMENTOS8 A $ B 2!0

TIPO DE ION

PODER DE EXTRACCION

Cu+2 Fe+3

muy fuerte débil

Mo+6

muy débil

+5

V

muy débil

+2

nulo

+2

nulo

+2

Ca

nulo

Mg+2

nulo

+3

nulo

+3

Al

nulo

Fe+2

nulo

+

nulo

Zn

Sn

As

Si

+2

Co

+2

Ni

nulo nulo

-e la tabla se observa !ue sólo la presencia de iones frricos $e ?>& podr'a ocasionar alunos problemas en la pureza !u'mica de la solución a obtener. )Fn en este caso, la razón de extracción 0u?3Ge?>, estando ambos iones en presentes en la solución en la misma concentración ha demostrado ser de 62G1. 0omo se ha seHalado, la ecuación :;1 depende del p de la solución. En las etapas de reextracción, la extracción de cobre desde las soluciones disminuye si estas son fuertemente (cidas. +na representación r(fica !ue muestra el efecto del p, en la extracción de cobre y en la selectividad, se presenta en la iura :;3 para L% 6: se observa !ue a un p I 3, ni el 0o ?3, ni el :i?3 podr'an ocasionar problemas de pureza en la solución a obtener. -el mismo modo, en soluciones de lixiviación !ue contenan iones 0u?3 y :i?3, controlando sólo el p puede obtenerse una eficiente separación de los iones mencionados en las etapas de extracción. 0omo se observa en la iura :;3 todo el cobre es extra'do a p ba*o 1.5 a 3, de modo !ue una vez extra'do ste, a*ustando el p a valores m(s altos $.5 a 5.2&, el :i?3 puede ser extra'do posteriormente sin problemas mayores. Este tipo de operación se desarrolla comercialmente en la corporación El Aaso, exas, para la recuperación de cobre y n'!uel.

En la abla :;3 se presenta un listado de extractantes comerciales, estructuras !u'micas y 5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra aplicación. En la abla :;> se presenta de forma m(s resumida, una lista de extractantes comerciales selectivos para el cobre, disponibles en el mercado, su campo de aplicación y las condiciones de acidez en extracción y strippin. #e observa por e*emplo, !ue el L% 6> puede emplearse en la extracción de cobre de una solución levemente acidulada o amoniacal, L% B2 permite traba*ar con soluciones de alta acidez. El empleo del L% 6:, )0CD) A75122 y del reactivo #.

9I.URA N"2 @ LI% 7N or $ ISOTERMS  g!l

3

Cu

+2

+2

Ni

2 Co Fe

+2

+3

" +2

Zn

"

2

3



5

!# 6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

6


9I.!N"4 @ REACTI&OS DE E%TRACCION  MECANISMO DE LA :UELACION

O N

O

C

C#2 25 2 idroil ; 5 Dodecil ; >enenoenoia

O

?C

C C25

N

O

C

C 

C

C?

C25

581 ; Dietil ; / idroil ; 7 ; Dodecanonoia

B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


C#2 25

C#2 25

C O

N O

O

C

O

N

O + Cu+2

Cu O N

N

C

C C#2 25

O + 2+ O

C#225

K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


DILUENTES  MODI9ICADORES El reactivo o aente de extracción no se emplea normalmente solo, sino !ue suele estar mezclado en una cierta proporción con un diluyente y en muchas ocasiones lleva un tercer componente o modificador para me*orar la separación de fases. Deneralmente el diluyente suele ser un hidrocarburo u otra sustancia inmiscible con el aua y sus propiedades son8 1. 7 -isolver el reactivo de extracción, tanto libre como en forma de comple*o met(lico. 3.7 #olubilidad en la fase acuosa muy pe!ueHa, para evitar o disminuir las prdidas por disolución en la fase acuosa. >.7 , y entre sus caracter'sticas destaca la composición !u'mica. La relaci,n

ali6tica ' Aro6tico e- uno de lo- actore- a con-iderar $ara la elecci,n del dilu3ente $or la inluencia Fue $uede tener en el de-arrollo de un $roce-o de etracci,n en relaci,n a la a3or o enor -olubilidad del co$leGo et6lico Fue aecta a la $o-ici,n de eFuilibrio 3 a la cinHtica de etracci,n8 la cual $uede -er 6- r6$ida 3 aorecer el $a-o de la- e-$ecieetraJda-! La relaci,n ali6tica ' Aro6tico inluir6 de$endiendo del -i-tea 3 en *eneral $uede decir-e Fue la $re-encia de a3or concentraci,n de aro6tico- decrece la etractibilidad en lo- -i-tea- de cabio cati,nicoK $ero la auenta en lo- de cabio ani,nico! ) veces el diluyente, por s' solo, no es suficiente para evitar ciertos problemas en la separación de fases, y entonces se aHade un tercer componente para evitar la formación de una tercera fase. Este componente se llama <-0)-C y su función es facilitar la separación de fases. #e suele utilizar alcoholes de cadena lara, de K a 12 carbonos, y tambin el fosfato de tribut'o $A&.

9 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra 0omo se ha seHalado, en cada problema debe ensayarse de un modo adecuado la elección de un diluyente y un modificador conveniente, adem(s del extractante, para obtener resultados favorables, por la ran influencia de estos factores en la selección de los e!uipos y el dimensionamiento adecuado de los mismos.

COE9ICIENTE DE DISTRI>UCION  SELECTI&IDAD En forma eneral, la reacción reversible de #% representada por la Ecuación :;1 puede escribirse de la siuiente manera8

M + +  R

MR  +  +

Ec! N"

-onde8

M R M

 Es el ión del metal !ue debe ser seleccionado.  Cepresenta la fase or(nica.  Es la valencia del ión <.

Lueo, la con-tante de la reacci,n8 representada por la ecuación :;3, !ue debido a la formación de un comple*o o !uelato como producto de reacción se denomina constante de formación comple*o !uelato, y !ue se define8

 B  MR  O   + A  R O   M+ A

Ec! N"5

-onde8

 R O Es la concentración de extractante no transformado en la fase or(nica.  MR    Es la concentración del compuesto metal !uelato formado. )l contactar una solución acuosa !ue contiene a < con una fase or(nica inmiscible, el elemento se distribuir( entre las dos fases hasta alcanzar el e!uilibrio. La concentración del metal en el e!uilibrio depender( de su afinidad relativa por las 3 fases. En el e!uilibrio, la razón entre la concentración del metal en la fase or(nica y la concentración del metal en la fase acuosa, define al Coeiciente de Di-tribuci,n ( D ) .

D B Concentraci,n del Metal 9a-e Or*6nica B  MR  O Ec! N"7 Concentraci,n del Metal 9a-e Acuo-a  M+ A 12 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra Lueo reemplazando Ecuación :;6 en la Ecuación :;5, se obtiene la expresión para la constante M J M8

 B D  + A R O

Ec! N"/

-onde8



 Es la constante termodin(mica del sistema en e!uilibrio y !ue solo depender( de la

temperatura. D  Es el coeficiente de distribución.  R O Es la concentración de extractante no transformado en la fase or(nica.  + A  0oncentración de ión hidróeno del sistema. Tabla N"2 TIPO

CONCENTRACCION

DE

#2SO $g!l%

&TI'IZACION

REAC TIV O

ET APA DE EXT RAC CION

ET APA DE ST RIPPIN(

'IX ) 63

" g!l* !# + 2,-

"6- g!l

Extracción de Cu+2 de solución amoniacal (Ni, Co).

'IX ) 6

3 g!l* !# + ",5"

"6- ) 2-- g!l

Extracción de Cu+2 de soluciones levemente acida.

'IX ) 6N

 ) "- g!l

"- ) "6- g!l

Extracción selectiva para Cu+2 sobre ión e+!.

'IX ) .-

3- ) - g!l

2-- ) -- g!l

En sol. " cidas o con alta conc. Cu+2, select. e+!.

'IX ) ." $.3%

"- ) "5 g!l

22- ) 23- g!l

En sol. " cidas o con alta conc. Cu+2, select. e+!.

SME

 ) "- g!l

"5- ) "6- g!l

Extracción de Cu+2 de soluciones levemente acida.

ACOR(A P ) 5"--

3 ) "- g!l

".- ) ".5 g!l

#ol. $ilu%da y&o concentrada en Cu+2 y #elect. e+!.

/E'EX "--

0 eno1 a "3 g!l

"6- ) 225 g!l

Extracción de Cu+2 de #ol. 'cida y selectivo en e+!

Lueo, en la Ec. :;B podemos observar !ue el coeiciente de di-tribuci,n est( controlado por el $ de la fase acuosa y por la concentraci,n del etractante en la a-e or*6nica! El coeficiente de distribución es la variable m(s importante en el proceso de extracción por solventes, ya !ue, al variarlo de una manera controlada se podr( obtener la separación deseada de los metales. )s', en las Etapas de Extracción deber( obtenerse la mayor extracción del metal desde la fase acuosa, hacia la fase or(nica. Aara ello, el p de la solución deber( ser moderadamente ba*o $ p I 1.5 &, para !ue M - N aumente. Aor el contrario, en las Etapas de Ceextracción o #trippin y para la reextracción del metal desde la fase or(nica, ser( necesario disminuir el coeficiente de distribución del metal. Esto se realiza, contactando la fase or(nica carada con una solución acuosa de alta acidez, es decir, disminuyendo dr(sticamente el $ de la solución.

0omo se observa en la tabla :;3, la mayor'a de los extractantes comerciales catiónicos para 0u ?3 11 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra pueden ser reextra'dos por contacto con soluciones de alta acidez. -e acuerdo a la reacción inversa :;1, se observa !ue no solamente el metal es devuelto a la fase acuosa, sino !ue tambin se reenera el reactivo or(nico, el !ue se recicla a la sección de extracción. #i de una solución acuosa se extraen simult(neamente dos clases de iones met(licos mediante un reactivo or(nico, se define en tal caso el factor de selectividad como el cuociente de los coeficientes de distribución respectivos8

B D# D2

Ec! N"1

-e esta forma, en una solución de lixiviación !ue contena iones cFpricos y frricos, el coeficiente de distribución para el 0u ?3 estar( dado por8

D Cu+2 B  Cu+2 O

Ec! N"?

 Cu+2 A

O para el ión frrico, se define de iual manera8

D9e+4 B  9e+4 O

Ec! N"#0

 9e+4 A

Aor lo tanto, la selectividad del extractante empleado para el ión cFprico con respecto al ión frrico estar( dado por8

B DCu+2 D9e+4 O si las concentraciones de 0u ?3 y e?> son inicialmente iuales,

Ec! N"## !ueda definido por8

B  Cu+2 O  9e+4 A


Ec! N"#2

Sociedad Contractual Minera El Abra )hora bien, la selectividad de un extractante por un ión determinado presente en una solución !ue contiene, adem(s otros iones <, est( dada por los valores de J, los !ue seHalan la fuerza de los comple*os formados y la selectividad respecto a diferentes iones.

E%TRACCION LI:UIDO ; LI:UIDO CON MULTIPLES ETAPAS 0onsiderando la Ec. :;1, tenemos8

( Cu+2 )A + 2 ( R )O

( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"#

O la constante de esta reacción, expresada en trminos de concentraciones molares, resulta8

 B  CuR 2 O   + A2  R O2   Cu+2 A

Ec! N"#4

Cealizando un an(lisis de las expresiones anteriores permite concluir, lo siuiente8

#! Un auento de la acide de-$laa el eFuilibrio acia la iFuierda8 di-inu3endo la eiciencia de la eta$a de etracci,n! 2! Si la concentraci,n de ione- cQ$rico- auenta en la -oluci,n de liiiaci,n8 el eFuilibrio -e de-$laa acia la dereca8 aoreciHndo-e la etracci,n corre-$ondiente! 4! Si de-$uH- de alcanado el eFuilibrio8 -e ree$laa el reactio or*6nico $or otro con enor car*a en cobre8 o -in cobre8 H-te etrae una cantidad adicional de i,n Cu +2 de-de la a-e acuo-a8 tratando de Fue el -i-tea alcance un nueo eFulibrio! Los puntos :;1 y :;3 indican las limitaciones de extracción por solventes para las etapas de extracción y strippin respectivamente, y el punto :;> indica !ue el proceso debe realizarse por etapas, para aprovechar la m(xima capacidad de cara del reactivo or(nico, y por consiuiente aumentar el rendimiento del proceso. Esto Fltimo, unido al hecho de !ue la extracción del metal en una sola etapa es inconveniente por!ue debe emplearse un ran volumen de or(nico, hace !ue en la pr(ctica se utilice la extracción l'!uido G l'!uido con mFltiples etapas, empleando flu*o continuo de las fases en contracorriente. En este proceso, la fase or(nica va en dirección opuesta al flu*o de la fase acuosa. )s', la fase or(nica opuesta al flu*o de la fase acuosa. )s', la fase or(nica descarada se pone en contacto con las soluciones de lixiviación semiaotadas, mientras !ue la fase or(nica carada se pone en contacto con las soluciones con alta concentración de ión met(lico, tratando de extraer una cantidad adicional del ión y cararse casi completamente.

1> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra En el diarama de flu*o :;1, se puede observar los flu*os en forma unitaria de una Alanta de idrometalFria L%7#%7E/. Esta Alanta L%7#%7E/ se caracteriza por mostrar sus flu*os enfrentados en contracorriente.

DIA.RAMA DE PLANTA 00# LI%;S%;E<

PILA DE LI%I&IACI N

PLS

RE9INO

NA&E E< E! SPENT

ACUOSO

E! A&ANCE

OD

E;#

S;#

E;4 E;2

PLS

S;2 OD

OD

ACUOSO

ELECTROLITO

AREA DE T OR.ANICO

OR.ANICO CAR.ADO

DIA.RAMA DE 9LUO PARA PLANTA DE IDROMETALUR.IA8 PROCESO LI%  S%  E
1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


E:UIPOS DE E%TRACCION POR SOL&ENTES Los e!uipos de extracción por solventes m(s empleados en la industria del cobre son del tipo eclador  decantador (ier  -ettler) , existiendo tambin e!uipos extractores de columnas y los contactores centr'fuos. En los e!uipos de columna el flu*o en contracorriente se lora a partir de la diferencia de densidades entre las 3 fases. La fase m(s liviana $fase or(nica& se introduce por el fondo de la columna, ascendiendo y la fase m(s pesada $fase acuosa& por la parte superior. En los contactores centr'fuos se emplea la fuerza centr'fua para alcanzar mezclas intensas y van seuidas de un separador de fases. La lenta velocidad de extracción !ue se lora en los e!uipos de columna pone una seria restricción a este tipo de e!uipos. La mayor flexibilidad y seuridad en la operación $cambios de flu*o, razones de fases, recirculación& han impuesto a los e!uipos del tipo mixer " settler en la industria del cobre.

ES:UEMA DE UN MECLADOR  DECANTADOR (ier;-ettler) El termino seHalado se usa para describir e!uipos de contacto mFltiple en el cual las dos fases se mezclan en el mixer para crear la dispersión de una fase en la otra. La dispersión de una fase en la otra. La dispersión pasa por rebalse al decantador, form(ndose las 3 fases nuevamente. La transferencia de masa del cobre tiene luar fundamentalmente en el mixer $mezclador&. La operación de mezcla puede realizarse de diferentes maneras, aun!ue la aitación con una turbina $impeller& es la m(s comFn. +n es!uema de una unidad piloto se es!uematiza a continuación8 MECLADOR ( MI%ER )

DECANTADOR ( SETTLER )

&ERTEDERO DE OR.ANICO &ERTEDERO DE ACUOSO

IMPELLER

9ASE OR.ANICA >ANDA DE DISPERSION

9ASE ACUOSA

9LUO DE OR.ANICO

ES:UEMA .ENERAL MI%ER ; SETTLER


Sociedad Contractual Minera El Abra +n mezclador " sedimentador, esta compuesto por tres secciones8 1.

MECLADOR (ier) ) esta sección entran la fase or(nica y la fase acuosa. Lueo, mediante aitación producida por un impeller, se produce la mezcla de estas dos fases, ocurriendo el intercambio del cobre desde la fase acuosa hacia la fase or(nicaP lueo la mezcla pasa por rebalse hacia la seunda sección.

3.

DECANTADOR (-ettler) En esta sección se separan las fases por efecto de la fuerza ravitacional debido a la diferencia de densidad de ambas fases. En la zona superior del settler se obtiene la fase or(nica $menor densidad&, en el (rea media se obtiene una emulsión or(nica " acuosa !ue corresponde a la banda de dispersión, y en la zona inferior se obtiene una fase acuosa $mayor densidad&. #in embaro al final del decantador $settler& se obtienen las dos fases completamente separadas.

>.

RE>ASE SUPERIOR O &ERTEDERO DE OR.ANICO El l'!uido de menor densidad es separado en un vertedero, para lueo ser enviado hacia otra etapa. Lueo, la fase acuosa es separada y se dirie hacia el vertedero de acuoso.

&ENTAAS  DES&ENTAAS DEL MECLADOR  SEDIMENTADOR &ENTAAS 1. Ce!uieren de menor costo de capital. 3. #on estables y f(ciles de operar. :o presentan ran sensibilidad condiciones de operación.

a variaciones en las

>. ienen ran capacidad y presentan pocos riesos de inundación. . Aermiten obtener un rado de dispersión óptimo en cada mezclador puesto !ue stos se encuentran independizados. 5. El nFmero de etapas es ba*o, entre > y 5, con eficiencia del orden del K54 o superior por piso o por etapa. 6. Aermiten relaciones de fases extremas. B. ienen una altura ba*a. K. #on de construcción simple. 9. Aermiten un cambio de escala sencillo a partir de los datos de laboratorio yGo planta piloto. 12. (cil de incorporar etapas adicionales y facilidad de muestreo en flu*os de intermedios y flu*os terminales. 16 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


DES&ENTAAS 1. Ce!uieren traba*ar con soluciones clarificadas. 3. :ecesitan m(s (rea y espacio !ue las columnas y centr'fuas. >. Emplean randes volFmenes de fases retenidas en los pisos. . En alunos casos los costos de fase or(nica son altos. 5.
TRANS9ERENCIA DE MATERIA EN SISTEMA S% La transferencia de materia durante la extracción o la reextracción se realiza en varias etapas8

#! Conecci,n dentro de una a-e acia la intera-e de reacci,n! 2! Tran-erencia de a-a a traH- de la $elJcula ina o il Gunto a la intera-e! 4! Reacci,n de un intercabio i,nico $ro$iaente tal! ! Tran-erencia de a-a 3 conecci,n del eleento et6lico en la otra a-e contactada! Estas etapas caracterizan la cintica del proceso y est(n afectadas por variables tales como velocidad de aitación, viscosidad de las fases y temperatura. La velocidad de transferencia de materia depende de la superficie o (rea de contacto entre las fases, de la diferencia de concentración entre la concentración de e!uilibrio y la concentración real de las fases, y de un coeficiente de transferencia de masa y viene dada por la ecuación siuiente8

& B   A

C

Ec! N"#

En donde8

&

 Qelocidad de transferencia del elemento met(lico $ molesGse &.



 0oeficiente de transferencia de masa $ cmGse &.

A

 )rea de contacto $ cm 3 &. C

 -iferencia de concentraciones $ molesG cm > &. 1B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra La extracción como la reextracción se produce por la dispersión de una fase en la otra en la forma de pe!ueHas otitas con ran superficie de contacto, !ue favorece la transferencia de masa y se realiza por medio de aitación mec(nica. La turbulencia del sistema tambin afectar( al coeficiente de transferencia, aun!ue, como se ver( despus, una aitación excesiva puede actuar en sentido contrario. La diferencia de concentraciones, !ue favorece la difusión del elemento met(lico M, depende de la concentración de e!uilibrio, la cual a su vez depende de la naturaleza del sistema. +n es!uema del perfil de concentración de un elemento met(lico en la interfase acuoso " or(nico se observa en la siuiente fiuraP en la cual8

%o 3 o

B 0oncentraciones de < en la fase acuosa y or(nica, en estado estacionario.

INTER9ASE

CONCENTRACION POR DI9USION DE SOLUCION

o

 9ASE ACUOSA 9ASE OR.ANICA

%

%o DISTANCIA

Aara una diferencia de concentración dada de <, puede lorarse una alta velocidad de transferencia de masa aumentando el coeficiente de transferencia de masa lobal o el (rea de reacción. )mbos aspectos se producen simult(neamente al aplicar una aitación adecuada en el mezclador. El tHrino @a*itaci,n adecuada -e reiere a Fue -i la a*itaci,n auenta $or

-obre cierto- alore-8 auenta en ora con-iderable lo- tie$o- de -e$araci,n de a-e-8 la$Hrdida- de or*6nico $or oraci,n de icroeul-ione- e-table-8 a$arte de lo- a3orecon-uo- de ener*Ja! 1K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra En la pr(ctica industrial, es posible observar alunos extractantes, en la cual la cintica de transferencia es r(pida, siendo usuales tiempos de residencia en el mezclador menor a > minutos, lo !ue e!uivale a una velocidad tanencial de operación entre 1K2 " 3B2 mGmin o 622 " K52 piGmin.

IN.ENIERIA >ASICA SOL&ENTES (S%)

EN

EL

DESARROLLO

DE

E%TRACCION

POR

PARAMETROS DEL PROCESO E%TRACCION POR SOL&ENTES Los par(metros m(s importantes !ue deben definirse cuando se dimensiona una Alanta de Extracción por #olventes, son los siuientes8 1.

9luGo de Soluci,n Acuo-a (9!A)  -efine el flu*o de solución acuosa de lixiviación !ue se alimenta a las etapas de extracción. Aor se ste, normalmente, el dato de entrada en el sistema, y conociendo por otra parte, de datos de laboratorio yGo Alanta Ailoto, la cantidad de cobre a extraer en esta operación $ conocida tambin como el corte en cobre !ue se desea &, entonces permite predefinir la capacidad de la Alanta por unidad de tiempo, en base a8

9!A B  Ca$acidad de Planta ' Tie$o   Cu+2 Alientaci,n ;  Cu+2 Reino  Cu+2 S% B  Cu+2 Alientaci,n ;  Cu+2 Reino 3.

Ec! N"#5 Ec! N"#7

9luGo de Soluci,n S$ent (9!S) 0orresponde al flu*o de electrolito de alta acidez !ue se alimenta a las etapas de reextracción para descarar el cobre y reenerar el reactivo or(nico. #e define, por la capacidad de la Alanta y por el McorteN en cobre !ue se desea en el electrolito en las etapas de reextracción.

 Cu+2 S$ent B  Cu+2 Aance ;  Cu+2 S$ent

Ec! N"#/

9!S B  Ca$acidad de Planta ' Tie$o   Cu+2 Aance ;  Cu+2 S$ent

Ec! N"#1

>.

Ra,n O ' A .lobal Es la razón entre el flu*o de or(nico (9!O) y el flu*o de acuoso (9!A) !ue se alimenta a los mezcladores de cada etapa.

Ra,n (O'A)Etracci,n B  9!O   9!A  19 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Ec! N"#?


Ra,n ( O ' A )Stri$$in* B  9!O   9!S 

Ec! N"20

La determinación de las razones G) lobal para un circuito dado depende fundamentalmente del nFmero de etapas utilizadas, del corte de 0u deseado y de la concentración del extractante en la fase or(nica. El mtodo para definir la razón G) lobal, es uno de los par(metros m(s importantes en el sistema, cuyo valor debe ser encontrado en un estudio preliminar a escala de laboratorio.

.

9luGo de Or*6nico ( 9!O )  +na vez definido el flu*o de solución acuosa y la razón lobal, entonces el flu*o de or(nico !ueda dado por8

9!O B  9!A   ( O ' A ).lobal

Ec! N"2#

tra expresión utilizada para determinar el flu*o de or(nico es la siuiente8

9!O B  Ca$acidad de Planta ' Tie$o   c ; d 

Ec! N"22

La concentración de or(nico carado, O c, puede ser estimada conociendo la capacidad m(xima de cara, 0<0 del extractante $capacidad de saturación& y el factor o porcenta*e de empleo operacional m(ximo con respecto a dicho valor8

c B CMC  $ V

Ec! N"24

O el valor de Od puede ser conocido desde datos de laboratorio. 5. NQero de Eta$a- o Pi-o- debe ser estudiado *unto con la razón G) lobal. -epende de ese par(metro y del corte de 0u deseado. La determinación del nFmero de etapas de una Alanta de #% se estudia en un cap'tulo posterior $
Ra,n O ' A de O$eraci,n #e define como la razón de flu*os or(nico y acuoso, pero considerando recirculación de uno de los dos flu*os. Las recirculaciones en extracción y reextracción sirven para extraer o descarar m(s las soluciones acuosas y puede d(rseles el valor !ue m(s convena para la operación. Ello contribuye, por lo tanto, a definir y estabilizar un determinado tipo de continuidad a emplear en los mezcladores. La razón G) de peración en una Etapa de Extracción, si s recircula acuoso, !ueda definido por8

Ra,n ( O ' A )O$eraci,n B  9!O   9!A + R  32 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Ec! N"2

Sociedad Contractual Minera El Abra La razón G) de peración en una Etapa de Ceextracción, si s recircula #pent, !ueda



definida por

Ra,n ( O ' A )O$eraci,n B  9!O   9!A + R  B.

Ec! N"25

Tie$o de Retenci,n ( TR ) K 0orresponde al tiempo promedio !ue una part'cula de solución permanece en el mezclador o mixer. El tiempo de retención !ueda definido por las caracter'sticas cinticas del reactivo y por las eficiencias por etapas !ue deseen lorarse. Las caracter'sticas cinticas dependen principalmente del tipo de reactivo y en menor rado, de la temperatura y acidez. #i se conoce  C y el flu*o total de solución M R N !ue entra en el mezclador, entonces el volumen de ste !ueda dado por8

&ier B TR  :

Ec! N"27

Lueo8

:Etracci,n B 9!A + 9!O + R en Eta$a- de Etracci,n

Ec! N"2/

:Stri$$in* B 9!S + 9!O + R en Eta$a- de Reetracci,n

Ec! N"21

inalmente el iempo de Cetención en el mixer de una etapa de extracción !ueda definido de la siuiente manera8

TR B

 &ier   9!A + 9!O + R 

Ec! N"2?

inalmente el iempo de Cetención en el mixer de una etapa de reextracción !ueda definido de la siuiente manera8

TR B

 &ier   9!S + 9!O + R 

Ec! N"40

Aara extractantes comerciales, los tiempos de retención entre 1, 5 y > minutos son suficientes. K.

&elocidad de A*itaci,n ( & A )  +n punto clave en el diseHo de un aitador es el sistema de aitación para obtener una buena transferencia del elemento met(lico a la fase respectiva, y obtener, adem(s, un apropiado tamaHo de ota de la emulsión para !ue la separación ravimtrica de esa dispersión sea total y re!uiera poco tiempo y poca (rea de sedimentación. El mecanismo de aitación cumple con dos funciones8


Sociedad Contractual Minera El Abra K.1 Cealizar una aitación efectiva, es decir, producir una dispersión apropiada de las dos fases para !ue ocurra la reacción de intercambio y succionar las fases or(nica y acuosa de las etapas adyacentes para evitar la necesidad de instalar bombas de transferencia interetapas. 0on una velocidad de aitación ba*a, no se produce buena succión y la aitación es deficiente. Aara valores muy altos de la velocidad, se obtiene una dispersión m(s fina $dispersión secundaria&, y por tanto, me*ores eficiencias por etapasP pero aumentan considerablemente, las contaminaciones de una fase en otra, los consumos de ener'a y los tiempos de separación de fases en el sedimentador. +n criterio muy utilizado para efectos de diseHo es la relación de ELL:D)<, la cual ha sido comprobada experimentalmente. #eFn sta no se producen arrastres de otas muy pe!ueHas y se disminuyen sinificativamente las prdidas de extractante cuando se cumple8

20

( &A )4  D2

Ec! N"4#

-onde8

&A

 Es la velocidad rotacional en $rev G se&.

D

 Es el di(metro del aitador $pies&.

#' el valor de la Ec. :;>1, es mayor !ue 52, se obtienen otas finas, las cuales necesitan un mayor tiempo de sedimentación. #i el valor fluctFa entre 32 y 52, la formación de microotas disminuye en forma importante. En el valor seHalado como aceptable, menor o iual a 32, se obtienen otas MrandesN $dispersión primaria&, !ue se separan f(cilmente disminuyendo, por tanto, los tiempos de separación de fases y las contaminaciones o prdida del reactivo or(nico. El rano normal de operación es de 522 a K22 r.p.m. El consumo de ener'a !ueda dado por la potencia consumida en el sistema mezclador, fundamentalmente, y se le calcula por medio de las relaciones entre el :; de potencia y el :; de Ceynolds. ) esta potencia debe adicin(rsele la potencia necesaria para el bombeo del l'!uido, en base a8

Pbobeo B : 

p





-onde8 p

 -ensidad del l'!uido.

:

 lu*o del l'!uido. 

 0ota o altura a vencer por el bombeo.


Ec! N"42

Sociedad Contractual Minera El Abra En el escalamiento eneralmente se prefiere utilizar el criterio de mantener constante la razón potencia G volumen, es decir8

P# &#

B

P2 &2

Ec! N"44

-onde8

P# 3 P2

 Aotencia total consumida.

&# 3 &2

 Qolumen del mezclador.

En alFn caso se puede considerar el criterio de i ualdad de la velocidad perisfrica de la turbina, pero es menos seuro. tros autores )DEC# 7 -E
N (r$) B

/2 D2'4

Ec!N"4

-onde8

D

B -i(metro del impeller en mts. Recoended RPM B (/2)'(D)2'4

Settler (decantador)

OerloW to -ettler

Mier (eclador)

D (t-)

Solution aFueou-

Solution or*anic


Sociedad Contractual Minera El Abra 9.

9luGo E-$ecJico ( 9!E ) Es el flu*o total de solución por unidad de (rea transversal del sedimentador, y tiene fundamental importancia para su diseHo.

9!E B

:T Area Sedientador

Ec!N"45

-onde8 R I . ? .) ? C , para R iual a flu*o total. .) I .# si es en reextracción. Deneralmente .E se mide en $m > G m3 hr&, $al G min pie3& o en $lts G min m 3&. El flu*o espec'fico recomendable para una planta determinada debe ser definido en base a datos experimentales !ue se obtienen de la operación de una planta piloto. Aara definirlo es necesario determinar previamente la altura o espesor de la banda de dispersión con la !ue se desea operar. :ormalmente el rano de variación para el flu*o espec'fico est( entre 3,6 a ,K m> G m3 hr. 12.

>anda de Di-$er-i,n Es la zona donde se produce la separación de las dos fases en el sedimentador. +n es!uema !ue muestra la rotura de la dispersión se presenta en la siuiente fiura8

PASSI&E SEDIMENTATION INTER9ACE OR.ANIC

&S SEDIMENTIN. 9LUID

SEDIMENTIN. 9LUID >ED MO&IN. >OUNDAR

>ED PACED ONE &C A:UEOUS

ACTI&E COALESCENCE INTER9ACE

La mezcla resultante de la aitación en el mezclador pasa al decantador donde comienzan a ROTURAEntre DE LA DISPERSION formarse las fases acuosas y@ or(nica. ambas fases, !ueda la banda de dispersión !ue es una zona intermedia en la !ue se est( produciendo la separación de fases. )!u', la emulsión proveniente del mezclador $mixer& se @ro$e y el or(nico se @iltra a travs de la banda, mientras !ue el acuoso ba*a a su fase. 0onviene recordar !ue una eul-i,n e- un -i-tea di-$er-o8 ine-table8 orado $or 2 a-e-

lJFuida- no i-cible-8 en la Fue una actQa coo a-e continua 3 la otra8 coo a-e 3 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


di-continua o di-$er-a! El proceso de transformación de una emulsión a un sistema de 3 fases es espont(neo y tal fenómeno recibe el nombre de COALESCENCIA. #e debe mantener durante el proceso una altura determinada de banda de $ K " 1 cm &, !ue corresponde aproximadamente a un >24 de la altura total de la fase or(nica, de modo !ue sta produzca un buen efecto de MfiltroN y se reduzcan las contaminaciones.

En $lanta- $iloto8 la altura de la banda de di-$er-i,n -e $uede ariar o$eracionalente a traH- de la co$uerta ,il del -e$arador8 lo Fue -e ace nece-ario cuando la- altura- de banda -on etrea- (bale-)! Cuando la altura de la banda de di-$er-i,n auenta8 $uede lle*ar-e al @loodin*8 en,eno Fue ocurre cuando la banda de di-$er-i,n ocu$a todo el oluen de la a-e or*6nica8 rebal-ando $or -obre la co$uerta ,il8 auentando enoreente lacontainacione- de la a-e acuo-a en la a-e or*6nica! En tal ca-o e- nece-ario correr la co$uerta de anera de alar*ar el -e$arador con lo Fue di-inu3e el luGo e-$ecJico 3 la altura de la banda! Con altura- de banda- de di-$er-i,n $eFueXa-8 no a3 buen eecto de @iltro 3 el acuo-o arra-tra or*6nico! Con altura- de banda- alta-8 $ero -in lle*ar al loodin*8 -e $roduce tabiHn un auento de containaci,n8 debido al arra-tre de acuo-o Fue $roduce el luGo de or*6nico -obrenadante $or -obre la co$uerta ,il! Las tres situaciones expuestas se es!uematizan a continuación.

9a-e Or*anica >anda Di-$er-i,n

9a-e Or*anica >anda Di-$er-i,n

9a-e Acuo-a 9a-e Acuo-a

>ANDA DE DISPERSION >AA

>ANDA DE DISPERSION NORMAL

9a-e Or*anica

>anda Di-$er-i,n

9a-e Acuo-a

>ANDA DE DISPERSION ALTA

La relación entre la altura de la banda de dispersión y la contaminación estar'a dada r(ficamente por la siuiente fiura, en la cual la altura de banda se expresa como porcenta*e de la altura total 35 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra de la fase or(nica.

CONTAMINACION ($$) '- ALTURA >ANDA DE DISPERSION

#000 A R R A S T R E S ( A ' O ) $ $ 

500

#0

40

50

/0

?0

##0

#40 #50 #/0

#?0

 >ANDA DE DISPERSION ( V )

El espesor de la banda de dispersión est( relacionado con el flu*o espec'fico a travs de la siuiente fórmula emp'rica8

b B Y  : ' A  n B Y (9!E)n En la cual8 b

I )ltura de la banda de dispersión $cm&.

R

I 0audal o flu*o total $m> G hr &.

)

I )rea del decantador $m3&.

.E

I lu*o espec'fico $m> G m3 hr&.

@ y n I 0onstantes.


Ec!N"47

Sociedad Contractual Minera El Abra #i se representa en coordenadas lo " lo, b vGs .E, se obtiene una l'nea recta cuya pendiente es MnN, como se presenta es!uem(ticamente en la siuiente i.

Relaci,n >anda de Di-$er-i,n con 9luGo E-$ecJico Lo* b

n

Lo* Y

Lo* (9!E) La altura de la banda de dispersión depende, adem(s, de la temperatura, naturaleza y concentración del extractante, velocidad de aitación, densidad y viscosidad de las soluciones acuosas y de la continuidad empleada en el sistema.

3B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra El efecto particular de la velocidad de aitación, estudiada a travs del factor de ellinham, y de la continuidad, se presenta en la siuiente i.

Continuidad Acuo-a

#0!0 > a n d a d e d i - $ e r - i , n ( c E )

Continuidad Or*6nica

?!0 1!0 /!0 7!0 5!0 !0 4!0 2!0 #!0

5

#0

#5

20

25

40

45

0

5

50

9luGo E-$ecJico (4 '  2 r) La i*ura anterior no- ue-tra el eecto -obre el e-$e-or de la banda de di-$er-i,n de actore- en la o$eraci,n en el eclador! Etracci,n de Cu+2 0805 *$l8 $ #85 $or LI% 7N 5V en Sell-ol T8 O'A B ##! 0on el caudal de fases, el flu*o espec'fico y el tiempo de retención m'nimo de la fase dispersa se calculan las dimensiones del sedimentador. #e debe procurar tener una altura m'nima de >2 cm de fase or(nica y acuosa claras con el fin de evitar el paso de la emulsión !ue contiene la banda de dispersión con las fases decantadas. Este hecho reviste especial importancia en las etapas de salida del proceso. 3K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


Reactio

3

Concentraci,n La selección final del reactivo y su concentración

depender(n de los resultados preliminares !ue se obtenan de la investiación a escala de laboratorio y su posterior comprobación a escala piloto. Aara la elección del reactivo or(nico es necesario tener en cuenta los siuientes factores8

##!#; Di-$onibilidad 3 co-to del reactio! ##!2; Alta acilidad de oraci,n de un co$leGo con el etal Fue intere-a etraer! ##!4; Solubilidad del co$ue-to or*6nico;et6lico en la a-e or*6nica! ##!; Selectiidad en la oraci,n del Fuelato con re-$ecto a la- i$urea- de la -oluci,n! ##!5; 9acilidad de recu$eraci,n del etal de-de la a-e or*6nica! ##!7; Recu$eraci,n del etractante! 13.

Te$eratura Esta variable tiene un aspecto altamente sinificativo en las caracter'sticas de separación de fases en el circuito $altura banda de dispersión, y por tanto, en la determinación del flu*o espec'fico recomendable y dimensionamiento de los settler&, y en menor medida sobre la cintica de las reacciones.

La temperatura recomendable de traba*o y la posibilidad de operar a temperatura ambiente durante todo el aHo se define en base a los resultados !ue se obtenan en la operación de una planta piloto. 0on temperatura de 32; 0, el proceso tiene buen rendimiento. ay !ue considerar !ue un incremento en la temperatura de las soluciones no sólo encarece el proceso, por el costo !ue implica la calefacción de randes volFmenes de solución, sino tambin por el hecho de !ue se favorece la evaporación del diluyente, con lo !ue se concentra la fase or(nica haciendo variar las condiciones de cara m(xima.

1>.

Continuidad )l mezclarse en un mixer 3 fases inmiscibles, una de ellas debe encontrarse dispersa en la otra.

Aara explicar la continuidad, se presentar(n dos casos8

#4!#; Continuidad Or*6nica Se $roduce cuando la a-e acuo-a -e encuentra di-$er-a en la a-e or*6nica! #4!2; Continuidad Acuo-a Se $roduce cuando la a-e or*6nica -e encuentra di-$er-a en la a-e acuo-a!



TIPOS DE CONTINUIDAD (OR.ANICA  ACUOSA) 9ASE ACUOSA

9ASE ACUOSA

9ASE OR.ANICA

9ASE OR.ANICA

CONTINUIDAD ACUOSA

CONTINUIDAD OR.ANICA

La continuidad tiene ran importancia en los arrastres f'sicos de una fase en la otra despus de la separación, lo !ue se llama contaminación.

La containaci,n de or*6nico en acuo-o O'A8 es el volumen de or(nico $ppm& !ue es arrastrado por la fase acuosa. Esta contaminación representa una prdida de or(nico, reactivo de alto precio, por lo !ue debe ser minimizada.

La containaci,n de acuo-o en or*6nico A'O8 es el volumen de acuoso $ppm& !ue es arrastrado por la fase or(nica. #in ser de tanta importancia como la anterior, debe ser controlada puesto !ue es el or(nico carado, al pasar de las etapas de extracción a las etapas de strippin, de contener altos arrastres de acuoso podr'a causar un aumento paulatino de los niveles de impurezas en el electrolito, solución !ue debe ser lo m(s pura posible. Aor otro lado, los arrastres de electrolito de alta acidez en el or(nico descarado !ue pasa de strippin a extracción, podr'an producir un aumento de la acidez en la Fltima etapa de extracción, disminuyendo la eficiencia. En l'neas enerales se puede decir !ue8

En continuidad or*6nica -e obtienen a3ore- banda- de di-$er-i,n8 baGa- containacioneO'A 3 alta- containacione- A'O! En continuidad acuo-a -e lo*ran enore- banda- de di-$er-i,n8 alta- containacione- O'A 3 baGa- containacione- A'O!

>2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra Es por lo anterior !ue normalmente se traba*a con continuidad or*6nica . ay solamente casos espec'ficos en los cuales es conveniente operar con continuidad acuosa. #e puede concluir entonces8

En la- eta$a- en Fue la- -olucione- acuo-a- -alen del circuito S% (Qltia eta$a de etracci,n 3 $riera eta$a de -tri$$in*)8 debe o$erar-e nece-ariaente con continuidad or*6nica! En la- eta$a- en Fue el or*6nico $a-a de etracci,n a -tri$$in* 3 iceer-a8 e- recoendable o$erar con continuidad acuo-a! En la- eta$a- interedia-8 la continuidad no tiene *ran i$ortancia8 $reiriHndo-e noralente o$erar con continuidad or*6nica!

ESQUEMA GENER AL PL ANTA BALANCE LIX-SX-EW DIAGR AMA DE FLUJ O Nº2

PILA DE LI%I&IACIN

PLS

RE9INO

C O A N C T I U N O U S I A D A D

C O O R N . T I A N N U I I C D A A D

ACUOSO

NA&E E< E! SPENT

AE# OS#

OD

OC CONTINUIDAD OR.ANICA

OE4

E;#


S;#

E;4 E;2

A%a

S;2



OE2

PLS

E! A&ANCE

C O A N C T I U N O U S I A D A D


OS2 OD

OD

AE2

ACUOSO OC

AREA DE T OR.ANICO

AS2

ELECTROLITO

OC


En el Dia*raa de 9luGo N"2 -e $uede ob-erar una Planta LI%  S%  E<8 dierenciando cada uno de -uluGo- $ara eta$a- de etracci,n  eta$a- de reetracci,n 3 la- intereta$a-! Ade6- $ara cada eta$a8 la continuidad recoendada en el $roce-o!



PROPIEDADES DE LOS E%TRACTANTES Los reactivos empleados en el proceso #% de iones 0u ?3 , se caracteriza principalmente por poseer un (tomo de hidróeno intercambiable y poseer un (tomo de nitróeno con un par de electrones libres, capaces de coordinar. Las propiedades f'sicas y !u'micas m(s deseables de los extractantes son las siuientes8 1.

E-$eciicidad 3 -electiidad ab-oluta , es decir, un reactivo capaz de unirse a un metal solamente. )ltamente selectivo frente a las impurezas contenidas en la solución.

3.

E-tabilidad FuJica , necesaria por!ue cual!uier prdida por deradación debe ser repuesta con el consiuiente costo de operación, adem(s !ue los productos de deradación pueden interferir en el proceso mismo de extracción y coalescencia. El extractante debe ser iualmente estable ba*o condiciones de strippin, !ue involucran un contacto con soluciones fuertemente (cidas.

>.

Se$araci,n de a-e- r6$ida . La velocidad de separación de fases debe ser r(pida con el ob*eto de !ue las dimensiones de los settlers sean las m'nimas posibles. )s' se disminuyen los costos de inversión, inventario y evaporación de la fase or(nica.

.

>aGa -olubilidad en la a-e acuo-a . Esto es de ran importancia, ya !ue como en #% la fase or(nica s recircula entre las etapas de extracción y strippin, si el extractante tiene una solubilidad apreciable en la fase acuosa, y debido a los randes volFmenes de solución acuosa tratadas, las prdidas totales del reactivo en el refino y el electrolito pueden llear a determinar !ue el proceso no sea económico.

5.

Alta -olubilidad en el dilu3ente.

6.

Alta ca$acidad de car*a .

B.

Alta -olubilidad del reactio 3 del co$leGo en la a-e or*6nica .

K.

>aGa i-co-idad.

9.

Po-eer una a$ro$iada dierencia de den-idad con la- -olucione- acuo-a- .

12.

E-tar di-$onible a $recio raonable .

11.

No t,ico.

13.

>aGa inlaabilidad8 alto $unto la- .



E&ALUACION PRELIMINAR DE E%TRACTANTES Las caracter'sticas de los extractantes !ue deben ser evaluados son8 1.

Ca$acidad de car*a , expresada en pl de 0u ?3 en la fase or(nica por unidad de volumen o de concentración del extractante en e!uilibrio como una fase acuosa de una determinada composición. La capacidad de cara depende fundamentalmente de la concentración de 3# $(cido sulfFrico& y de la concentración de 0u ?3 $cobre& en la fase acuosa. :ormalmente se efectFan pruebas para determinar el efecto del p en esta propiedad.

3.

Selectiidad, se evalFa esta caracter'stica principalmente frente al ión frrico, !ue se ha seHalado, es el Fnico ión !ue se extrae en concentraciones de inters para el caso de las oximas a p S 3,5.

>.

CinHtica de etracci,n 3 -tri$$in* , se expresa como relación de caru'o del or(nico en contacto con una solución acuosa al cabo de un tiempo M t N de reacción a caru'o del or(nico en condiciones de e!uilibrio con la misma solución acuosa para un tiempo M tT N. Experimentalmente se utilizan tiempos de 1 a 5 minutos.

.

CaracterJ-tica- de -tri$$in* , en este punto se trata de evaluar la cantidad de cobre !ue es posible extraer de un or(nico carado al contactarlo con un electrolito de determinada composición.

5.

&elocidad de -e$araci,n de a-e-, las pruebas batch de separación de fases no son extrapolables a una operación en continuoP pero permiten comparar en forma preliminar el comportamiento de 3 o m(s extractantes.

6.

Te-t de e-tabilidad, debido a la alta acidez del circuito de strippin, las oximas sufren un lento proceso de descomposición por hidrolización a cetonas, el cual normalmente no tiene ninuna importancia económica debido a !ue a las temperaturas de operación en #% $  $;0&#% S 35; 0 &, este proceso es extraordinariamente lento. #in embaro, es un factor !ue conviene tener presente cuando se comparan dos extractantes para lo cual se los somete a un proceso de descomposición acelerada utilizando temperaturas sobre K2; 0.

B.

CaracterJ-tica- de la- i-otera- , tanto para extracción como para strippin, del or(nico con las soluciones acuosas a ser empleadas.

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PARTE E%PERIMENTAL Los siuientes datos corresponden al test Deneral de
I-otera de etracci,n , se usa una solución de una determinada concentración en 0u ?3 y, p. #e contactan mezclas de or(nico frescoGacuoso, en las siuientes razones8 UP V, 3G1P G1P 1G1. #e da un tiempo de aitación $W 12 min&, se de*an separar las fases y el acuoso se analiza por cobre.

Z C u

CAR.A @A

+ 2

( * $ l ) E N L A 9 A S E O R . A N I C A

CAR.A @>

ZCu+2 (*$l) EN LA 9ASE ACUOSA En la i*ura -e ob-era una i-otera de etracci,n en la cual -H *r6ica la- concentracione- de Cu+2 en la a-e acuo-a er-u- Cu+2 en la a-e or*6nica8 $ara una car*a A 3 >! El r(fico seHala una mayor capacidad de cara de M)N, por cuanto la estabilidad de la isoterma para MN se obtiene a concentraciones de cobre menores en el or(nico.

>.

I-otera de -tri$$in* . #e emplea solución de strippin de una cierta concentración en (cido, por e*emplo8 152 pl  3#. #e contactan mezclas de or(nico caradoGacuoso en razones8 UP VP 3G1 y G1. #e da un tiempo de aitación $W12 min&, se de*an separar las fases y el acuoso se analiza por cobre. > MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


CAR.A @A Z C u

+ 2

( * $ l ) E N L A 9 A S E A C U O S A

CAR.A @>

ZCu+2 (*$l) EN LA 9ASE OR.ANICA

En la i*ura -e ob-era una i-otera de -tri$$in* en la cual -H *r6ica la- concentracione- de Cu+2 en la a-e or*6nica er-u- Cu+2 en la a-e acuo-a8 $ara una car*a A 3 >! El r(fico seHala el desplazamiento !ue se produce del 0u ?3 a la fase acuosa para una misma concentración en la fase or(nica.

.

Selectiidad, se usa una solución acuosa, de una determinada concentración en cobre, hierro y p. #e contacta una mezcla de or(nico frescoGacuoso en razón G) I 1G1 se aita durante $W12 min&, se de*a decantar y el acuoso se analiza por 0u ?3 y e?>.

A B Cu+2or*6nica 9e+4or*6nica > B Cu+2or*6nica 9e+4or*6nica



5.

CinHtica de etracci,n, se usa una solución acuosa de una determinada concentración en cobre y p. #e contacta or(nico frescoGacuoso en razón G) I 1G1. #e aita mec(nicamente a una cierta velocidad $WK22 rpm& y se toman muestras para tiempos distintos $1 y 5 minutos&, se de*an separar las fases y el acuoso se analiza por cobre.

Cu+2or*6nica (*$l)

Ti$o de Etractante

t B # inuto

t B 5 inuto

Etractante @A

a#

a2

Etractante @> V Etracci,n @A B a# a2

b#

b2

 #00

V Etracci,n @> B

 #00

b# b2



&elocidad de -e$araci,n de a-e-, se usa una solución acuosa de una determinada concentración en 0u ?3 y p. #e contactan iuales volFmenes de acuoso y or(nico. #e aita mec(nicamente a una cierta velocidad y durante un cierto tiempo MtN $W12 min&. #e mide el ascenso de la interfase acuoso7banda de dispersión.

CAR.A @A E E n , i r e i D e d a d n a > e d a r u t l A

CAR.A @>

CUR&A DE SEPARACION DE 9ASES

Tie$o (

B.

-e* )

Car*a 6ia. #e usa una solución acuosa de una determinada concentración en 0u ?3 y p. #e contacta un mismo volumen de or(nico y acuoso, y se aita durante un cierto tiempo. #e elimina el acuoso y se area un mismo volumen, y se aita durante el mismo tiempo anterior. Este procedimiento se puede repetir una cierta cantidad de veces $W5 veces&. El or(nico s MstripeaN y el acuoso !ue se obtiene es analizado en cobre.

A B a conc! Cu+2'ol! etract! (V etractante) > B b conc! Cu+2'ol! etract! (V etractante) El resultante de este test debe concordar con el obtenido en la isoterma de extracción. Aara el caso analizando,  debe tener menor capacidad de cara. En efecto, como la isoterma de extracción de  se estabiliza a ba*as concentraciones de 0u ?3 en la fase or(nica, el dato !ue en el test de cara m(xima se obtiene nos seHala !ue ello ocurre por!ue se alcanza la saturación del extractante, es decir, ste no est( en condiciones de aceptar o intercambiar m(s iones cFpricos.

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ESTUDIO DE APLICA>ILIDAD S% Las condiciones enerales de operación de una planta de #% dependen fundamentalmente del tipo de soluciones de lixiviación a ser tratadas, y de los resultados !ue se deseen obtener. 0omo ya se ha seHalado, el dimensionamiento de la Alanta depende de la capacidad de extracción de cobre proramada. Las condiciones de operación pueden variar sustancialmente de una Alanta a otra y muchos de los resultados no son extrapolables, siendo necesario efectuar pruebas a escala de laboratorio y Alanta Ailoto yGo experimental para definir la aplicabilidad del proceso #% y para definir los par(metros de diseHo.

ESTUDIO A ESCALA DE LA>ORATORIO El estudio de aplicabilidad del proceso #% comienza en el desarrollo de los test preliminares a escala de laboratorio. Estos consisten en contactos batch de uno o m(s tipos de extractantes con el acuoso !ue se desea tratar. El empleo de <%%C# es adecuado tambin a este nivel, como del )J+QE, de diseHo sueco, !ue consta de una c(mara de mezcla, con una aitación muy eficiente, seuida de un separador centr'fuo, de ran utilidad cuando se necesita la obtención de un ran nFmero de datos.

) este nivel se puede tener la información suficiente como para8

1. #eleccionar el o los extractantes m(s apropiados para el proceso, y tener una primera definición de la concentración recomendable del reactivo en la fase or(nica. 3. -efinir preliminarmente el nFmero de etapas de extracción y reextracción, y las razones G) overall. >. -eterminar las concentraciones posibles de 0u?3 !ue tendr(n las soluciones acuosas como la or(nica, a la entrada y salida de la Alanta, y entre las etapas $interetapas&.

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ESTUDIO DE LA>ORATORIO DEL PROCESO CONTINUO +na vez realizadas las pruebas batch y todav'a a esta escala, es conveniente simular el proceso en e!uipos de pe!ueHa capacidad y ba*o costo, incluso hasta la obtención de cobre catódico. En este nivel se pueden comprobar los resultados de pruebas batch y definir la confiabilidad de las suposiciones !ue deben hacerse en el inicio del estudio en base a la información proporcionada por los fabricantes del reactivo, como tambin, las eficiencias por etapas y el contenido de cobre en el or(nico carado y descarado.

ESTUDIO EN PLANTA PILOTO Aor este nivel se definen a plantas de pe!ueHa escala y de capacidad de tratamiento de 3 a K ltsGmin. #u diseHo debe permitir una amplia flexibilidad para operar con distintos reactivos y diferentes condiciones de operación. En esta etapa pueden definirse con bastante exactitud los siuientes par(metros8

#! NQero de eta$a- (etracci,n 3 -tri$$in*)! 2! Ti$o 3 concentraci,n de etractante-! 4! Tie$o de retenci,n! ! Raone- O'A oerall! 5! Te$eratura de o$eraci,n! 7! &elocidad de a*itaci,n! La temperatura recomendable de traba*o y la posibilidad de operar a temperatura ambiente durante todo el aHo debe definirse a este nivel. Es posible, adem(s, obtener una idea preliminar sobre el comportamiento de la separación de fases $alturas en bandas de dispersión y estimación de flu*os espec'ficos&, estimación de las contaminaciones y aspectos inherentes a la operación misma de la Alanta. Los datos de separación de fases y contaminaciones no son completamente extrapolables a una Alanta de mayor tamaHo, aFn m(s, las prdidas de reactivo son normalmente muy superiores a las !ue se obtienen en una planta industrial. En la siuiente tabla, se presenta las prdidas de or(nico $extractantes y diluyentes& considerados normales en una Alanta ndustrial8



PERDIDAS DE OR.ANICO LI% 7 ; N ( lt-' +4 )

0!04 ; 0!0

(lt-'TM Cu +2 )

5!40 ; /!00

TRIDECANO ( lt-' +4 )

0!01 ; 0!##

(lt-'TM Cu +2 ) LI% 7 ( * ' +4)

#!5 ; #/!0 0!0#

a $ B #!/ 0on los resultados obtenidos en este nivel, se define el corte de cobre !ue se lora con determinadas condiciones de operación, lo !ue permite pre7dimensionar la Alanta. )ctualmente es posible arrendar Alantas de #% modulares transportables a terreno, para efectuar las pruebas de Alanta Ailoto a pe!ueHa escala.

ESTUDIO EN PLANTA E%PERIMENTAL -efinindose ste nivel a la operación de plantas con capacidad de B2 a >22 ltsGmin, y con la flexibilidad suficiente para cambiar las condiciones de operación. Los datos obtenidos a esta escala deben permitir la definición completa de una Alanta ndustrial, estableciendo los par(metros ya definidos en planta piloto, y los siuientes factores8

#! 2! 4! ! 5! 7! /! 1!

Dien-ionaiento de -ettler-! E-tiaci,n de $Hrdida- en reactio (co-to de o$eraci,n)! Niele- de containaci,n de una a-e en otra! Niele- de oraci,n de crud (ta-a de crud)8 ateria de a-$ecto *elatino-o Fue -e ora en la intera-e de lo- -ettler-8 3 recu$eraci,n del or*6nico contenido en Hl! Deinici,n de la te$eratura 3 elocidad de a*itaci,n recoendable-8 $or -u eecto -obre la -e$araci,n de a-e- 3 -obre lo- arra-tre- (containacione-)! Co$ortaiento de deterinado- di-eXo- de eFui$o-! Eecto de condicione- abientale- 3 cli6tica-! Co$atibilidad de di-tinto- ti$o- de ateriale- con el $roce-o!

2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


Este Fltimo punto resulta de particular inters para el circuito del electrolito. -ebido a la alta acidez de las soluciones avance y spent, alunos recubrimientos asf(lticos tradicionalmente utilizados para proteer los estan!ues de almacenamiento son incompatibles con las caracter'sticas de dichas soluciones. -el mismo modo, los (nodos insolubles de Ab " #b, Ab " #b " ) y Ab " 0a son atacados debido a la alta acidez del electrolito, contaminando los c(todos con Ab. La realización o no de los niveles seHalados para un estudio de aplicabilidad del proceso #% y su duración, depender( fundamentalmente del volumen de inversiones !ue sinifi!ue la construcción de la planta industrial y de la confiabilidad !ue se debe obtener en los resultados. En la siuiente fiura se puede observar, las confiuraciones t'picas de mixer " settler a escala piloto, experimental e industrial.

E-cala 4!0  #!0

0!40 2!00 0!40

Mier

Settler 0!#1

0!40 0!55

E-cala #'  #!0 #2!20 4!00 2!00 4!00

Mier

Settler


4!00

!#0


MATERIALES DE CONSTRUCCION La eometr'a del mezclador puede ser cil'ndrica o rectanular, dependiendo del tipo de material para su construcción !ue se emplee. Aara eometr'a cil'ndrica se puede emplear el poliester reforzado con fibra de vidrio, acero " >16, AQ0 u otros. O para eometr'a rectanular, el hormión armado. Aor lo !ue respecta al decantador, los decantador m(s usuales tienen una altura total entre 1,2 a 1,5 metros, y pueden ser circulares o rectanulares. En este Fltimo caso, la relación laroGancho suele estar próxima a 3.5 metros. El material m(s usual para la construcción de los sedimentadores o decantadores es el poliester reforzado con fibra de vidrio y le siuen el acero inoxidable y el hormión armado con recubrimiento de protección !u'mica $-AE > a 5 mm&. El mezclador puede estar separado del decantador o estar incorporado a ste. La elección entre uno y otro tipo depende de las dimensiones de ambos. Aara e!uipos muy pe!ueHos suele construirse un Fnico cuerpo. La disposición de los mezcladores " decantadores en el con*unto de la bater'a de extracción y reextracción suele ser alterada, consiuindose as' un menor recorrido de tuber'as y menos prdida de cara. ambin se pueden disponer todos los mezcladores en una misma l'nea, al iual !ue los sedimentadores. La separación entre sedimentadores debe ser la suficiente para una buena ventilación y operación entre ellos, y adem(s, se debe proveer a cada sedimentador de un sistema eficaz de recoida de posibles vertidos y de detección de fuas. Aara tuber'as, el material m(s normal es el AQ0, y cuando se re!uiere mayor resistencia mec(nica y mayor temperatura yGo presión se puede usar la tuber'a de AQ0 recubierta de poliester CQ o la tuber'a de poliester CQ. Auede usarse tambin de acero inoxidable, pero es de mayor costo, limit(ndose su uso a tuber'as de tamaHo inferior a 1N puesto !ue para esos di(metros las tuber'as de AQ0 re!uieren un mayor costo en soportes e instalación. Aara v(lvulas y bombas existe una amplia ama de materiales emple(ndose b(sicamente los materiales pl(sticos $poliester&.



E%TRAPOLACION DE RESULTADOS CINETICOS La cintica del proceso #% determina el tiempo de retención en las etapas de extracción o de reextracción, y por lo tanto, predefine el tamaHo del e!uipo a utilizar en el caso de un proceso con aplicación industrial. El punto en discusión est( en la confiabilidad de los resultados !ue se obtenan desde pruebas batch de laboratorio en su proyección a una operación en continuo, !ue permita un dimensionamiento razonable de los e!uipos involucrados en el proceso. +na metolo'a de extrapolación de datos cinticos, desde pruebas discontinuas, se analiza a continuación. Aara ello se considera !ue la cintica, !ue depende de la naturaleza del extractante y del metal a extraer, es de primer orden con respecto a la concentración del elemento acuoso, y !ue el mezclador continuo, a diseHar, !ueda caracterizado por un modelo de mezcla perfecta. Aara tal efecto, puede demostrarse !ue para pruebas batch, el rendimiento o eficiencia de la extracción est( dada por la siuiente expresión8

Eb B #  e$ (;Yt)

Ec!N"4/

-onde8 E b t @

I 0orresponde a la eficiencia batch. I Es el tiempo de reacción. I Es la constante cintica de primer orden.

O !ue para un proceso continuo suponiendo mezcla perfecta, la eficiencia est( dada por8

EC B

Y  t" # ; Yt"

Ec!N"41

-onde. t;

I -efine un tiempo medio de residencia en el mezclador.

Lueo8

t" B

& :

Ec!N"4?

-onde8 Q R

I Qolumen del mixer. I lu*o total de alimentación al mezclador. > MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra -e esta forma, desde pruebas batch es posible obtener el valor de la constante cintica M@N, raficando ln $1 " E b & versus MtN, cuyo caso, la pendiente de las rectas determina el valor de M@N. 0onocido el valor de M@N, y para una eficiencia deseada por etapa, se calcula Mt;N, de la ecuación :;>K. #i se define el flu*o de alimentación a la planta $o la razón G)&, entonces el volumen del mixer !ueda determinado completamente la ecuación :;>9.

TIME (-e*) 0!0

#00

200

400

00

500

#0!0

#

; E

b

0!#

?00 r$ 00 r$

400 r$

#200 r$ #00 r$

0!0# En i*ura -e $uede ob-erar8 la deterinaci,n de la cinHtica de etracci,n en el $roce-o de etracci,n $or -olente-!

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PRO>LEMAS DE COALESCENCIA Aor coalescencia se entiende al fenómeno natural de separación de fases y tiene ran importancia en el diseHo de una planta #%, por cuanto determina el tamaHo de la unidad respectiva, y por tanto, la inversión re!uerida para la instalación de la Alanta. +no de los mayores problemas en #% est( asociado a problemas de separación de fases. Estos pueden estar dados por formación de emulsiones estables, separación de terceras fases o por arrastre de microotas en las soluciones de salida del circuito #%. odo lo anterior se traduce en una disminución de la capacidad de tratamiento de la planta, contaminación de circuitos, atrapamiento de extractante, aumento en las prdidas de soluciones por arrastre y disminución en el rado de extracción del elemento de inters. La formación de emulsiones estables se produce en los settlers a nivel de la interfase or(nica " acuosa y pueden ser emulsiones estabilizadas por componentes tenso activos del sistema o por hidrosoles coloidales, como en el caso de extracción de cobre con extractantes tipo oximas. La separación de terceras fases en el or(nico se produce por una ba*a solubilidad del comple*o met(lico en el diluyenteP pero no constituye un problema de coalescencia en plantas de #% de cobre con los extractantes industriales comunes. El arrastre de microotas, debido a la formación de dispersiones secundarias, constituye el principal factor de prdida del extractante or(nico y de contaminaciones de los circuitos adyacentes a #%. El orien de los problemas de coalescencia en plantas de #% para extracción del cobre con extractantes del tipo oximas se atribuyen8

#! A la $re-encia de e-tructura- $oco -oluble- en aba- a-e- lJFuida-8 $or EGe$lo etale- etraJdo- coo i$urea- o oraci,n de co$leGo- -ecundario- $oco -oluble-K a baGa -olubilidad de $roducto- de alteraci,n del etractante o del dilu3ente o a la $re-encia de -,lido- ino- o coloidale-8 $re-ente- en la- -olucione- de liiiaci,n (SiO 28 arcilla-8 -,lido- en -u-$enci,n8 $olo)! 2! A la $re-encia de e-tructura- ten-o actia-8 coo $or eGe$lo $roducto- de alteraci,n del etractante or*6nico o del dilu3ente cu3a e-tructura e- ten-o actia 3 $re-encia de -uractante- contenido- en la- -olucione- de liiiaci,n!


Sociedad Contractual Minera El Abra En las plantas de #% !ue operan con oximas, normalmente se observan 3 problemas de coalescencia8

#! 9oraci,n de CRUD! 2! Arra-tre J-ico de or*6nico en acuo-o! El CRUD e- una eul-i,n acuo-a continua e-tabiliada $or coloide- a la ora de arcillaina-8 aluinio  -ilicato- o -Jlice $roeniente de la eta$a de liiiaci,n . Aor el tamaHo de estos sólidos es muy dif'cil retenerlos por los mtodos tradicionales de separación #ólidoGL'!uido y en el circuito de #% se ubican a nivel de la interfase. Los niveles de formación del 0C+var'an considerablemente de una planta a otraP pero el rano eneral est( entre 12 " 65 ltsG1222 m> de solución tratada. Los arrastres de or(nico en acuoso tienen su orien en la formación de microotas, por una aitación muy alta en el mixer, y tambin durante coalescencia primaria. #u estabilidad no se debe a n'nun efecto espec'fico, sino m(s bien a una sedimentación deficiente por efecto de tamaHo. )mbos problemas son las principales causas de las prdidas del extractantes y de las prdidas económicas del proceso. En el caso del L% 6 " :, por cada 12 ppm de reactivo perdido, las prdidas anuales superan el millón de dólares para una planta !ue trate 12222 DA< de solución acuosa. La coalescencia puede verse afectada tambin por reacciones !u'micas de las oximas. La estructura b(sica de los extractantes ox'micos comerciales tiene la forma siuiente8

O O

N C

R2

LI% 7 N  R 2 B C75; SME ; 52?  R 2 B C4 ACOR.A P ; 5000  R 2 B  ;

R# El rupo C1 es una cadena alif(tica !ue tiene por ob*eto aumentar la solubilidad del extractante y del comple*o met(lico en la fase or(nica, y C3 tiene incidencia en la reactividad de la oxima. 6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra -esde el punto de vista de la reactividad de las oximas en la pr(ctica se han detectado > medios por los cuales se deteriora la separación de fases8 1. Aor transformación de las oximas en estructuras bensisoxazólicas poco solubles en la fase or(nica. 3. Aor formación de comple*os poco solubles en la fase or(nica, por e*emplo8 comple*os de oximas con . Aor prdida del rupo hidrofobizante C1, aFn cuando esta reacción es poco frecuente. 0omo se puede apreciar, los problemas de coalescencia oriinados por reacción !u'mica de las oxim(s derivan de una solubilidad deficiente de ciertos componentes en la fase or(nica.

B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


METODOS DE RECUPERACION DEL OR.ANICO DESDE EL CRUD  DESDE LOS ARRASTRES Aara recuperar el or(nico del 0C+-, se emplean los siuientes mtodos industriales8

#!

DECANTACION .RA&ITACIONAL, este mtodo es el m(s sencillo y consiste en de*ar en reposo el 0C+- en un estan!ue y al cabo de cierto tiempo, rebalsar el or(nico decantado. :o re!uiere de aditivos ni de ninFn tratamiento especial. En alunos casos se puede diluir el 0C+- con refino para favorecer la liberación del or(nico. La Fnica limitante de la decantación ravitacional es !ue si se trata de masas de 0C+- muy estables, las recuperaciones de or(nico son ba*as.

2!

CENTRI9U.ACION, el sistema de centrifuación es el m(s utilizado en plantas de #% para cobre. En eneral el mtodo consiste en acondicionar el 0C+- con aua o refino para ba*ar su viscosidad y lueo se env'a a centr'fuas continuas donde se separan las fases. Las recuperaciones son altas, cercanas al 924.

4!

9ILTRACION, se emplea desde varios aHos, consiste en diluir el 0C+- con aua y la ayuda de un filtro adecuado en un estan!ue de almacenamiento, lueo la mezcla se alimenta a un filtro prensa.

Aara recuperar el or(nico arrastrado por el acuoso se han empleado industrialmente los siuientes tres mtodos8 1.

9LOTACIN CON AIRE!

3.

ADSORCIN SO>RE CAR>ON ACTI&ADO  ELUCION CON &APOR CALIENTE

>.

E:UIPOS COALESCEDORES!

En el sistema de flotación con aire es fundamental el control del tamaHo de burbu*as para obtener una buena recuperación. :o es conveniente usar espumante o cual!uier otro aditivo por cuanto puede alterar las caracter'sticas de extracción de la resina y el comportamiento de separación de fases. El mtodo de adsorción con carbón activado ha demostrado ser un excelente sistema para captar los arrastres desde las soluciones acuosas, no as' la elución con vapor, el cual presenta el rieso de alterar la oxima por efecto de la temperatura. Los e!uipos coalescedores son eficientes cuando se tiene emulsiones inestables y sin sólidos coloidales. Estos e!uipos son cil'ndricos rellenos con fibras de un material hidrofóbico $por e*emplo8 el propileno& y un material hidrof'lico $por e*emplo8 acero inoxidable&, por el cual se hace pasar las soluciones de salida del circuito #%. Aor efecto de mo*abilidad se produce la coalescencia. En el caso de plantas de #% para cobre con oximas, estos e!uipos han obtenido ba*as recuperaciones.

K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


ES&EMA (ENERA' 'IX)SX)E

PLS

PILA DE LI%I&IACI N ( AREA DE LI%I&IACI N )

PL S

RE9INO

DIA(RAMA DE F'&4O

NA&E E<

R E9 IN E! SPENT

PLS

E! A&ANCE

S;#

E;2 E;#

S;2 OD

A+:# -E <+E#CE E: AL):).

ELECTROLIT AREA DE T OR.ANICO

OR.ANICO

DIA.RAMA DE 9LUO EN EL CUAL SE REPRESENTAN AL.UNOS PUNTOS DE MUESTREO PARA UN >ALANCE .LO>AL DE PLANTA S%!



OPERACIN  CONTROL DE PLANTAS S% El con*unto mezclador7decantador es un e!uipo estable y mientras se mantienen las condiciones de operación establecidas no se producen modificaciones sustanciales. )dem(s, el proceso lobal es de f(cil control autom(tico. Las variables !ue re!uieren un control fundamental en el mezclador son los caudales o flu*os de entrada a la unidad respectiva y la relación de fases G). El control de la fase al mezclador se puede hacer de forma manual con medidores de flu*os o autom(tica con elementos de medida primarios $sensor, comparador, activador& a travs de estrateias tipo feedbac@, manteniendo la relación G) eleido en función de un flu*o principal o de referencia. El control de la relación G) de la mezcla se puede hacer por una medida manual y periódica. Aara modificar esa relación, mantenida constante en la alimentación, se debe actuar sobre el flu*o de recirculación, el cual tambin se controla en la forma ya seHalada. La mayor'a de las operaciones traba*an con fase or(nica continua ya !ue produce menos prdidas de fase or(nica continua ya !ue produce menos prdidas de fase or(nica arrastradas por la solución acuosa. Aor tal razón, es importante en la operación controlar la continuidad de la fase en el mezclador8 or(nica continua o acuosa continua. +na inversión de fases indica instant(neamente una falla en aluna de las alimentaciones al mezclador. El e!uipo m(s usual empleado para su control son las sondas de conductividad. Estas se sumeren en el mezclador a una altura media entre la turbina de mezcla y el nivel superior.

Sociedad Contractual Minera El Abra En la siuiente tabla de resumen, se ad*unta un listado de pruebas y medidas de control para una correcta operación en una planta de extracción por solventes.

MEDIDAS DE CONTRO' EN &NA P'ANTA DE SX PR&E6A

O64ETIVO

METODO

!# 7e la solu8i9n,

Man:ene1 ni;el 7e e<:1a88i9n,

!# 0e:1o,

Ra =9n O> A e n a li 0e n:a 8i 9n ? @l u os,

M a?o 1 e @i 8i en8i a ! la n:a ? o B:e ne 1 u n

Me 7i 7o1 es 7e 8a u7a l o

a7e8ua7o Balan8e 0e:al1gi8o,

@lu90e:1o,

Con:1ol 7e 1e8i18ula8i9n,

De8an:a1 una 0ues:1a en una

Ra=9n O>A en la 0e=8la,

!1oBe:a, Cono8e 1 si el 0e =8l a7o1 o!e 1a 8on

Te s:e 1 !a 1a 0e 7i 1 8on7 u8:i ;i 7a 7

e 0ulsi9n o1g ni8a 8on:nua o a 8uosa

Son7a s 7e 8on7u8:i;i7a7,

8on:nua !a1a 7is0inui1 !17i7as 7e o1g,

A0!olle:a 8on ele8:1o7o $+ ? )%,

!# solu8i9n 7e 1e@ino,

Cuan:i@i8a 1 Balan8e 7e 8oB1e !o1 a u0en:o

!# 0e :1o o 0e 7i7as 7e a8i7e =

7e a8i7e= en el a8uoso,

liB1e !o1 nnlisis Gu0i8o,

Te0!e1a:u1a,

Ne8esi7a7 o no 7e !1e8alen:a0ien:o

Te1090e:1o,

Con7u8:i;i7a 7 7e la e0ulsi 9n,

!1e;io 7e solu8iones,

Al:u1a 7e @ases,

A11as:1e 7e o1gni8o en 1e@ino,

Cono8e1 las a:u1as 7e a8uoso ? o1gni8o

Manual* in:1o7u8in7o ;a1illas 7e

8la1as, Con:1ola1 la al:u1a 7e la Ban7a 7e

;i71io en los 7e8an:a7o1es, H 8on

7is!e1si9n 7e geles,

Son7as 7e 8on7u8:i;i7a7,

E; i:a 1 ! 17 i7 as 7 e a1 1a s:1e ? 0 e o1a 1

E< :1 a8 8i 9n 7e s7 e un a al i8 uo :a 8 on

8ali7a7 7el 1e@ino,

CCl  ? 8uan:i@i8a8i9n !o1 anlisis IR,

An li si s 7e M e n @a se o1g ni 8a

Con:1 ol a1 el 8a u7a l 7e @a se o1g ni 8a a

An li si s Gu 0 i8o 7i 1e 8:o ! o1 FRX o

8a1ga7a Gue sale 7el " e1 se7i0en:a7o1,

e<:1a88i9n,

anlisis Gu0i8o solu8i9n 1ee<:1a7a,

Co11egi1 las ali0en:a8iones 7e o1gni8o Anlisis 7e M en las in:e1e:a!as,

Anlisis Gu0i8o,

7es8a1ga7o ? 7e agen:e 7e 1ee<:1a88i9n !a1a 0an:ene1 Balan8e 0e:al1gi8o,



DETERMINACION DEL NUMERO DE ETAPAS ETAPA IDEAL +na etapa ideal o teórica es a!uella en la cual la mezcla de las 3 fases $or(nica y acuoso& ha sido suficiente como para !ue la concentración del metal en la fase or(nica y en la solución acuosa sean las del e!uilibrio. +na etapa de extracción se puede representar como8

A (acuo-o) % 

R (reino) %r ETAPA IDEAL

E (etracto) c

O (or*6nico) d

-onde8 % O )  %r Oc

I 0oncentración del metal en la fase acuosa. I 0oncentración del metal en la fase or(nica. I lu*o de solución acuosa. I lu*o de solución or(nica. I 0oncentración de e!uilibrio %. I 0oncentración de e!uilibrio O.

Deneralamente se desea calcular %r e Oc. Esto puede obtenerse de las dos ecuaciones siuientes8

DB

C %r

Ec!N"0

En !ue8 -

I 0oeficiente de distribución.

#' consideramos el siuiente balance de masa, obtenemos8

A% + Od B R%r + Ec 53 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra Lueo, como las dos fases son inmiscibles, se debe considerar lo siuiente8

ABR

3

EBO

Aor tanto8

A% + Od B R%r + Ec A% + Od B A%r + Oc A% ; A%r B Oc ; Od A (% ; %r ) B O ( c ; d ) ( % ; %r ) B O ( c ; d ) A

Ec!N"#

0onociendo los flu*os volumtricos de la fase or(nica $& y de la fase acuosa $)&P la concentración del metal en la fase or(nica $O d& y en la fase acuosa $% f &P y el coeficiente de distribución M-N es posible determinar %r e Oc resolviendo la ecuación :;1.

E%TRACCIN EN CONTRACORRIENTE 0omo ya se ha seHalado, la mayor'a de los procesos industriales de #% operan con un sistema de contracorriente de contacto multiple. El proceso puede ser representado r(ficamente en el llamado diarama de operación o de Mc Cabe Tiele, !ue permite realizar los c(lculos de diseHo en forma r(fica. En la siuiente fiura se muestra la representación es!uem(tica de la operación de una planta de #%, para lo cual se han supuesto dos etapas de extracción y dos de reextracción. Las interetapas se denominan con una sila en la !ue se indica, en primer luar, un nFmero !ue corresponde a la etapa de la cual sale la solución, seuida por una letra !ue corresponde al tipo de etapa $EI extracción&, $#I strippin&, y finalmente otra letra !ue indica si es or(nico $& u acuoso $)&. La razón G) experimental se obtiene del balance para cada etapa y del balance total.


Sociedad Contractual Minera El Abra SOLUCION ACUOSA8 PLS

O'A

LI%

OR.ANICO CAR.ADO

E;#

# EA

O'A

2 EO

E;2

RE9INO

OR.ANICO DESCAR.ADO

SPENT

OR.ANICO DESCAR.ADO

O'A

E<

S;2

2 SA

O'A

A&ANCE

# SO

S;# OR.ANICO CAR.ADO

LA 9I.URA REPRESENTA UN ES:UEMA DE LA OPERACIN EN UNA PLANTA DE E%TRACCION POR SOL&ENTES!

RAON O'A PARA LA #[ ETAPA DE E%TRACCION ( # E ) #ean ) y  los flu*os de acuoso y or(nico, en ltsGmin, respectivamente y las concentraciones de cobre, en pl. )plicando un balance de masa a esta etapa, se tiene8

A ( Cu+2 )ali! + O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! car*! O ( Cu+2 )2 EO ; O ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )# EA ; A ( Cu+2 )ali! O ( Cu+2 )2 EO ; ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )# EA ; ( Cu+2 )ali  O ' A B A ( Cu+2 )# EA ; ( Cu +2 )ali  ( Cu+2 )2 EO ; ( Cu+2 )or*! car*! 5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


RAON O'A PARA LA 2[ ETAPA DE E%TRACCION ( 2 E )

A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! de-c! B A ( Cu+2 )reino + O ( Cu+2 )2 EO O ( Cu+2 )or*! de-c! ; O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )reino ; A ( Cu+2 )# EA O ( Cu+2 )or*! de-c! ; ( Cu+2 )2 EO  B A ( Cu+2 )2 EO  ( Cu+2 )# EA  O ' A B ( Cu+2 )2 EO  ( Cu +2 )# EA  ( Cu+2 )or*! de-c! ; ( Cu+2 )2 EO  RAON O'A PARA LA 2[ ETAPA DE REE%TRACCION ( 2 S )

A ( Cu+2 )-$ent + O ( Cu+2 )# SO B A ( Cu+2 )2 SO + O ( Cu+2 )or*! de-c! O ( Cu+2 )# SO ; O ( Cu+2 )or*! de-c! B A ( Cu+2 )2 SO ; A ( Cu+2 )-$ent O ( Cu+2 )# SO ; ( Cu+2 )or*! de-c!  B A ( Cu+2 )2 SO ; ( Cu+2 )-$ent  O ' A B ( Cu+2 )2 SO ; ( Cu +2 )-$ent  ( Cu+2 )# SO ; ( Cu+2 )or*! de-c! 



RAON O'A PARA LA #[ ETAPA DE REE%TRACCION ( # S )

A ( Cu+2 )2 SO + O ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )aance + O ( Cu+2 )# SO O ( Cu+2 )or*! car*! ; O ( Cu+2 )# SO B A ( Cu+2 )aance ; A ( Cu+2 )2 SO O ( Cu+2 )or*! car*! ; ( Cu+2 )# SO  B A ( Cu+2 )aance ; ( Cu+2 )2 SO  O ' A B ( Cu+2 )aance ; ( Cu +2 )2 SO  ( Cu+2 )or*! car*! ; ( Cu+2 )# SO 

RAON O'A .LO>AL PARA ETAPA DE E%TRACCION Aara determinar la razón G) lobal para las etapas de extracción, se tiene8

A (Cu+2)alient! + O (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu+2)reino + O ( Cu+2 )or*! car*! O (Cu+2)or*! de-c! ; O ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu+2)reino ; A (Cu+2)alient! O (Cu+2)or*! de-c! ; ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu+2)reino ; (Cu+2)alient!

O ' A B (Cu +2)reino ; (Cu +2)alient! (Cu+2)or*! de-c! ; ( Cu+2 )or*! car*!



RAON O'A .LO>AL PARA ETAPA DE REE%TRACCION Aara determinar la razón G) lobal para las etapas de reextracción, se tiene8

A (Cu+2)-$ent + O ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu+2)aance + O (Cu+2)or*! de-c! O ( Cu+2 )or*! car*! ; O (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu+2)aance ; A (Cu+2)-$ent O ( Cu+2 )or*! car*! ; (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu+2)aance ; (Cu+2)-$ent O ' A B (Cu +2)aance ; (Cu +2)-$ent ( Cu+2 )or*! car*! ; (Cu+2)or*! de-c! La razón G) es un par(metro importante en la operación de una planta #%, por cuanto determina el funcionamiento de sta con relación a lo proramado. -ependiendo del valor asinado a la razón G) en extracción yGo en strippin se obtendr(n soluciones, adem(s de purificadas, concentración adecuada para la etapa de E/ $electroobtención&.



LINEA DE OPERACION #obre la base del es!uema de operación de #% planteado en la fiura anteriormente descrita, se puede construir la l'nea o recta de operación, estableciendo el balance m(sico para cada etapa y considerando !ue los flu*os de acuoso y or(nico permanecen constantes a lo laro del sistema. #i se desinan por %, las concentraciones de cobre en fase acuosa y por O, las concentraciones de cobre en la fase or(nica, entonces para la etapa 1 se ti ene8

A ( Cu+2 )ali! + O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! car*! A %0 + O 2 B A %# + O # Aara M n N etapas8

A %0 + O n + # B A %n + O # -e donde8

n+# B A ( %n ; %0 ) + # O

Ec!N"2

n+# y %0 son las composiciones de las fases respectivas !ue entran al sistema y los de # y %n las de las fases !ue lo abandonan. En la cual,

-e acuerdo a los trminos dados anteriormente, se tiene8

n+# I d

0oncentración de or(nico descarado.

%0

B %

0oncentración en solución de alimentación.

#

B c

0oncentración de or(nico carado.

%n

B %r

0oncentración en solución de refino.

5K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Sociedad Contractual Minera El Abra Aor tanto, la Ecuación :;3, !ueda definida por8

d B

A O

( %r ; % ) + c

Ec!N"4

Rue es la ecuación de una l'nea recta con pendiente )G, !ue pasa a travs de los puntos

8 c )

( %

(% 8 )

y r d y es conocida como l'nea de operación. Ella permite definir las concentraciones del metal en cada fase a medida !ue pase entre etapas.

ISOTERMA DE DISTRI>UCION La isoterma de distribución es un r(fico de la concentración de la especie extra'da en la fase or(nica versus la concentración de la misma en fase acuosa, en el e!uilibrio y a una temperatura dada. La isoterma de distribución puede ser preparada tanto para el proceso de extracción como de strippin, y se las denomina isoterma de extracción y de strippin, respectivamente. Existen dos maneras de obtener o construir las isotermas de extracción.

METODO N"# #e mezclan o contactan distintas relaciones volumtricas de acuoso y or(nico, y se analizan en condiciones de e!uilibrio. #ea %f la concentración inicial del metal en el acuosoP % r , O c las concentraciones de e!uilibrio. -e un balance de masa se tiene8

% ; %r B

O A

( c ; d )

Ec!N"4

#i el or(nico no contiene masa de metal en un comienzo, Od I 2, por tanto8

c %r ; %

B ;

A O


Ec!N"

Sociedad Contractual Minera El Abra Draficando los puntos, se tiene8

O8 3 (*$l)

ISOTERMA DE E%TRACCION

3# 32

Pend! B ; A'O

34

En el r(fico de la fiura se parte de una concentración determinada en el acuoso y se var'an los A8  (*$l) volFmenes del or(nico usado. Deneralmente se emplean las siuientes razones de or(nico G    4 2 #  acuoso8 U, V, 1G1, 3G1 y G1.

METODO N"2 #e contacta una al'cuota de acuoso consecutivamente con al'cuotas de or(nico fresco. #e parte con un volumen M ) N de acuoso de una concentración inicial % f y se coloca en e!uilibrio con un volumen M  N de or(nico. #e retira el or(nico para an(lisis e irlo renovando ponindolo en contacto con el acuoso de concentración M % N. El mtodo :;1 es el m(s utilizado para la determinación de isotermas de extracción. Aara la construcción de la isoterma de strippin basta con determinar dos puntos, ya !ue la alta acidez !ue se emplea en esta parte del circuito, la isoterma corresponde en forma aproximada a una l'nea recta. Estos puntos se pueden obtener con datos de an(lisis de interetapa de strippin.



O8 3 (*$l)


3# 32

Pend! B ; A'O B cte!

34

4 A8  (*$l)

2

#

A8  (*$l)



ISOTERMA DE STRIPPIN.

I N T E R ! # S O

A&ANCE

INTERETAPA 2 SA

O R . A N I C O C A R . A D O

LINEA DE OPERACION

SPENT

O8 3 (*$l) 61 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


DIA.RAMA DE OPERACIN (MC CA>E ; TIELE) La combinación de la isoterma de distribución y la l'nea de operación constituye el diarama de operación o diarama de Mc Cabe Tiele , el !ue es utilizado para estimar el nFmero teórico de etapas para obtener resultados espec'ficos en un sistema de #%. La l'nea de operación se basa en la este!uiometr'a $balances de masa&, ya !ue las concentraciones de soluto $metal& en el or(nico !ue entra y la del refino !ue sale, son coordenadas de un punto sobre la l'nea de operación. #imilarmente, la concentración del elemento met(lico en la fase acuosa y en la fase or(nica !ue sale de cual!uier etapa son coordenada de puntos sobre la l'nea de operación. )lternativamente, puede obtenerse sólo con un punto y con la razón G) !ue se alimenta al sistema, la cual determina la pendiente de la recta. +n diarama t'pico de operación se presenta en la fiura, el cual corresponde al caso hipottico cuando se tiene etapas ideales. :ormalmente el sistema no llea al e!uilibrio, obtenindose la curva de pseudo e!uilibrio dada por las eficiencias reales loradas en las diferentes etapas o pisos. Aara obtener un delta de cobre deseado, en el caso de la fiura, iual a % f " %> en el acuoso, son necesarias > etapas de extracción. 0omo punto de partida para esta serie de escalones se usa el punto sobre la l'nea de operación cuya abscisa corresponde a la concentración inicial de los iones met(licos en la solución acuosa $%f &, y la ordenada a la concentración final del metal en el or(nico $O c&. El punto de la l'nea de operación !ue da el nFmero total de escalones tiene como abscisa el contenido met(lico en el refino $% r & y como ordenada el contenido del metal !ue retorna de strippin en la fase or(nica $O, en este caso&. C O N C # B  C E N T R A C I 2 O N D E M E T A L E N E  4 ( N) L PISO 4 O R . A N I C O

DIA.RAMA DE M C CA>E TIELE SOLUCION DE ALIMENTACION8 PLS OR.ANICO CAR.ADO

PISO # ISOTERMA DE E%TRACCION

SALIDA DE OR.ANICO PISO 28  ENTRADA PISO #

PISO 2

SALIDA DE SOLUCION PISO #  ENT RADA PISO 2

RECTA DE OPERACIN8 PENDIENTE B ;A'O

ALIMENTACION DE DISOL&ENTE

RE9INADO

% 4 (% n) B % r

% 2 (% n;#)

%#

% 0 B %

CONCENTRACION DE METAL EN LA SOLUCION ACUOSA 63 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


CIRCUIT E%TRACTION ISOTERM OR.A NIC 7 ' V LI% 7N in Na$o le u /0>

#! 

A:UEOUS  C u +2 B #!0 *$l8 9e T O T A L B 4!7 *$l8 $ B 2!2

O R #! 2 . A N I 0! 1 C C u+ 2

( * $ l )

L!O!

0! 7 O'A B #

0! 

9EED

0! 2 S!O! 0 0!2

0!

0!7

0!1

#!0

A : U E O U S C u + 2 (*$l) En las fiuras anteriormente descritas se representan isotermas de extracción y strippin para L% 6:. La isoterma de extracción depende de las consideraciones !u'micas del sistema, y no se puede variarP pero s' la l'nea de operación, esta depende de8 1. La razón G). 3. La concentración de cobre en la solución acuosa alimentada $%f & y la concentración de cobre en el refino $%r &. >. La concentración de cobre $0u?3& en el or(nico carado y en el or(nico descarado. En la isoterma de extracción para dos razones G). :ótese la importancia de sta para lorar el corte deseado en cobre en las etapas de extracción. La variación de la pendiente de la l'nea de operación va a estar limitada por los siuientes 3 casos8

CASO N"# #i la pendiente aumenta, puede llear al punto en !ue la l'nea de operación to!ue la isoterma de extracción. En tal caso, se tendr'a un nFmero infinito de etapas, ya !ue el sistema estar'a en e!uilibrio.



E:UILI>RIUM STRIPPIN. ISOTERM 7 ' V LI% 7 N er-u- Noral TanYou-e Electro l3te

55 A : U E O 5 U S C u + 2

( * $ 45 l )

S!E!

25 0

S!O! 0!2 0! 0!7 0!1 #!0

#!2 L!O!

OR.ANIC Cu+2 (*$l)

6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


CASO N"2 #' la pendiente de la l'nea de operación es pe!ueHa, lo !ue sinifica la presencia de una ran cantidad de or(nico, el nFmero de etapas ser'a muy reducido, converiendo r(pidamente.

S o l u c i , n O r * 6 n i c a 8 C u


Ra,n O'A baGa

+ 2

( * $ l )

CASO N"# Liitaci,n en la ariaci,n de la ra,n O'A !

Soluci,n Ac uo-a8 Cu + 2 (*$l) Los cambios !u'micos !ue afectan a la isoterma de extracción del sistema son8 +na ba*a acidez en las soluciones de lixiviación !ue alimentan a #% produce una depresión de la isoterma !ue dificulta la extracción, siendo necesaria una mayor cantidad de etapas.



(Eecto alto $ o baGa acide) .

1.

IS O T E R M A D E E % T R A C C I O N S o l u c i , n

E #

O r * 6 n i c C a u 8 +

E 2

2

( * $ l )

E 4 E 

E 9 E C T O A L T O $  8 > A  A A C ID E 

% 

S o l u c i, n A c u o - a 8 C u + 2 ( * $ l )





3. +n aumento en la concentración de extractante tiene el efecto contrario, levantando la isoterma de extracción y, por tanto, disminuye el nFmero de etapas. S o l u c i , n O r * 6 n C i c u a + 8 2 ( * $ l )


Ra,n O'A alta

CAS O N"2 Liitac i,n en la ariaci,n de la ra,n O'A!

% 

Soluci,n Acuo-a8 Cu +2 (*$l) ISOTERMA DE E%TRACCION S o l u c i , n O

r * 6 C n u i + c 2 a ( 8 * $ l )

E#

6K E2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C! E9ECTO DE ALTA CONCENTRACION DE REACTI&O OR.ANICO

%

Soluci, n Acuo-a8 Cu+2 (*$l)


CUR&A DE E:UILI>RIO

DIA.RAMA DE E:UILI>RIO DE E%TRACCION



C u+

CUR&A DE PSEUDO E:UILI>RIO

E#

4

N B / V

2

( * $ l ) E N E L

O R . A N I C O

E2

2 N B 10 V E4 LINEA DE OPERACIN PENDIENTE O'A

N B /? V

# E

SISTEMA DE E:UILI>RIO EN REE%TRACCION N B /# V Cura de EFuilibrio Cura de P-eudo EFuilibrio

5

A C U OS O Cu

#0

LJnea de O$eraci,n #5

55

Cu+2 (*$l) EN EL ACUOSO

40

N B 1!/

+2

(*$ l)

25 R# 69 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

N B 1/!5

R2 20

#

2

4

OR.ANICO



C

5 +2

(*$l)

20


CALCULO DE RENDIMIENTO  E9ICIENCIAS POR ETAPAS +na vez representadas las isotermas de extracción y strippin, con los an(lisis de las soluciones de entrada, salida e interetapas, tanto acuosas como or(nicas, se pueden representar r(ficamente las distintas etapas reales como se aprecia en las siuientes fiuras8 O R . A N I C O 8  ( * $ l )

ETAPA DE E%TRACCION ISOTERMA

A

LINEA DE OPERACION

>

C

ACUOSO8 % (*$l)

B2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


ETAPA DE REE%TRACCION

A C U O S O 8  ( * $ l )

ISOTERMA

LINEA DE OPERACION

9 D

E

OR.ANICO8 % (*$l)

La l'nea de unión entre los vrtices de ambas etapas representan la l'nea de operación, con pendientes )G para extracción y G) para strippin. La razón de trazos >C'AC representa la eficiencia de la representa la eiciencia de la eta$a de -tri$$in*!

eta$a de etracci,n y la razón DE'9E

al c(lculo r(fico !ueda numricamente representado por la ecuación eneral siuiente, !ue determina la eficiencia por etapa $ E &8

E B n;# ; n n;# ;  n

Ec!N"5

La cual !ueda definida sólo por la concentración del elemento met(lico en la fase or(nica, para las etapas n71 y n, y el trrmino OXn se refiere al valor de e!uilibrio respectivo. Los rendimientos de la operación de extracción y reextracción se representan por las siuientes ecuaciones8

V E B % ; %r  #00 % B1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Ec!N"7


V E B c ; d  #00 c

Ec!N"/

#i %r e Od son los valores de e!uilibrio, las ecuaciones seHaladas representan los valores m(ximos de eficiencia para dichas etapas. -e este modo puede conocerse tambin la razón de aproximación al e!uilibrio o la eficiencia de extracción o reextracción total, en base a8

E B

Cu real  #00 Cu te,rico

Ec!N"1

LIMITACIONES DEL PROCESO S% COMO TECNICA DE CONCENTRACION #e ha seHalado !ue el proceso #% puede ser utilizado como tcnica de purificación y de concentración de una especie de inters desde soluciones de lixiviación. La bifuncionalidad del proceso va a depender de la razón de flu*os or(nicoGacuoso de operación el sistema. #i sta es tal !ue la razón es 181, el proceso de #% es fundamentalmente un proceso purificador, y el xito de tal ob*etivo va a !uedar condicionado a las propiedades selectivas del extractante para el elemento met(lico de inters con respecto a las impurezas contenidas en la solución. #i la razón or(nicoGacuoso es menor !ue la unidad, en extracción yGo mayor !ue la unidad en reextracción, el proceso, adem(s de purificar, servir( para concentrar al elemento acuoso M
 $- B  M    R o Qalor !ue est( comprometido por la define como8

Ec!N"? ca$acidad de car*a 6ia (C!C) del extractante, !ue se

C!C B  M  V etractante B3 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Ec!N"50


Es te tipo de limitaciones puede ocurrir cuando se emplean aminas terciarias, por e*emplo, para extraer selectivamente el molibdeno desde soluciones de sulfato de cobre, caso en el cual, el producto de solubilidad del comple*o molibdeno " amina presenta valores ba*os. -e esta manera, la concentración m(xima de molibdeno a lorar en la fase or(nica depender( de la concentración del extractante, la cual a su vez, !uedar( definida definida por el valor de la cara m(xima y del producto producto de la solubilidad del comple*o respectivo, y todo lo cual determinar( la adecuada razón G) a emplear en extracción. -esde otro punto de vista, al operar con valores por sobre la saturación del or(nico carado, suren suren proble problemas mas de coales coalescen cencia cia,, aparic aparición ión de tercer terceras as fases fases en el sedime sedimenta ntador dor,, natas natas insolubles, amorfas y de aspecto elatinoso, !ue contienen el excedente de <, lo cual se traduce en una disminución sinificativa de la eficiencia lobal del proceso #%.

En la siuiente fiura, se aprecia claramente este efecto, cuya interpretación se visualizar( a travs de un e*emplo.

#20 Liitaci,n -e*Qn  $- de co$ue-to aino ; Mo de etra cci,n

C #00 O N C ! M A % 10 I M A D E M 70 o ( * $ l )

Liitaci,n -e*Qn te-t de car*a 6ia del etracta nte

0

20

0 2



7 1 #0 V ALAMINE 447 EN OR.ANICO

B> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

#2

#


En la i*ura La- liitacione- de la concentraci,n de Mo en S%! Eecto de Ca$acidad Car*a M6ia 3  $-$- del co$ue co$ue-to -to aina aina  Molibd Molibdeno eno de Etrac Etracci, ci,n! n! Deinic Deinici,n i,n de la co$oco$o-ici ici,n ,n O$tia O$tia del Etractante! V alaine 447! 0onsidrese una solución de  pl pl. Aor tanto, dado !ue no es posible sobrepasar esta concentración, sólo se puede concentrar al molibdeno desde  a 3> pl, lo cual define una razón G) de extracción de aproximadamente aproximadamente 186.

)Fn cuando cuando este problema problema no se tiene normalment normalmentee con las oximas oximas en el caso del cobre, !ue presentan valores del J ps del compuesto órano " met(lico bastantes altos, su rol como factor limi limita tant ntee en un proc proces eso o lob lobal al de #%, #%, para para un elem elemen ento to ene enera rall < a extr extrae aerr, es de ran ran importancia. -ada la trascendencia de este comentario. tro factor limitante, y v(lido para la industria del cobre, cuando se emplea electroobtención como etapa final, se refiere a la razón G) a emplear en reextracción. 0omo se sabe, en esta parte del circui circuito to se emplea emplean n soluci solucione oness de alta alta acidez acidez,, necesa necesaria riass para para invert invertir ir la reacci reacción ón de intercambio ionico, reacción 1, reprotonando el or(nico !ue as' vuelve a extracción. -ebido a tan altos niveles de (cido, la razón G) va a !uedar limitada por la solubilidad del cobre en la solución avance, tal como se muestra en la fiura8 C u + 2

( * $ l )

?0

Cura de Solubilidad del Cobre 10

/0

50"

70

50

0" 0

40" 40

20" 20

#0" 0"

#0

0 0

B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C! #00 200 400 00 500 700

/00 2SO (*$l)


#e observa !ue a 152 pl  3# y a 12; 0, la m(xima concentración de cobre en solución es de >5 pl 0u ?3, aproximadamente, por tanto, la razón G) a emplear en reextracción debe debe ser tal, !ue en esas condiciones, sobrepase tal valor para evitar su precipitación como 0u# x 5 3. asado en este mismo es!uema opera el circuito #% " cristalización. al circuito es v(lido para pe!ueHos flu*os de alimentación, !ue hacen poco rentable el dimensionamiento de una planta de electroobtención, termin(ndose termin(ndose con una etapa de cristalización del cobre como sulfato sulfato de cobre pentahidratado. En este caso se persiue, *ustamente, alcanzar en reextracción niveles de satu satura raci ción ón tale taless !ue !ue prec precip ipite ite el cobr cobree como como sal sal en un sedi sedime ment ntad ador or adec adecua uado do para para tal tal circunstancia.

COLUMNA TIPO OLDSUE ; RUSTON (E%TRACCION POR SOL&ENTES) Y

CARACTERISTICA

Y

Ares Aresen enta ta baff baffle less vert vertic ical ales es..

Y

Arod Aroduc ucee se separa paraci ción ón de fase fasess.

-6#01 C1):E

#EA)C)061: -E 5)#E#

)55LE QEC60)L

6
B5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


COLUMNA A.ITADA CON RELLENO @SEI>EL (E%TRACCION POR SOL&ENTES)

CELLE:1

Y

CARACTERISTICA

Y

Aresenta aitación mec(nica.

Y

Aresenta impulsor .

Y

La zona de relleno, me*ora el contacto con las dos mezclas y de esta forma me*ora eficiencia del e!uipo.

6
B6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!


COLUMNA TIPO SPRA NO A.ITADA (E%TRACCION POR SOL&ENTES)

5)#E <)# -E:#) 5)#E L6Q6):) $#)LE&

5)#E L6Q6):)

Y

&ENTAAS

Y

0olumna simple.

Y

0olum na e conóm ica.

Y

: o re !u ie re ra n v olum en .

Y

DES&ENTAAS

Y

: o tien e ra n e fic ie nc ia .

Y

Y

#e produce un flu*o tuubulento, producindo flu'dos no laminares.

6:EC5)#E

5)#E -E:#) $#)L6-)&

BB MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!

Manual SX

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