Extraccion Por Solventes 2c373v

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Tratamiento de Soluciones

PLS Ni, Co, Cu

Precipitación por Reducción Química Soluciones Diluidas

Soluciones Concentradas

Intercambio Iónico Extracción por Solventes

Precipitación sin Al,Reducción Cu, Co, Mg,

U, Ni, Co, Mo, Be, V, Mg, TR,Cu, Au,

Electrodepositaci Cu, Zn, ón Au, Cd, Ag,

Be, Th, Li, Re, B, V, W, Mo

Co, Ni, Mg

Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

1

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Solución Rica PLS

Refino

Extracción

Orgánico Descargad o Acondicionamien to

Orgánico Cargado Lavado

Re - Extracción Electrolito Rico Avance

Electrolito Pobre Spent Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

2

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Coeficiente Distribución

Factor Separación Pedro A. Orrego Alfaro

1.

Concentrar

2.

Purificar

3.

Separar

de

de

D =

[ M ] orgánico [ M ] acuoso

α A, B

Procesos Hidrometalúrgicos

=

=

YA XA

DM A DM B 3

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

 Extractante (reactivo): Compuesto que contiene grupo funcional

que

reacciona

químicamente

con

una

especie particular en la fase acuosa.  Diluyente (carrier): Material orgánico que se utiliza para diluir el extractante, este puede ser alifático o aromático.  Modificador: aumenta la solubilidad del extractante y del complejo metálico extraído en la fase orgánica, Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos 4 mejora la velocidad de separación de fases y la

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Agentes de extracción del tipo ácido; Quelantes.

M + n RH ⇔ MRn + nH n+

Cu

2+

Cu

2+

Cu

2+

+

+ 2 RH → CuR 2 + 2H

+

+ 2 RH ← CuR 2 + 2H

+

+ 2 RH

Pedro A. Orrego Alfaro

⇔ CuR 2 + 2H Procesos Hidrometalúrgicos

+ 5

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Complejo formado entre una oxima y el Cu2+.

Y

=

H

(saliciladoximas) Y = CH3 (cetoximas) R = C9H19 Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

6

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Agentes de extracción del tipo ácidos Catiónicos n+ +

M + n RH ⇔ MRn + nH

Baja carga metálica

M

n+

Co

+ n (RH ) 2

2+

⇔ MR n ⋅ (RH) n + nH

+ 2 (RH ) 2

Alta carga metálica

M

n+

Co

2+

+ RH + RH

Pedro A. Orrego Alfaro

+

⇔ CoR 2 ⋅ (RH) 2 + 2H

⇔ MR ⇔ CoR Procesos Hidrometalúrgicos

n

2

+ nH

+

+

+ 2H

+ 7

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Agentes de extracción tipo básicos Aniónicos

− + − + − − MY + R NH X ⇔ R NH MY + X 3 3

+ − R N + HX ⇔ R NH X 3 3 Agentes de extracción tipo neutros o por solvatación

MX n (H 2 O)q + sS ⇔ MX n SS + qH 2 O Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

8

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Concentració n de soluto

En el proceso de extracción por solventes, la transferencia de masa ocurre a través de la interfase o límite que separa ambos líquidos. Acuoso Orgánico CE i CE

CR

CR i Interfase

Estos gradientes de concentración representan la fuerza motriz de la transferencia de masa Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

9

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Cuando se mezclan mecánicamente las dos fases y se detiene la agitación, la separación de fases ocurre por coalescencia y sedimentación. Algunos factores que influyen en la separación de fases: • Tamaño de gotas de la dispersión • Diferencia de densidades entre las fases • Viscosidad • pH de la fase acuosa • Temperatura del sistema • Presencia Pedro A. Orrego Alfaro

o ausencia de sólidos Procesos Hidrometalúrgicos

10

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes Emulsión:

Mezcla estable de un líquido en otro líquido.

Dispersión: Mezcla instable o transitoria La mezcla de dos fases líquidas inmiscibles, en sistemas de extracción por solventes se considera una dispersión, la cual puede ser estabilizada por agentes externos. Las características de una dispersión, en un mezclador sedimentador, dependen de varios factores: • Forma, tamaño y ubicación del impeller • Tamaño y forma del compartimiento de mezclado • Naturaleza de los fluidos, particularmente características de la fase continua. Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

11

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

CONTINUIDAD DE FASES Continuidad Acuosa

Dirección de las gotas

Continuidad Orgánica

Gotas Acuosas Gotas Orgánico Fase Acuosa

Pedro A. Orrego Alfaro

Fase orgánica

Fase orgánica

Dirección de las gotas

Procesos Hidrometalúrgicos

Fase Acuosa

12

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

La separación de fases cronológicamente se divide en dos periodos orgánico

1

Ruptura Primaria

orgánico

acuoso

acuoso Banda de Dispersión

2

Ruptura Secundaria

orgánic o acuos o

Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

13

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

a) Flujos Paralelos: cuando la cinética de transferencia es lenta. REF PLS

OD b) Flujos

OC Cruzados: cuando es pequeña la carga del extractante y se cuenta con un gran inventario de orgánico OD OD OD

PLS REF OC Pedro A. Orrego Alfaro

OC Procesos Hidrometalúrgicos

OC 14

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

c) Flujos en Contra corriente: es el más utilizado industrialmente en hidrometalurgia ya que se aprovecha mejor la carga del extractante con un menor inventario de orgánico OC

OD I

II

PLS

Pedro A. Orrego Alfaro

III

REF

Procesos Hidrometalúrgicos

15

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Isoterma de distribución: es una representación gráfica de la concentración del metal en la fase orgánica versus su concentración en la fase acuosa a una temperatura dada. [M]o os separados

Ya

de

la

Yb

solución acuosa de alimentación

con

diferentes

Yc

volúmenes de fase orgánica.

Pedro A. Orrego Alfaro

Xc

Xb

Procesos Hidrometalúrgicos

Xa

Xf [M]a 16

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes b)

Extracción en contracorriente, es decir, una

misma cantidad de acuoso con diferentes orgánicos frescos, en forma consecutiva. [M]o Ya

Yb

Yc Xc Pedro A. Orrego Alfaro

Xb

Xa

Procesos Hidrometalúrgicos

Xf [M]a 17

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

La predicción del número teórico de etapas de un sistema en contracorriente de SX, puede ser realizada a través del uso del Diagrama de Mc Cabe Thiele.

Este

consta de una isoterma de distribución y una recta de operación,

la

recta

de

operación

representa

la

conservación de masa a través del sistema, y como tal, se obtiene de un balance de masas

Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

18

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

Y3

Y2

OY1

II

I A xf

x2

x1

Ae Xf

Yn

+ O e Yn +1

O yn+ 1

n Xn - 1

= As X n

A xn

+ O s Y1

Los flujos de entrada son iguales a los flujos de salida, es decir, la separación de fases es perfecta, al igual que el mezclado, luego: Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

19

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes Etapa 1 Etapa 2

Etapa n

Σ

A Xf A X1

+ O Y2 + O Y3

= A X1 + O Y1 = A X 2 + O Y2

A X n −1

+ O Yn +1

= A Xn

A Xf

+ O Yn +1

A = O Pedro A. Orrego Alfaro

= A Xn

(Y − Y ) 1

( Xf

+ O Yn + O Y1

n +1

− Xn )

Procesos Hidrometalúrgicos

20

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

A ( Xf − Xn ) O

=

(Y − Y )

A ( X f − X n ) + Yn +1 O Esta

ecuación

concentración

representa de

metal

una en

n +1

1

= Y1

recta el

en

un

gráfico

orgánico

versus

concentración del metal en el acuoso, cuya pendiente es la razón de fases orgánico/acuoso Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

21

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes [M]o

Y1 I A O

Y2 II Yn+1 X2 Pedro A. Orrego Alfaro

X1 Procesos Hidrometalúrgicos

X f

[M]a 22

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes O Y1

Extracción

O Yn+1

A xf

A xn

% Ext

% Ext

VO ⋅ Y1 = ⋅100 si sólo si Yn +1 = 0 VA ⋅ X f

% Ext Pedro A. Orrego Alfaro

VA ⋅ ( X f − X n ) = ⋅100 VA ⋅ X f

VO ⋅ ( Y1 − Yn +1 ) = ⋅100 VA ⋅ X f

Procesos Hidrometalúrgicos

23

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

OC

OD Re-Extracción E EP

E ER

% Re − Ext

VE ⋅ ( E R − E P ) = ⋅100 VO ⋅ O C

% Re − Ext

VO ⋅ ( O C − O D ) = ⋅100 VO ⋅ O C

Pedro A. Orrego Alfaro

Procesos Hidrometalúrgicos

24

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes Cálculo de eficiencia [M]o

Y1

A O

a b

Y’1

c

Yn+1 X1 X’1 Pedro A. Orrego Alfaro

Xf Procesos Hidrometalúrgicos

[M]a 25

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

bc Eficiencia = ⋅100 ac

Eficiencia =

Pedro A. Orrego Alfaro

(X

f

( Xf

−X

) + (Y

' 2 1

' 1

− Yn +1

)

− X1 ) + ( Y1 − Yn +1 ) 2

Procesos Hidrometalúrgicos

2 2

⋅100

26

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes [M]E ER E’R

a

O E

b

c

EP

Yn+1 Y’n+1 OD OD’ Pedro A. Orrego Alfaro

Y1 OC

[M]O

Procesos Hidrometalúrgicos

27

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Extracción por Solventes

bc Eficiencia = ⋅100 ac Eficiencia =

Pedro A. Orrego Alfaro

(O

C

−O

) + (E

' 2 D

( OC − OD )

2

' R

− EP )

+ ( ER − EP )

Procesos Hidrometalúrgicos

2 2

⋅100

28