DETERMINACIN DEL NMERO DE ETAPASUna etapa ideal es aquella en la cual la transferencia de masa de M en la fase respectiva ha sido suficiente como para que la concentracin del metal en el orgnico y en el acuoso sean las de equilibrioEtapa ideal

Flujos Paralelos: se utiliza cuando la cintica de transferencia es lenta.Flujos Cruzados: se utiliza cuando es pequea la carga del extractante y se cuenta con un gran inventario de orgnicoPLSRefinoODOCPLSRefinoOCODOCODOCODFlujos en contra corriente: es el ms utilizado industrialmente en hidrometalurgia ya que se aprovecha mejor la carga del extractante con un menor inventario de orgnico.PLSRefinoOCOD

Como se ha sealado, la mayora de los procesos industriales de SX operan con un sistema de contra-corriente de contacto mltiple. La figura siguiente representa esquemticamente la operacin de una planta de SXExtraccin en contra-corrienteEn sta, xF es la concentracin del metal en el PLS y xr es la concentracin del metal en el refino. Yd es la concentracin del metal en el orgnico descargado e YC es la concetracin en el orgnico cargado. x1, x2, xn-1, como y1, y2, yn corresponden a concentraciones en inter-etapas para las fases acuosas y orgnicas respectivasAAOOIIInX1X2Xn-1Xr=XnXFYC=Y1Y2Y3YnYd=Yn+1

De un balance global para extraccin es posible determinar la razn O/A del sistema, a partir de la expresin:La razn O/A es un parmetro importante en la operacin de una planta SX. La bifuncionalidad de este proceso, como tcnica de purificacin y de concentracin de una especie de inters desde soluciones de lixiviacin, va a depender de la razn de flujos orgnico/acuoso de operacin en el sistemaBalance:AinXF + OinY1+1 = AoutXn + OoutY1Los flujos de entrada son iguales a los flujos de salida la separacin de fases es perfecta, al igual que el mezclado, luego:La suma de los balances de cada etapa Esta ecuacin representa una recta en un grfico concentracin de metal en el orgnico versus concentracin del metal en el acuoso, cuya pendiente es la razn de fases orgnico/acuoso

Si la razn O/A es 1:1, el proceso SX es fundamentalmente un proceso purificador y el xito de tal objetivo va a quedar condicionado a las propiedades selectivas del extractante para el elemento metlico de inters con respecto a las impurezas contenidas en la solucinSi la razn O/A es 1 en reextraccin, el proceso, adems de purificar servir para concentrar el elemento acuoso M en la solucin, permitiendo as lograr la concentracin requerida para los procesos posteriores.

La isoterma de distribucin es un grfico de la concentracin de la especie extrada en la fase orgnica versus la concentracin de la misma en fase acuosa, en el equilibrio y a una temperatura dada, y puede ser preparada para extraccin como para extraccinIsoterma de distribucinNormalmente la forma ms utilizada para construir la isoterma de extraccin es contactar en diferentes proporciones el acuoso y el orgnico, y analizar por el elemento metlico una vez logrado el equilibrio. Tiempos usuales de contacto son de 10 min y generalmente razones O/A de 1/4, 1/2, 1/1, 2/1 y 4/1Para la construccin de la isoterma de reextraccin en sistemas que emplean oximas basta con determinar dos puntos, ya que por la alta acidez de las soluciones acuosas se emplean en esta parte del circuito, la isoterma corresponde en forma aproximada a una lnea recta

Extraccin en contra-corriente, es decir, una misma cantidad de acuoso con diferentes orgnicos frescos, en forma consecutiva.Contactos separados de la solucin acuosa de alimentacin con diferentes volmenes de fase orgnica.[M]O[M]AXFXAYAisotermaYBXBXCYC[M]O[M]AXFXAisotermaXBXCYAYBYC

La combinacin de la isoterma de distribucin y la lnea de operacin constituye el diagrama de operacin o diagrama de McCabe-Thiele, el que es utilizado para estimar el nmero terico de etapas o pisos en un sistema SX. La lnea de operacin se basa en el balance de masa, y tiene como coordenada los puntos (xf, yc) y (xr, yd). Alternativamente puede construirse con slo un punto de coordenadas dadas y con la razn O/A, la cual determina la pendiente de la recta.Diagrama de DistribucinUn diagrama tpico de operacin se presenta en la figura siguiente. Como punto de partida para esta serie de escalones se usa el punto sobre la lnea de operacin, cuya abscisa corresponde a la concentracin inicial de los iones metlicos e la solucin acuosa, xf, y la ordenada, a la concentracin final del metal en el orgnico, yc

El punto de la lnea de operacin que da el nmero total de etapas tiene como abscisa el contenido metlico en el refino, xr, y como ordenada, la concentracin del metal que vuelve de reextraccin en la fase orgnica u orgnica descargado, ydNtese que para obtener un DM deseado, en el caso que se analiza en la figura anterior igual a xf-x3 en el acuoso, son necesarias tres etapas tericas de extraccin. Dado que en condiciones industriales el sistema no llega al equilibrio, el diagrama de operacin determina la cantidad mnima de etapas para una operacin a mayor escala, en las condiciones ensayadas

La isoterma de extraccin depende de las consideraciones qumicas del sistema; concentracin de M en la fase acuosa que se alimenta a SX, concentracin del extractante en la fase orgnica, pH de las soluciones y temperatura y para un sistema de caractersticas dadas, no se puede variar. No as la lnea de operacin, la cual depende de la razn O/A, y del DM deseado en la fase acuosa y orgnica, para extraccin y reextraccin respectivamente

La variacin de la pendiente de la lnea de operacin va a estar limitada por los siguientes casos: Si la pendiente aumenta, es decir, si emplea una baja razn O/A, el sistema tendera a emplear un nmero ilimitado de etapas, ya que el sistema estara en equilibrio, confluyendo la lnea de operacin con la isoterma de extraccin. En el caso inverso, si la pendiente de la lnea de operacin es baja (una alta razn O/A), el nmero de etapas se reduce al mnimo, convergiendo el sistema rpidamente al valor DM de diseo.Algunos cambios qumicos afectan las isotermas de extraccin y reextraccin. Otras causales son una baja acidez de las soluciones de lixiviacin que se alimentan a SX que produce una depresin de la isoterma aumentando el nmero de etapas para una razn O/A determinada y el aumento en la concentracin del extractante en la fase orgnica, que tiene un efecto contrario al anterior, disminuyendo el nmero de etapas.

Grfico de Mc Cabe-Thiele

[Cu2+]PLS= 2 g/lEscaid 103/LIX 860pHinicial= 2.0T = 25 C[HR]inicial= 5% v/v[CuR2]inicial= 0Kextraccin= 104.5Isoterma de equiklibrio LIX 864

[Cu2+]PLS= 2 g/lEscaid 103/LIX 984pHinicial= 2.0T = 25 C[HR]inicial= 5% v/v[CuR2]inicial= 0Kextraccin= 12,32Isoterma de equiklibrio LIX 984

El clculo de eficiencias por etapas puede realizarse en forma grfica de los diagramas de operacin para extraccin y reextraccinClculo eficiencias de extraccin y reextraccin por etapas

2112121121)()()'()'(++-+--+-=nFnFYYXXYYXXEacbcE=Eficiencia de extraccin

OCODOD2222)()()'()'(PRDCPRDCEEOOEEOOE-+--+-=acbcE=Eficiencia de reextraccin

PROPIEDADES Y EVALUACIN EXTRACTANTESLas propiedades fsicas y qumicas ms deseables de los extractantes son las siguientes:1- Especificidad absoluta, es decir, un reactivo capaz de unirse a un metal solamente. Altamente selectivo frente a las impurezas contenidas en la solucin2- Estabilidad qumica, necesaria porque cualquier prdida por degradacin debe ser repuesta co el consiguiente costo de operacin, adems que los productos de degradacin pueden interferir en el proceso mismo de extraccin y coalescencia. El extractante debe ser igualmente estable bajo condiciones de stripping, que involucren un contacto con soluciones de muy diferente naturaleza a las de extraccin

3- Separacin de fases rpida. La velocidad de separacin de fases debe ser rpida con el objeto de que las dimensiones de los settlers sean las mnimas posibles. As se disminuyen los costos de inversin, inventario y evaporacin de la fase orgnica4- Baja solubilidad en la fase acuosa. Esto es de gran importancia, ya que como en SX la fase orgnica se recircula entre las etapas de extraccin y stripping, si el extractante tiene una solubilidad apreciable en la fase acuosa, y debido a los grandes volmenes de soluciones acuosas tratadas, las prdidas totales del reactivo en el refino y el electrolito pueden llegar a determinar que el proceso o sea econmico5- Alta solubilidad en el diluyente6- Alta capacidad de carga7- Alta solubilidad del reactivo y del complejo en la fase orgnica8- Baja viscosidad9- Poseer una apropiada diferencia de densidad con las soluciones acuosas

10- Estar disponible a precio razonable11- no txico12- Baja inflamabilidad, alto punto flash

EVALUACIN PRELIMINAR DE EXTRACTANTESLas caractersticas de los extractantes que deben ser evaluadas son:Capacidad de cargaExpresada generalmente como g/L N en la fase orgnica por unidad de volumen o de concentracin del extractante, en equilibrio con una fase acuosa de una determinada composicin. La capacidad de carga depende del pH y de la concentracin de M en la fase acuosa. Normalmente se efectan pruebas para determinar el efecto del pH en esta propiedad

SelectividadSe evala esta caracterstica para el ion M con respecto a las impurezas de la solucin. Una de las especies que deben ser evaluada es el ion frrico. En el caso de oximas, su co-extraccin conlleva a un paulatino aumento en el circuito del electrolito, afectando la eficiancia de corriente en electroobtencin. En el caso de aminas, y por realizarse la co-extraccin en medio neutro o alcalino, el arrastre de Fe(III) puede implicar su precipitacin posterior como producto de hidrlisis afectando la coalescencia del sistema

Cintica de extraccin y reextraccinExpresa la transferencia de masa lograda en el sistema en funcin del tiempo. Regularmente se expresa como una relacin del orgnico en contacto con una solucin acuosa al cabo de un tiempo t de reaccin, a carguo del orgnico con la misma solucin para un tiempo t, en ambos casos, en condiciones de equilibrioCaractersticas de strippingEn este punto se trata de evaluar la cantidad de cobre que es posible reextraer de un orgnico cargado al contactarlo con una solucin de una determinada composicinSeparacin de fasesSe mide el tiempo para el cual la emulsin alcanza su estado normal de 2 fases perfectamente separadas

IsotermasLas caractersticas de las isotermas deben ser evaluadas para extraccin y reextraccin. An cuando los fabricantes poseen catlogos con bastante informacin de los reactivos, deben ser evaluadas las isotermas para las caractersticas fsico-qumicas propias de la solucin a tratarTest de estabilidadEn particular para las oximas y debido a la alta acidez del circuito de reextraccin, stas sufren un lento proceso de descomposicin por hidrolizacin a cetonas. Tal transformacin no tiene importancia en una operacin normal debido a que las temperaturas de trabajo en SX (T