Extracción por Solventes

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Departamento de Ingeniería Metalúrgicaapuntes de la clase de Hidrometalurgia

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Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos1 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Agentes de extraccin del tipo cidos - Catinicos Estosreactivosintercambianunprotnporelcatinmetlico,la ecuacin que ilustra la extraccin de un in metlico, Mn+, por un extractante RH, puede ser escrita como: + ++ + nH MR RH n MnnPedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos2 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Paraelcasodondeexistedimerizacinypolimerizacindel extractante, la ecuacin de equilibrio puede ser presentado por: Amenudolosextractantescatinicosformandimerosopolimeros (asociacindemolculas)enlafaseorgnica,comoresultadode enlaces de hidrgeno, lo que puede afectar considerablemente sus propiedades extractantes. Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos3 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes | |2 2 EH R log2mpH n K log D log + + =Estaecuacin,adems,indicaquelacantidaddeionhidrgeno generadoporlaextraccin,eslamismaquepodrasergenerado enunprocesosimilardeextraccinenlacualladimerizacinno ocurre.Procediendo del mismo modo anterior se tiene: ( )++ ++nH RH n m MR H R Mn 2 22mnPedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos4 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Diagrama de precipitaciones de los Hidrxidos Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos5 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Existe una gran variedad de cidos orgnicos que pertenecen a estaclase,queintercambianunionhidrgenoporunmetal, formando as una sal. Los extractantes cidos de uso comercial utilizados son: cidos Fosfricos cidos Fosfnicos cidos Fosfnicos cidos Carboxlicos cidos Sulfnicos cidos mono y ditiofosfnicos Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos6 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Dentrodelosagentesdeextraccinquenoformanquelatos, posiblementeelmsutilizadoyempleadoenlaextraccinde metalesesunderivadodelcidofosfricoconocidoconel nombredeDEHPAoD2EHPA,siglasquecorrespondenalcido di(2-etilhexil) fosfrico. ElextractantecidoD2EHPA,esutilizadoenlaextraccinde cobalto,dentrodesusmltiplesaplicaciones,presentndosedos situacionesextremas,dependiendodelaconcentracindelion metlico. Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos7 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes 1. Para baja carga metlica + ++ + nH RH) ( MR ) RH ( n Mn n 2n+ ++ + H 2 RH) ( CoR ) RH ( 2 Co2 2 222. Para alta carga metlica + ++ + nH MR RH Mnn+ ++ + H 2 CoR RH Co22Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos8 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Agente de extraccin TipooCo/Ni D2EHPAFosfrico14 PC 88AFosfnico280 CYANEX 272Fosfnico7000 FactoresdeseparacinCo/Nimediantediversosagentesde extraccin cidos. Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos9 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Extraccin de metales mediante D2EHPA Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos10 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes InfluenciadelpHenla extraccindeMo4+ mediante D2EHPA 28 325 222426 862424+++ + + +O MoO MoMoOO MoMoOMoOH H HPedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos11 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes ExtraccindeCinc medianteagentes organofosforados Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos12 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes TipoNombre DitiofosfnicoCYANEX 301 MonotiofosfnicoCYANEX 302 Estosagentesdeextraccinsedesarrollaronparaextraercinc desdesolucionescidassinqueexistieraunaco-extraccinde calcio (otro de los inconvenientes del D2EHPA). Agentes de extraccin alquiltiofosfnicos Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos13 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Agentes de extraccin tipo bsicos -Aninicos Aestegrupopertenecenaquellosreactivosqueposeenun aninmvilquepuedeserintercambiadoconlaespecie metlica apropiada de la fase acuosa. Dentrodeestegrupodereactivosseincluyenlasaminas (primarias,secundariasyterciarias),lassalesdeamonio cuarternarioyalgnotroreactivodiseadoespecialmente paralaextraccindemetalesquesecomportancomolo antes mencionado, entre estos se encuentran los derivados de la guanidinaPedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos14 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes + + ++X MY NH3R X NH3R MY Paraqueestareaccintengalugaresnecesarioquelaamina reaccioneantes con un cidopara formar la sal de amina. + + X NH3R HX N3REstosagentesextraenlosmetalespormediodeunareaccinde intercambioaninico,mediantelacual,elaninqueformalasal de la amina se intercambia con el complejo aninico que forma el metalenladisolucinacuosa,elmecanismogeneralsera entonces: Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos15 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Lassalesdeamoniocuaternariosepuedenutilizardirectamente, porloqueconestosreactivosnotienelugarlareaccinanterior.Porotroladolosderivadosdelaguanidinasoncapacesde protonarse,inclusoapHalcalinos,porloquepuedendarlugara reacciones de intercambio con aniones metlicos. ( ) ( )++ + +2 2CN Au RH CN Au H REn esta ecuacin R representa al derivado de la guanidina Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos16 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes ExtraccindeAu+ con aminas Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos17 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes | |+ +24 3 4 2 4 343 4 2 4 2 3) (SO ) (SO UO NH) (R) (SO UO SO NH) (R4 2 3 4 2 3) ( 2 SO NH R SO H N R +Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos18 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes 2.Pordesactivacindelaamina,llevndolaapHneutroo alcalino ++ + +24 343 2 3- 23 3 4 2 4 3) 3(SO 4HCO)] (CO [UO N R 4 5CO ) (SO UO NH) (RLa re-extraccin puede realizarse mediante mecanismos diferentes: 1. A travs de un ion afn + +43 4 23 3 4 2 4 3] ) (SO [UONH)Cl (R 4 4Cl ) (SO UO NH) (R3.Por ajuste de pH con NH3OH Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos19 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Aminas primarias RNH2 Aminas secundarias R2NH Aminas terciarias R3N Aminas cuaternarias R3NX Dentro de los agentes de extraccin aninicos estn: Caractersticas de las aminas:PM: 250 600 PM 250 son solubles parcialmente en agua PM 600 son insolubles en fase orgnica Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos20 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Extraccin de Co2+ mediante amina terciaria Hostarex A 327 Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos21 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Extraccin de metales mediante amina terciaria Alamine 336 Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos22 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Elmecanismodesolvatacininvolucralatransferenciade especiesmolecularesneutrasdesdelafaseacuosaalafase orgnica, en este caso, el grado de extraccin esta gobernado porsimplesconsideracionesdesolubilidad,esdecir, desplazamientodemolculasdeaguadecoordinacinpor molculas de solvente. Agentes de extraccin tipo neutros o por solvatacin O qH S MX sS O)q (H MX2 S n 2 n+ +Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos23 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Losagentesdeextraccinneutrosoporsolvatacin,basansu comportamientoenlaextraccindemolculasneutras,atravs de tomos de la molcula orgnica, capaces de donar electrones.Pormediodeestasolvatacinseaumentalasolubilidaddelas especies inorgnicas en las correspondientes fases orgnicas. Estosagentesdeextraccinsesuelendividirenvariosgruposde acuerdoconeltipodegrupofuncionalresponsabledela extraccin del metal.Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos24 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Grupo funcionalAgente de extraccin P = O : Esteres Fosfricos Esteres Fofnicos Esteres Fosfnicos xidos de fosfina C = O : Eteres Esteres Cetonas Alcoholes P = S : Sulfuro de fosfina Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos25 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Todosestosagentesdeextraccinpuedenextraertantoalos metalescomoaloscidosmineralesdelasdisoluciones acuosas,ymientrasquelosreactivosconenlacescarbono-oxigeno extraen a los haluros metlicos, la extraccin en medio sulfato no est tan favorecida. Comoideageneralsepuededecirqueconestosreactivos solvatantesesmuydifcildarunmecanismogeneralparala extraccin de los metales. Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos26 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes Extraccin de Zn2+ y Cd2+ mediante TBPyTOPO Pedro A. Orrego AlfaroProcesos Hidrometalrgicos27 Departamento de Ingeniera Metalrgica Extraccin por Solventes ( ) ( ) O H NO NH NO UO HNO NH2 3 423 2 3 7 2243 2 2 6 O U + + +( ) ( ) TBP NO UO TBP NO UO23 223 2 +Purificacin de concentrados comerciales de uranio ( ) ( ) TBP NO UO O H TBP NO UO + +23 2 223 2