extraccion por solventes

Pedro A. Orrego Alfaro Procesos Hidrometalúrgicos 1

Intercambio Iónico

Extracción por Solventes

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

Precipitación sin

ReducciónAl, Cu, Co, Mg, Be, Th, Li, Re, B, V, W, Mo

Precipitación por Reducción Química

Ni, Co, Cu

ElectrodepositaciónCu, Zn, Au, Cd, Ag,

Co, Ni, Mg

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Tratamiento de Soluciones

Soluciones Concentradas

Soluciones Diluidas

PLS




Extracción

Re - Extracción

Solución Rica

PLS

Refino

Electrolito Pobre

Spent

Electrolito Rico

Avance

Orgánico

Descargado

Orgánico

Cargado

Acondicionamiento

Lavado




Factor de Separación

B

A

M

M

D

DBA,

A

A

XY

acuosoMorgánico

MD Coeficiente de

Distribución

1. Concentrar

2. Purificar

3. Separar




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,

mejora la velocidad de separación de fases y la

extracción.




nHMRRHnMn

n

Agentes de extracción del tipo ácido; Quelantes.

2HCuRRH2Cu 22

2HCuRRH2Cu 22

2HCuRRH2Cu 22




Complejo formado entre

una oxima y el Cu2+.

Y = H

(saliciladoximas)

Y = CH3 (cetoximas)

R = C9H19




Agentes de extracción del tipo ácidos - Catiónicos nHMRRHnM

n

n

nHRH)(MR)RH(nM nn2n

H2RH)(CoR)RH(2Co 2222

Baja carga metálica

nHMRRHM nn

H2CoRRHCo 22

Alta carga metálica




Agentes de extracción tipo básicos - Aniónicos XMYNH

3RXNH

3RMY

XNH3

RHXN3

R

Agentes de extracción tipo neutros o por solvatación

OqHSMXsSO)q(HMX 2Sn2n




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

Con

cen

tració

n d

e s

olu

to

Interfase

Acuoso Orgánico

CE

CE i

CR

CR i

Estos gradientes de concentración representan la fuerza motriz de la transferencia de masa




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 o ausencia de sólidos




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.




CONTINUIDAD DE FASES

Dirección de las gotas

Continuidad Orgánica

Fase orgánica

Fase Acuosa

Gotas Acuosas

Dirección de las gotas

Continuidad Acuosa

Fase orgánica

Fase Acuosa

Gotas Orgánico




La separación de fases cronológicamente se divide en dos periodos

1 Ruptura Primaria

orgánico

acuoso

2 Ruptura Secundaria

orgánico

acuoso

orgánico

acuoso

Banda de Dispersión




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

OD

PLS REF

OC

b) Flujos Cruzados: cuando es pequeña la carga del extractante y se cuenta con un gran inventario de orgánico

OD OD OD

OC OC OC

PLS

REF




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

I II III

OC OD

PLS REF




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.

Contactos

separados de la

solución acuosa de

alimentación con

diferentes

volúmenes de fase

orgánica.

[M]o

[M]aXc

Yc

Xb

Yb

Xa

Ya

Xf




b) Extracción en contracorriente, es decir, una

misma cantidad de acuoso con diferentes orgánicos

frescos, en forma consecutiva.[M]o

[M]aXfXa

Ya

Xb

Yb

Xc

Yc




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




IIx2

Y3OY1

A xf

Ix1

Y2

nXn - 1 A xn

Yn O yn+ 1

1sns1nefe YOXAYOXA

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:




112f YOXAYOXA Etapa 1

2231 YOXAYOXA Etapa 2

nn1n1n YOXAYOXA Etapa n

1n1nf YOXAYOXA

nf

1n1

XX

YY

OA




1n1nf YYXXOA

11nnf YYXXOA

Esta ecuación representa una recta en un gráfico

concentración de metal en el orgánico versus

concentración del metal en el acuoso, cuya pendiente es

la razón de fases orgánico/acuoso




I

II

[M]o

[M]a

OA

Xf

Yn+1

X2 X1

Y1

Y2




O Y1

A xf

Extracción

A xn

O Yn+1

0100XVYV

Ext% 1fA

1O nYsisólosi

100

XVXXV

Ext%fA

nfA

100

XVYYV

Ext%fA

1n1O




OD

E EP

Re-Extracción

E ER

OC

100

OVEEV

ExtRe%CO

PRE

100

OV

OOVExtRe%

CO

DCO




OA

XfX1

Yn+1

Y1

[M]o

[M]aX’1

Y’1

a

b

c

Cálculo de eficiencia




100acbc

Eficiencia

100YYXX

YYXXEficiencia

21n1

21f

2

1n'1

2'1f




[M]E

[M]OY1

OCYn+1

OD

EP

EREOa

b

c

E’R

Y’n+1

OD’




100acbc

Eficiencia

100EEOO

EEOOEficiencia

2PR

2DC

2

P'R

2'DC

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