MIN260-EXTRACCION POR SOLVENTES.pdf

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EXTRACCIN POR

SOLVENTES

Diciembre 2015


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Historia de la SX

La extraccin por solvente de metalescomenz a operar por los aos 40 enla industria nuclear, especficamente

en la extraccin y refinacin deUranio.

La extraccin de Cobre, desde

soluciones cidas comenzo en 1969en las operaciones de RanchersBluebird, USA.

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Qu es la SX?

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Reactivoorgnico+ PLS

Emulsin Separacinde fases

Recuperacinde orgnico


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Caso: cmo se separa el yodo del yoduro

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Para la extraccin de yodo libre con kerosene, se tiene la siguiente

reaccin reversible:

(I2)A + (kerosene)o (I2)o + (refino)A

Se puede apreciar que la reaccin es muy sencilla para este

proceso, lo que facilita de igual forma la reextraccin para el yodo

con una solucin acuosa cargada en SO2. La reaccin de

reextraccin se expresa de la siguiente manera:

(I2)o + (I-)A+SO2 (I

-)A + (kerosene)o


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Caso: cmo se separa el yodo del yoduro

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En la ecuacin anterior, el yodo libre que se reextrae del orgnico,pasa directamente al acuoso como yoduro, esto se debe

nicamente a la reaccin de reduccin que se produce con el

reductor anhdrido sulfuroso, cuya reaccin se expresa por:

SO2 + I2 + 2 H2O 2 I- + SO4

2- + 4 H+

Esta ltima ecuacin expresa que por cada mol de yodo que se

reduce, se formar tambin un mol de cido sulfrico. Esto ayuda

a obtener el pH necesario para la reaccin de cortadura en laformacin de yodo libre.


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A continuacin se explica paso a paso como se separan yodo(I2) del

anin yoduro (I-) que estn formando una disolucin acuosa

(Erlenmeyer de la derecha coloreado), mediante la extraccin del

yodo(I2) hacia la fase orgnica de cloruro de metileno (Cl2CH2)

(Erlenmeyer de la izquierda transparente).

En primer lugar se vierte la disolucin I2/I- acuosa en el embudo de

decantacin (usamos un embudo para evitar salpicaduras).

A continuacin colocamos la fase orgnica donde pasar el I2 (el

yoduro al ser anin es soluble en agua).

Posteriormente agitamos bien, asegurndonos de que esta cerrado el

tapn y la llave del embudo de decantacin.

Es recomendable abrir de vez en cuando la vlvula del embudo de

manera que los gases que se puedan formar salgan.


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A continuacin dejamos decantar, siempre con el tapn quitado.

Se observan claramente dos capas con distintos colores. La fase orgnica,

abajo, previamente incolora (Cl2CH2) aparece ahora de color roja debido a

la presencia de I2.

Separamos las 2 fases abriendo la llave con cuidado y depositando la fase

orgnica en un Erlenmeyer.

Quedando en el embudo de decantacin la fase acuosa con el in yoduro.

Fase acuosa con yoduro

Fase orgnica con yodo


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SX

E SEWLX

Regin de baja acidez Regin de alta acidez

PLS

refino

Electrolito

avance

Electrolito

spent

pH: 1.7 - 2.0 170 -180 g/l H2SO4

Flujo de soluciones

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Interrelacin de Procesos


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La solucin de lixiviacin puede

tambin contener niveles altos de

cloruros y otras impurezas (manganeso,

hierro, aluminio, magnesio, sulfato,sodio, potasio y slidos en suspensin),

dependiendo del mineral tratado, de la

disponibilidad de agua y de la tasa de

evaporacin.

Caracterizacin qumica del PLS

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PLS0,5 - 15 g/l Cu2+

Electrolito Avance35-50 g/l

SX

TK

Orgnico

Modificador

10-25% 90-75%

Extractante Diluyente

La fase orgnica y acuosa

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Operan por un mecanismo de intercambio de cationes y adems

contienen grupos donantes de electrones capaces de formar iones

complejos.

Gran selectividad para extraer Cu2+

en presencia de otros iones metlicos,especialmente Fe3+

La alta selectividad se debe a la formacin de compuesto tipo quelato

entre el cobre y extractante (a travs de un par de electrones libres que

presenta el nitrgeno del grupo oxima).

Extractantes quelantes

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R

HO NOH

A

Estructura general de una oxima

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Complejo rgano-metlico

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Cognis (BASF) produce tres tipos de

molculas de extraccin:

5-nonilsalicilaldoxima

5-dodecilsalicilaldoxima

5-nonil-2-hidroxiacetofenona oxima.

Estas tres oximas constituyen la base para

un amplio rango de reactivos,

que se derivan por mezcla de oximas en

una variedad de formas, por ejemplo, con

diluyente, con otro reactivo o con un

modificador, para obtener los Reactivos

LIX de Extraccin por Solvente para cobre

con propiedades que mejor se adecue con

la particular solucin de lixiviacin y con

el diseo de planta considerado.

Complejo rgano-metlico

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Comparacin de reactivos

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Reactivo Producto comercial Extractante Modificador

P5100 Nonil Fenol

PT5050 TridecanolAcorga

M5640

Aldoxima

Ester

Lix84 Ketoxima No

984 Mezcla No

622 Aldoxima TridecanolLix

860 Aldoxima No

45 Ketoxima NoMoc 55 Aldoxima No


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Sinergismo de mezcla de reactivos

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Propiedad Cetoxima Aldoxima M ezcla

Fuerza extractiva Moderada Fuerte Mejorada

Reextraccin Muy buena Buena Mejorada

Selectividad Cu/Fe Excelente Excelente Excelente

Cintica para Cu Muy buena Muy mala Mala

Separacin de fases Deficiente Deficiente Mala

Estabilidad Muy buena Muy buena* Muy buena

Generacin de crud Baja Variable Baja


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Seleccin del diluyente

Ser mutuamente soluble con un extractante o modificador.

Baja gravedad especfica (cercana a 0.8) para facilitar la

separacin de fases.

Alta capacidad para disolver la especie metlica extrada

minimizando la formacin de tercera fase.

Baja solubilidad en la fase acuosa.

Baja volatilidad y alto punto de inflamacin.

Estabilidad qumica en un amplio margen de condiciones. No txico, barato y fcil de obtener.

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Solubilizar el extractante y al complejo organometlico.

Ser insoluble en la fase acuosa.

Tener baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer

la separacin de fases y reducir los arrastres de una fase a otra.

Ser qumicamente estable bajo las condiciones de operacin del

circuito.

Tener un alto punto de inflamacin.

Tener bajas perdidas por evaporacin.

Ser inerte a las reacciones quimicas de extraccin y reextraccin.

Estar disponible con facilidad, en grandes cantidades.

Tener bajo costo.

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F= [Aliftico]* [Aromtico]-1

F 1Al ta extractibi l idad

en sistemas catinicos

Alta extractabi l idad

en sistemas aninicos

No

Si


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Comparacin de reactivos

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Reactivo Producto comercial Extractante Modificador

P5100 Nonil Fenol

PT5050 TridecanolAcorga

M5640

Aldoxima

Ester

Lix84 Ketoxima No

984 Mezcla No

622 Aldoxima TridecanolLix

860 Aldoxima No

45 Ketoxima No

Moc 55 Aldoxima No


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Isoterma de pH

pHnormaldelPLS

Extraccin de metales

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Isotermas de Extraccin de Equilibrio oDiagramas de Mc Cabe-Thiele

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Las isotermas son nicas bajo las condiciones que se generan. Si alguno de los

parmetros se cambia, por ejemplo, la concentracin del reactivo, la concentracinde Cu de la fase acuosa, el pH del licor de lixiviacin, la concentracin de cido del

electrolito pobre, la temperatura, etc., entonces se generar una isoterma diferente.

En casos en que el cambio en uno

o dos parmetros sea muy

pequeo, puede no ser necesario

correr un a segunda isoterma.

Isotermas de reextraccin

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Carga Mxima:

1. Tomar una alcuota del reactivo extractante diluido y un

volumen igual de acuoso standard de extraccin y

contctelos vigorosamente por dos minutos en embudo

separador.

2. Deje separar las fases y descarte la fase acuosa. Agregue

acuoso standard fresco de extraccin y repita el contacto.

3. Contine igual hasta un total de 4 contactos y despus

4. del ltimo, filtre la muestra de orgnico a travs de papel

filtro Whatman 1PS o equivalente, rotule como muestra

de Carga Mxima y deje para anlisis.

5. Las muestras de orgnico E30, E60, E300, S30, S300 y Carga

Mxima se analizan por Espectrometra de AbsorcinAtmica.

Indicadores de SX

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ACUOSO

ORGANICO

Interfase pasiva de sedimentacin

Interfase activa de coalescencia

Vs

VcFrontera de movimiento

Sedimentacin tipo

flujo pistn

Resulta fundamental conocer la distribucin de tamaos de

gotas en la regin de fase dispersa.

Fenmeno Formacin Tercera Fase

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Mezclador-decantador

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Crud o borra

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Por qu diferentes circuito de SX?

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1

Minerales con escenarios de leyes deinferiores 0,6 % Cu.

2

Revaluar la prefactibilidad del diseo yconfiguraciones => Efectiva (proyectos nuevos yexpansiones)

Composicin , litologas gelogicas del yacimiento.

3 Configuraciones, tipo de reactivo, inventarios de

soluciones.


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Circuito de SX

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Ej l l t Mi S


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Ejemplo planta Minera SpenceDoble serie paralelo (2E+2Ep+1S+1L).

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Estadstica de configuraciones planta SX.

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Anlisis de Casos Industriales

Lomas Bayas

Zaldivar Michilla

Minera El Abra.

En los ltimos aos algunas plantas de SX han incorporado la configuracin de SXdenominado Serie Paralelo ptimo considerando los mismos parmetros de

operacin, las ventajas de esta configuracin son:

Permite una mejor recuperacin de la especie til, o bien, se logra la mismarecuperacin para una concentracin menor de extractante.

Menor costo de inversin asociado a los equipos principales, en virtud de lossiguientes atributos:

Incremento de produccin para procesar mayores flujos de PLS,

Mantener nivel de produccin pasando mayor cantidad de flujo debido a menores leyes delmineral (agotamiento del yacimiento)

Alimentar PLS de distinta procedencia, por ejemplo PLS de minerales oxidados alimentado enserie y PLS de minerales sulfurados alimentado al paralelo o ROM u /o ripios.

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C 1 L B


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Caso 1: Lomas Bayas(diagrama cambio de configuracin)

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1

1998: La Planta SX parti configuracin 2E+2S+1L.

Produccin 75 mil ton/ao.

2 2002: 1 S se transforma en E3 .Produccin de 90 mil ton/ao.

3

2006 : PLS ROM, + E4 y E5. Produccin

4

Septiembre 2008 :operaba con un circuito E1-E3//E5//E2-E4-S-W

(18 % v/v) para una transferencia de 180 ton/da.

5

Se increment un circuito 2 nuevas etapas de extraccin con PLSROM, quedando el circuito E1-E3//E7//E6//E5//E2-E4-S-W para unatransferencia de 210 ton/da.

C 2 Mi Z ldi


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Caso 2: Minera Zaldivar(diagrama cambio de configuracin).

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1

Planta SX parti configuracin 2E+1S+1L flujos1200 m3/h.

(5000 m3/h)

2

Planta SX = configuracin 2E+1S+1L flujos 1535m3/h.

(6140 m3/h)

3

Cambio configuracin E-1p+2Ep+1S+1L 2100 m3/h (8400 m3/h).

Caso 3: Minera Michilla


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Caso 3: Minera Michilla(diagrama cambio de configuracin).

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1

Configuracin 2E+2S+2L

xidos.

2

2E+1Ep+1S+2L

xidos/ripios ( 7 a 10 ktpa)

3 [Cu] PLS en ripios de 1,5 hasta 2,0 g/l.

Configuracin Serie Paralelo


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Configuracin Serie ParaleloPlanta SX-2 Michilla.

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Proceso de Lixiviacin Michilla

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Caso 4: Minera El Abra


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Caso 4: Minera El Abra.(diagrama cambio de configuracin)

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1 Conf: 2E+2S+1L

2 Serie paralelo Normal3 Serie paralelo ptimo

4 Triple paralelo


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Comparacin de configuracin SP y SPO El Abra

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Diagrama configuracin serie paralelo tradicional y


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Diagrama configuracin serie paralelo tradicional yptimo serie paralelo; cetoxima a pH= 1,2

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Serie paralelo tradicional,

Cu PLS= 3 gpl y pH = 1,2

Serie paralelo ptimo,

Cu PLS= 3 gpl y pH = 1,2


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Comparacin SPT con SPO

Datos de operacin de la planta de SX de cobre de Dos Amigos

EtapasPLS

(g/l Cu)

Refino (g/l Cu) Flujo de PLS (m3/h)

Recuperacin

total cobre (%)Serie Paralelo Serie Paralelo

SPT 3.90 0.39 0.27 150 180 91.7

SPO 3.80 0.11 0.27 180 150 95.2

SPT: serieparalelo tradicionalSPO: serieparalelo ptimo

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