CORPORACION NACIONAL DEL COBRE CODELCO CHILE - DIV. CODELCO NORTE

CLAUDIA CABRERA CORREA DICIEMBRE 2004

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO La extraccin por solventes consiste en poner en ntimo contacto una fase acuosa portadora del elemento metlico y una fase orgnica capaz de extraerla selectivamente y transportarla a otra fase acuosa donde se reextrae. De esta manera se purifica y concentra en la nueva fase acuosa denominada electrolito. El proceso de SX se basa en la reaccin reversible de intercambio inico entre las dos fases inmiscibles, controlado qumicamente por la acidez o el pH de la fase acuosa. De esta manera se produce un intercambio inico que mantiene en equilibrio el sistema liberando cido de acuerdo a la estequiometra del sistema.

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO Para el caso del cobre, el ion cprico que forma parte del sulfato de cobre de la fase acuosa acidulada, reacciona con el extractante formando un nuevo compuesto organometlico insoluble en la fase acuosa y totalmente soluble en la fase orgnica(Cu++- SO4-2)AC + 2 (R-H)ORG (R2 - Cu)ORG + (2H+ - SO4-2)AC

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESOEn el proceso global de extraccin por solventes intervienen dos etapas: Extraccin : la solucin PLS, baja acidez, es contactada en mezcladores con la fase orgnica descargada. Como consecuencia la reaccin se desplaza hacia la derecha generando dos nuevos productos: 1.- Orgnico Cargado: fase orgnica que contiene el elemento metlico. 2.- Refino: Fase acuosa que ha entregado gran parte de su contenido de cobre, incrementndose en cido libre, manteniendo el nivel de impurezas, Fe, Al, Mn, Cl, NO3,Mo, Co, etc. De acuerdo a la estequiometra de la reaccin: 1 gpl Cu que se transfiere al orgnico, se genera 1.54 gpl de cido en la F.A

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO Reextraccin : El orgnico cargado, se contacta con electrolito que retorna de la EW a SX, por la alta acidez se descarga el orgnico. Como consecuencia la reaccin se desplaza hacia la izquierda generando dos nuevos productos: 1.- Orgnico Descargado: fase orgnica que contiene un remanente de cobre. 2.- Electrolito Rico, Avance: Fase acuosa de alto contenido de cobre que es enviada a EW.

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESOParmetros del Proceso Razn O/A Global :Es la razn entre el flujo de orgnico y el flujo de acuoso que se alimenta a los mezcladores de cada etapa. RO/A= F.O/F.A. Razn O/A Operacional : Es la razn entre el flujo de orgnico y el flujo de acuoso, pero considerando recirculacin de uno de los dos flujos. Considerando Recirculacin Acuosa RO/A= F.O/(F.A+R)

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO Velocidad de Agitacin :El mecanismo de agitacin cumple dos funciones: 1.- Producir una dispersin apropiada de las dos fases para que ocurra la reaccin de intercambio. 2.- Succionar las fases orgnica y acuosa de las etapas adyacentes, con el fin de evitar la instalacin de bombas de transferencia interetapas. Relacin de Bellingham N3D2< 20 N: velocidad rotacional y D:dimetro del agitador Si: a) Mayor que 50, gotas finas b) Menor o Igual a 20, gotas grandes

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO Flujo Especfico : Es el flujo total de solucin por unidad de rea transversal del decantador. Fe=FT/AT Rango normal 2.6 a 4.8 m3/m2 h a) Planta SX-Oxidos : 3.42 m3/m2 h b) Planta Mini : 1.23 m3/m2 h Banda de Dispersin: Emulsin de ambas fases Acuoso y Orgnico. Temperatura :Efecto significativo en las caractersticas de separacin de fases en el circuito.

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO Continuidad de Fases :Es la dispersin de una fase en la otra mediante agitacin. a) Continuidad Acuosa, La fase orgnica se encuentra dispersa en la fase acuosa. b) Continuidad Orgnica, La fase Acuosa se encuentra dispersa en la fase orgnica.

Continuidad Acuosa

Continuidad Orgnica

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESOAGITADOR BOMBA PICKET FENCES VERTEDERO ORGANICO FASE ORGANICA VERTEDERO ACUOSO

CAJA MEZCLADORA

FASE ACUOSA

BANDA DISPERSION

ACUOSO

ORGANICO

Picket Fence

VISCOSIDAD DE FASES EN SX

14 12 10 cP 8 6 4 2 0 0 5 10 15 20 25

Orgnico PLS

30

35

Tem peratura, C

PROCESO DE EXTRACCIN DE COBRELixiviacin Refino Extraccin Por Solvente Orgnico Descargado Electrodepositacin Spent

H2SO4 CuSO4 + 2RH CuR2 + H2SO4

2RH

H2SO4 CuSO4 Cu + H2SO4

CuO CuO + H2SO4CuSO4 + H2O

CuR2 + H2SO4 2RH + CuSO4

Cu

CuSO4Alimentacin

CuR2Orgnico Cargado

CuSO4Avance

ESQUEMA DEL PROCESO EXTRACCIN POR SOLVENTESAlimentacin LIX Spent Refino EO Avance

E-1

E-2

S-2

S-1

Org. CargadoTK Orgnic o Cargado

Org. Descargado

Org. Cargado

ESQUEMA DEL PROCESO EXTRACCIN POR SOLVENTESLIX

TK Orgnic o Cargado

ESQUEMA DEL PROCESO SXE -1 E -2R E F IN O

1

E1B

S -2SPEN T

1

E2B

SPEN T

S1BR E F IN O

1

S -15 4 1TK 5 TK O R G A N IC O TK 4

FLTRO DEGREM ONT

1

2

2ETC TK

E -1

2FLTRO

3

3

ELECT.

SPA K LER

BW

1 : CRUD 2 : ORG. RECUPERADO 3 : C R U D S E C U N D A R IO

AVANCE F IL T R A D O

4

4 : S O L ID O S

CARACTERISTICAS RELEVANTES DEL PROCESO SX Permite el tratamiento concentraciones de cobre. de soluciones con bajas

Permite la purificacin y concentracin del cobre. independiente del contenido de impurezas y su concentracin. Permite obtener productos de muy alta pureza qumica y fsica, como son los ctodos EW. Tiene costos de produccin atractivamente bajos. Es una tecnologa limpia que cumple con todas las regulaciones ambientales que son exigidas en la actualidad.

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROCESO

MEZCLADORES CON AGITADORES DECANTADORES VERTEDEROS PICKET FENCE COALESCEDORES

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROCESO MEZCLADORES CON AGITADORES: equipos o reactores utilizados en el proceso para generar la emulsin y producir la reaccin qumica de intercambio. DECANTADORES: es una piscina con diseo adecuado para facilitar la coalescencia y separacin de fases. VERTEDERO: Se encuentran ubicados al final de cada etapa, permitiendo el rebalse por conductos diferentes del orgnico (superior) y el acuoso(inferior). PICKET FENCE: Baffle doble con perforaciones desfasadas entre ellas, usado para disminuir la velocidad del flujo en el decantador. COALESCEDORES: Es un estanque cilndrico de acero, relleno con virutas. El orgnico contaminado (arrastres de acuoso) al entrar en contacto con las virutas se produce la coalescencia, separando ambas fases.

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROCESOPlanta Extraccin por Solventes Equipo Mezcladores Decantadores (tren A) Mezcladores Decantadores (tren B) Coalescedores Filtros de Electrolito Chuqui Degremont Estanques Orgnico Electrolito Solvente Sumidero Back wash Piscina PLS Unidades 4 3 5 6 6 1 1 1 1 2 Volumen, m3 39.3 863.5 39.3 863.5 153 (3 unid.) 75 (2 unid.) 45 12 421 421 330 552 90 14000 (c/una) 120 90 Capacidad, m3/h

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROCESOFILTRO DE ELECTROLITO - CHUQUICAMATAENTRADA ELECTROLITO

LECHO FILTRANTE DESCARGA DE RETROLAVADO

ENTRADA DE RETROLAVADO INYECCION DE AIRE

SALIDA ELECTROLITO

EQUIPOS UTILIZADOS EN EL PROCESOCoalescedorAgua Sistema de Retrolavado

Salida de Acuoso con Vlvula accionada por Sensor de Conductividad

Entrada de Orgnico Contaminado

Salida de Orgnico

Salida de Acuoso

FASE ORGNICA

EXTRACTANTE SOLVENTE MODIFICADOR DE FASES

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS EXTRACTANTES: Extraen y reextraen cobre en condiciones que sean compatibles con el proceso anterior y posterior a SX. Extraen cobre en forma selectiva desde soluciones acuosas que adicionalmente contienen otros elementos contaminantes. Debe tener una alta cintica de extraccin y reextraccin. Debe ser qumicamente estable bajo las condiciones en que opera el circuito de SX. Ser altamente soluble en solventes parafinicos. No debe promover emulsiones estables. Debe ser insoluble en la fase acuosa de extraccin y de reextraccin. Debe tener buenas propiedades fsicas de separacin de fases Debe ser de costo aceptable.

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS SOLVENTES: Los extractantes por su alta viscosidad y para darle las caractersticas adecuadas en la transferencia qumica, requiere un solvente para llevarlo a concentracin deseada. Debe ser qumicamente estable bajo las condiciones en que opera el circuito de SX. Tener baja viscosidad y densidad. Debe ser insoluble en la fase acuosa de extraccin y de reextraccin. Solubilizar totalmente al extractante y al complejo organometlico Tener baja tasa de evaporacin en el medio en que opera. No Promover emulsiones estables. Debe tener buenas propiedades fsicas de separacin de fases Debe ser de costo aceptable.

PROPIEDADES Y CARACTERSTICAS DE LOS MODIFICADORES: Los Modificadores de equilibrio son compuestos orgnicos polares normalmente alcoholes cclicos o de cadena larga, y/o steres; Se utiliza una cierta cantidad de modificador para mejorar la reextraccin del complejo cprico sin alterar la fuerza extractiva.

COSTOS DE LOS COMPONENTES DE LA FASE ORGNICA:

Componente Extractante Modificador Solvente Fase Extractante Oxidos Fase Orgnica Oxidos

US$/Kg 11.65 3.09 0.717 9.5 3.33

US$/m3 10917 2615 581 8787 2796

DISPERSIONES ESTABLES DE SX CONTAMINACIN O/A: Es una fraccin de dispersin, que no se separa y que produce contaminacin del electrolito y de ctodos; tambin por arrastres va refino llega a lixiviacin. En ambos casos representa una prdida de extractante. CONTAMINACIN A/O: Es una fraccin de dispersin sin separar que transporta impurezas al electrolito desde las etapas de extraccin; tambin aumenta el cido y cobre en el refino afectando la eficiencia de extraccin.

FORMAS DE REMOVER LOS ATRAPAMIENTOS O/AEntre los mtodos de remocin de orgnico desde las soluciones acuosas, se tienen las siguientes alternativas: Post decantadores de refino y electrolito. Coleccin y retiro desde piscinas de refino. Columnas de flotacin. Celdas Scavenger en EW Filtros Chuqui-Demister. Estanque de Electrolito Rico.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES FILTROS CHUQUI- DEMISTER Menor costo de inversin. Menor costo de operacin. Bajo requerimiento de mantencin. Retrolavados menos frecuentes. Menores consumos de aire y agua. Alta eficiencia para un amplio rango de concentraciones de arrastres de orgnico. No se genera prdidas de electrolito Alimentacin gravitacional y directa desde reextraccin.

FORMAS DE REMOVER LOS ATRAPAMIENTOS A/OLos arrastres de acuoso en orgnico se pueden eliminar o reducir mediante las siguientes alternativas: Mallas empacadas con elementos coalescedores en los decantadores. Coalescedores tipo Chuqui Etapas de lavado en la configuracin de la planta. Lavado o lluvia de agua dentro del decantador.

CARACTERISTICAS PRINCIPALES COALESCEDOR CHUQUI Menor costo de inversin y costo de operacin. Usa agua industrial para el retrolavado. Instalacin simple y fcil operacin. Alta eficiencia de remocin de acuoso. El acuoso removido es retornado a la etapa de extraccin, sin prdidas adicionales de orgnico. El lecho empacado incide directamente en la eficiencia de remocin de acuoso. Requiere adecuado tiempo de residencia para la buena separacin.

DISPERSIONES ESTABLES DE SX FORMACIN DE BORRAS: Dispersin estable formada por las fases orgnica y acuosa estabilizada por slidos en suspensin o slidos coloidales.

LOS EFECTOS EN EL PROCESO Poderoso emulsificador. Produce viraje de la continuidad de fases.

TRATAMIENTO DE BORRAS Centrifugacin. Ruptura Mecnica. Filtracin.

FILOSOFA DEL CONTROL OPERACIONAL Los procesos de SX - EW no requieren excesiva instrumentacin, pero la tendencia moderna es mantener control automtico de la mayora de las variables. El control y registro de flujos, tiene la mayor relevancia pues todas las corrientes acuosas y orgnicas requieren la mayor estabilidad. Para evitar condiciones de desequilibrio, los estanques y vertederos cuentan con controladores de nivel, asociados a alarmas. Para prevenir los virajes de continuidad se cuenta con bulbos de Conductividad en los mezcladores. Para caso de fallas de equipos, se usa sistemas de enclavamientos, deteniendo el equipo y cerrando vlvulas.

FILOSOFA DEL CONTROL OPERACIONALCONTROL OBJETIVO FORMA O METODOPrevenir generacin de Turbidez y/o contenido de Turbmetro, determinacin Crud, viraje de continuidad, slidos en solucin PLS gravimtrica prdidas de orgnico Mantener niveles de pH de la solucin extraccin de acuerdo a pH Metro alimentacin diseo Realizar balances, prevenir Concentracin de cobre en que no hayan variaciones Absorcin atmica o alimentacin bruscas, determinar volumrica eficiencias del proceso Muestreo de dispersin y Contrastar los caudales decantacin de la Razn O/A manejados, mantener muestra en probeta, continuidad de fases medidores de caudal Caudal de Soluciones Conductividad de la emulsin o continuidad de fases Mantener operacin estable Conocer la continuidad de fases de la etapa o fase continua de la dispersin Medidores de caudal Tester de continuidad

FILOSOFA DEL CONTROL OPERACIONALCONTROLTemperatura de las soluciones

OBJETIVOConocer el efecto de la variable, prevenir prdidas de eficiencia, prevenir cristalizaciones prevenir exceso de prdidas por arrastres. Prevenir mermas de succin y/o eficiencia de extraccin Cuantificar balance de cobre

FORMA O METODOTermmetro

Velocidad de agitacin o mezclamiento

Tacmetro, instrumento el equipo Absorcin atmica o volumrica y determinacin potenciomtrica de acidez Bandmetros o sondas de conductividad

Concentracin de cobre y pH en la solucin refino

Conocer la altura de cada Altura de fases y de banda fase pura. Controlar banda de dispersin en el de dispersin para conocer decantador la separacin de fases en la etapa Conocer la cuanta del crud Altura de crud acumulado generado para definir en el ecantador necesidades de remocin Diagnosticar la forma en que se van a separar las Velocidad de sepracin de fases en el decantador, fases en el mezclador definir flujo especfico de decantacin ptimo

Bandmetros

Probetas y cronmetros

FILOSOFA DEL CONTROL OPERACIONALCONTROLArrastres de orgnico en el refino y Avance Anlisis de cobre, en interetapa y en orgnico cargado y descargado

OBJETIVOEvitar prdidas de orgnico y asegurar la calidad catdica Control de razones O/A y de caudales. Mantener balace msico y determinar eficiencias por etapas

FORMA O METODOHoriba

Anlisi qumico tradicional o por absorcin atmica.

Conocer las necesidades Determinar carga Mxima de ajuste de concentracin y clculo en base a la Concentracin de reactivo y/o volumen de inventario capacidad especfica de solucin orgnica Arrastres de acuoso en Evitar contaminaciones en Centrifugacin en tubos orgnico electrolito fuerte centrfugos con capilar Determinar Centrifugacin y filtracin Composicin del crud porcentualmente los 3 o decantacin componentes Concentracin de cobre y Anlisi qumico Balance metalrgico de la cido en electrolito fuerte y tradicional o por reextracin gastado absorcin atmica.

FIN