Presentación SX

CORPORACION NACIONAL DEL COBRECODELCO CHILE - DIV. CHUQUICAMATA

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO • La extracción por solventes consiste en poner en íntimo contacto una fase acuosa portadora del elemento metálico y una fase orgánica 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 reacción reversible de intercambio iónico entre las dos fases inmiscibles, controlado químicamente por la acidez o el pH de la fase acuosa. De esta manera se produce un intercambio iónico que mantiene en equilibrio el sistema liberando ácido de acuerdo a la estequiometría del sistema.

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO • Para el caso del cobre, el ion cúprico que forma parte del sulfato de cobre de la fase acuosa acidulada, reacciona con el extractante formando un nuevo compuesto organometálico insoluble en la fase acuosa y totalmente soluble en la fase orgánica

(Cu++- SO4-2)AC + 2 (R-H)ORG (R2 - Cu)ORG + (2H+ - SO4

-2)AC

En el proceso global de extracción por solventes intervienen dos etapas:• Extracción : la solución PLS, baja acidez, es contactada en mezcladores con la fase orgánica descargada. Como consecuencia la reacción se desplaza hacia la derecha generando dos nuevos productos:1.- Orgánico Cargado: fase orgánica que contiene el elemento metálico.2.- Refino: Fase acuosa que ha entregado gran parte de su contenido de cobre, incrementándose en ácido libre, manteniendo el nivel de impurezas, Fe, Al, Mn, Cl, NO3,Mo, Co, etc.De acuerdo a la estequiometría de la reacción:1 gpl Cu que se transfiere al orgánico, se genera 1.54 gpl de ácido en la F.A

TEORIA Y FUNDAMENTOS DEL PROCESO

• Reextracción : El orgánico cargado, se contacta con electrolito que retorna de la EW a SX, por la alta acidez se descarga el orgánico. Como consecuencia la reacción se desplaza hacia la izquierda generando dos nuevos productos:1.- Orgánico Descargado: fase orgánica que contiene un remanente de cobre.2.- Electrolito Rico, Avance: Fase acuosa de alto contenido de cobre que es enviada a EW.


Parámetros del Proceso • Razón O/A Global :Es la razón entre el flujo de orgánico y el flujo de acuoso que se alimenta a los mezcladores de cada etapa. RO/A= F.O/F.A.

• Razón O/A Operacional : Es la razón entre el flujo de orgánico y el flujo de acuoso, pero considerando recirculación de uno de los dos flujos. Considerando Recirculación Acuosa

RO/A= F.O/(F.A+R)


• Velocidad de Agitación :El mecanismo de agitación cumple dos funciones:1.- Producir una dispersión apropiada de las dos fases para que ocurra la reacción de intercambio.2.- Succionar las fases orgánica y acuosa de las etapas adyacentes, con el fin de evitar la instalación de bombas de transferencia interetapas.

Relación de Bellingham

N3D2< 20N: velocidad rotacional y D:diámetro del agitadorSi: a) Mayor que 50, gotas finas b) Menor o Igual a 20, gotas grandes


• Flujo Específico : Es el flujo total de solución por unidad de área 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 Dispersión: Emulsión de ambas fases Acuoso y Orgánico.• Temperatura :Efecto significativo en las características de separación de fases en el circuito.


• Continuidad de Fases :Es la dispersión de una fase en la otra mediante agitación.a) Continuidad Acuosa, La fase orgánica se encuentra dispersa en la fase acuosa.b) Continuidad Orgánica, La fase Acuosa se encuentra dispersa en la fase orgánica.


Continuidad Acuosa

Continuidad Orgánica


CAJAMEZCLADORA

AGITADORBOMBA

FASE ORGANICA

VERTEDEROORGANICO

ACUOSO ORGANICO

FASEACUOSA

BANDA

VERTEDEROACUOSO

PICKETFENCES

DISPERSION

Picket Fence

VISCOSIDAD DE FASES EN SX

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35

Temperatura, ºC

cP

Orgánico

PLS

Lixiviación Extracción Por Solvente Electrodepositación

CuO CuO + H2SO4

CuSO4 + H2O

CuSO4 + 2RH

CuR2 + H2SO4

CuSO4

Cu + H2SO4

CuR2 + H2SO4

2RH + CuSO4

Cuº

CuSO4CuSO4CuR2

H2SO42RHH2SO4

Orgánico Cargado

Orgánico DescargadoRefino Spent

AvanceAlimentación

PROCESO DE EXTRACCIÓN DE COBRE

LIX Spent EO Alimentación Refino Avance

E-1

E-2 S-2 S-1

Org. Cargado Org. Descargado Org. Cargado TK Orgánic

o Cargado

ESQUEMA DEL PROCESO EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

ESQUEMA DEL PROCESO SX1

REFINO

1

SPENT

1

TK

ORGANICO

TK

ELECT.

TK

5

ETC

FLTRO

DEGREMONT1

2

AVANCE

FILTRADO4

3

BW

SPENT

REFINO

1 2

45

3TK

4

FLTRO

SPAKLER

2E-1

E -1

E -2

S -2

S -1

E1B

E2BS1B

1 : CRUD

2 : ORG. RECUPERADO

3 : CRUD SECUNDARIO

4 : SOLIDOS

CARACTERISTICAS RELEVANTES DEL PROCESO SX

• Permite el tratamiento de soluciones con bajas concentraciones de cobre.• Permite la purificación y concentración del cobre. independiente del contenido de impurezas y su concentración.• Permite obtener productos de muy alta pureza química y física, como son los cátodos EW.• Tiene costos de producción atractivamente bajos.• Es una tecnología 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


• MEZCLADORES CON AGITADORES: equipos o reactores utilizados en el proceso para generar la emulsión y producir la reacción química de intercambio.• DECANTADORES: es una piscina con diseño adecuado para facilitar la coalescencia y separación de fases.• VERTEDERO: Se encuentran ubicados al final de cada etapa, permitiendo el rebalse por conductos diferentes del orgánico (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 cilíndrico de acero, relleno con virutas. El orgánico contaminado (arrastres de acuoso) al entrar en contacto con las virutas se produce la coalescencia, separando ambas fases.


Planta Extracción por Solventes

Equipo Unidades Volumen, m3 Capacidad,m3/h

Mezcladores – Decantadores (tren A) 4 39.3 – 863.5

Mezcladores – Decantadores (tren B) 3 39.3 – 863.5

Coalescedores 5 153 (3 unid.)75 (2 unid.)

Filtros de Electrolito Chuqui Degremont

66

4512

12090

Estanques Orgánico Electrolito Solvente Sumidero Back wash Piscina PLS

11112

42142133055290

14000 (c/una)


FI LTRO DE ELECTROLI TO - CHUQUI CAMATAFI LTRO DE ELECTROLI TO - CHUQUI CAMATA

ENTRADAELECTROLITO

LECHOFILTRANTE

DESCARGA DERETROLAVADO

ENTRADA DERETROLAVADO

SALIDAELECTROLITO

INYECCION DEAIRE


Salida de Acuoso con Válvulaaccionada por Sensor de

Conductividad

AguaSistema deRetrolavado

Salida deOrgánicoEntrada de

OrgánicoContaminado

Salida deAcuoso

Coalescedor

COALESCEDORES INDUSTRIALES

DECANTADOR Y PICKET FENCE

CAJA MEZCLADORA E1-B

FILTROS DE SOLUCIÓN AVANCE

FASE ORGÁNICA

• EXTRACTANTE• SOLVENTE• MODIFICADOR DE FASES

• 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 cinética de extracción y reextracción.• Debe ser químicamente 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 extracción y de reextracción.• Debe tener buenas propiedades físicas de separación de fases• Debe ser de costo aceptable.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS EXTRACTANTES:

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS SOLVENTES:

• Los extractantes por su alta viscosidad y para darle las características adecuadas en la transferencia química, requiere un solvente para llevarlo a concentración deseada.•Debe ser químicamente estable bajo las condiciones en que opera el circuito de SX.• Tener baja viscosidad y densidad.• Debe ser insoluble en la fase acuosa de extracción y de reextracción.• Solubilizar totalmente al extractante y al complejo organometálico• Tener baja tasa de evaporación en el medio en que opera.• No Promover emulsiones estables.• Debe tener buenas propiedades físicas de separación de fases• Debe ser de costo aceptable.• Poseer alto punto de inflamación ( mayor a 70ºC)

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS

MODIFICADORES:• Los Modificadores de equilibrio son compuestos orgánicos polares normalmente alcoholes cíclicos o de cadena larga, y/o ésteres; • Se utiliza una cierta cantidad de modificador para mejorar la reextracción del complejo cúprico sin alterar la fuerza extractiva.

COSTOS DE LOS COMPONENTES DE LA FASE ORGÁNICA:

Componente US$/Kg US$/m3

Extractante 11.65 10917Modificador 3.09 2615Solvente 0.717 581

Fase Extractante Oxidos 9.5 8787Fase Orgánica Oxidos 3.33 2796

DISPERSIONES ESTABLES DE SX

• CONTAMINACIÓN O/A: Es una fracción de dispersión, que no se separa y que produce contaminación del electrolito y de cátodos; también por arrastres vía refino llega a lixiviación. En ambos casos representa una pérdida de extractante.

• CONTAMINACIÓN A/O: Es una fracción de dispersión sin separar que transporta impurezas al electrolito desde las etapas de extracción; también aumenta el ácido y cobre en el refino afectando la eficiencia de extracción.

FORMAS DE REMOVER LOS ATRAPAMIENTOS O/A

Entre los métodos de remoción de orgánico desde las soluciones acuosas, se tienen las siguientes alternativas:• Post decantadores de refino y electrolito.• Colección y retiro desde piscinas de refino.• Columnas de flotación.• Celdas Scavenger en EW• Filtros Chuqui-Demister.• Estanque de Electrolito Rico.

CARACTERISTICAS PRINCIPALESFILTROS CHUQUI- DEMISTER

• Menor costo de inversión.•Menor costo de operación.• Bajo requerimiento de mantención.• Retrolavados menos frecuentes.• Menores consumos de aire y agua.• Alta eficiencia para un amplio rango de concentraciones de arrastres de orgánico.• No se genera pérdidas de electrolito• Alimentación gravitacional y directa desde reextracción.

FORMAS DE REMOVER LOS ATRAPAMIENTOS A/O

Los arrastres de acuoso en orgánico 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 configuración de la planta.• Lavado o lluvia de agua dentro del decantador.

• Menor costo de inversión y costo de operación.• Usa agua industrial para el retrolavado.• Instalación simple y fácil operación. • Alta eficiencia de remoción de acuoso.• El acuoso removido es retornado a la etapa de extracción, sin pérdidas adicionales de orgánico.• El lecho empacado incide directamente en la eficiencia de remoción de acuoso.• Requiere adecuado tiempo de residencia para la buena separación.

CARACTERISTICAS PRINCIPALESCOALESCEDOR CHUQUI

DISPERSIONES ESTABLES DE SX

• FORMACIÓN DE BORRAS: Dispersión estable formada por las fases orgánica y acuosa estabilizada por sólidos en suspensión o sólidos coloidales.LOS EFECTOS EN EL PROCESO• Poderoso emulsificador.• Produce viraje de la continuidad de fases.TRATAMIENTO DE BORRAS• Centrifugación.• Ruptura Mecánica.• Filtración.

FILOSOFÍA DEL CONTROL OPERACIONAL

• Los procesos de SX - EW no requieren excesiva instrumentación, pero la tendencia moderna es mantener control automático de la mayoría de las variables.• El control y registro de flujos, tiene la mayor relevancia pues todas las corrientes acuosas y orgánicas 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 válvulas.


CONTROL OBJETIVO FORMA O METODOTurbidez y/o contenido de sólidos en solución PLS

Prevenir generación de Crud, viraje de continuidad,

pérdidas de orgánico

Turbímetro, determinación gravimétrica

pH de la solución alimentación

Mantener niveles de extracción de acuerdo a

diseñopH Metro

Concentración de cobre en alimentación

Realizar balances, prevenir que no hayan variaciones

bruscas, determinar eficiencias del proceso

Absorción atómica o volumérica

Razón O/AContrastar los caudales manejados, mantener continuidad de fases

Muestreo de dispersión y decantación de la

muestra en probeta, medidores de caudal

Caudal de Soluciones Mantener operación estable Medidores de caudal

Conductividad de la emulsión o continuidad de

fases

Conocer la continuidad de fases de la etapa o fase continua de la dispersión

Tester de continuidad


CONTROL OBJETIVO FORMA O METODO

Temperatura de las soluciones

Conocer el efecto de la variable, prevenir pérdidas

de eficiencia, prevenir cristalizaciones

Termómetro

Velocidad de agitación o mezclamiento

prevenir exceso de pérdidas por arrastres. Prevenir mermas de

succión y/o eficiencia de extracción

Tacómetro, instrumento el equipo

Concentración de cobre y pH en la solución refino

Cuantificar balance de cobre

Absorción atómica o volumérica y

determinación potenciométrica de

acidez

Altura de fases y de banda de dispersión en el

decantador

Conocer la altura de cada fase pura. Controlar banda de dispersión para conocer la separación de fases en

la etapa

Bandómetros o sondas de conductividad

Altura de crud acumulado en el ecantador

Conocer la cuantía del crud generado para definir

necesidades de remociónBandómetros

Velocidad de sepración de fases en el mezclador

Diagnosticar la forma en que se van a separar las fases en el decantador, definir flujo específico de

decantación óptimo

Probetas y cronómetros


CONTROL OBJETIVO FORMA O METODOArrastres de orgánico en el

refino y Avance

Evitar pérdidas de orgánico y asegurar la calidad

catódicaHoriba

Análisis de cobre, en interetapa y en orgánico cargado y descargado

Control de razones O/A y de caudales. Mantener

balace másico y determinar eficiencias por etapas

Análisi químico tradicional o por

absorción atómica.

Concentración de reactivo

Conocer las necesidades de ajuste de concentración y/o volumen de inventario

de solución orgánica

Determinar carga Máxima y cálculo en base a la capacidad específica

Arrastres de acuoso en orgánico

Evitar contaminaciones en electrolito fuerte

Centrifugación en tubos centrífugos con capilar

Composición del crudDeterminar

porcentualmente los 3 componentes

Centrifugación y filtración o decantación

Concentración de cobre y ácido en electrolito fuerte y

gastado

Balance metalúrgico de la reextración

Análisi químico tradicional o por

absorción atómica.

Presentación SX

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