SECCION 10 Extraccion Del Cobre Por Solventes

EXTRACCION DE COBRE POR SOLVENTECON EXTRACTANTES DE HIDROXIOXIMA10

Manual de Productos Qumicos para Minera224

LixiviacinEl metal se pone primero en solucin, mediante la eleccin de uno de entrevarios mtodos de lixiviacin, dependiendo del tipo de mineral/alimentacin y de las necesidades de la operacin. Por ejemplo, una carganormal de xido de cobre va a estar probablemente sometida a lixiviacinen pilas o por agitacin, mientras que una carga de sulfuro de cobre va aser normalmente lixiviada mediante presin o bio-lixiviacin.La ruta de la lixiviacin vara para los distintos minerales de cobre. Paralos minerales no sulfuros, la lixiviacin se produce mediante la reaccincon cido sulfrico, segn se describe en la ecuacin:

CuO + H2SO4 CuSO4 +H2O

La lixiviacin de los minerales sulfurados requiere de un oxidante, talcomo el Fe3+ adems del cido sulfrico. Las reacciones tpicas son:

CuS + 8Fe3+ + 12(SO4)2- + 4H2O Cu2+ + 8Fe2+ +9(SO4)2-+ 4H2SO4

O2 + 2Fe2+ + 2(SO4)2- + H2SO4 2Fe3+ + 3(SO4)2- + H2O

En ambos casos, muchos metales se disuelven junto con el cobre en lasolucin de lixiviacin. La solucin debe, por lo tanto, ser purificada (ya menudo, concentrada) antes de la electro-obtencin.

Extraccin por solventesLa extraccin por solventes es, en su forma ms simple, un proceso de dosetapas:

Extraccin de Cobre por Solventes con Extractantes de Hidroxioxima 225

Seccin 10 Extraccin de Cobre por Solventes con Extractantes de Hidroxioxima.

En el tratamiento hidrometalrgico del cobre existen tres circuitos bsicosde proceso que se encuentran interconectados: Lixiviacin (L), extraccinpor solventes (SX) y electro-obtencin (EO). Ms abajo se muestra unesquema general:

Figura 1 Extraccin de Cobre por Solventes.

CuSO4

H SO42

CuSO4

H SO42

CuL2

2LH

Cu

EXTRACCION POR SOLVENTES

H +

EXTRACCION REEXTRACCION ELECTROOBTENCION

LIXIVIACION

Cu + O21 2

21

ExtraccinEl cobre se extrae selectivamente desde la solucin de lixiviacin haciauna fase orgnica inmiscible que contiene un extractante especfico decobre. El acuoso de cobre empobrecido es acidificado por el proceso deextraccin y devuelto a la alimentacin de la lixiviacin para disolver msmetal.

Re-extraccin o StrippingEl cobre es trasladado desde la fase orgnica cargada a una fase acuosacon gran contenido de cido, llamada electrolito pobre. El electrolito,enriquecido en cobre y llamado electrolito rico o de avance, es enviadoa la nave para la electro-obtencin (depositacin catdica).La reaccin reversible (extraccin y re-extraccin o stripping) es:

CuSO4 + 2LH L2Cu + H2SO4

Normalmente, se seala que la extraccin y re-extraccin de cobre operana travs de una oscilacin de pH porque:

se genera cido durante la extraccin (la reaccin procede de izquierdaa derecha)

se consume cido durante la re-extraccin (la reaccin procede dederecha a izquierda)

Electro-obtencinEl electrolito rico es transportado a la nave donde el cobre en solucin sereduce a metal de cobre (reaccin catdica) a travs de un procesoelectroltico. La descomposicin andica del agua produce iones de hidronioy oxgeno. La pureza normal del ctodo de cobre obtenido mediante L SXEO es mayor al 99,99%.

El equilibrio qumico a travs de estas tres etapas puede darse por:

LIXIVIACIN CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O [1]

EXTRACCIN CuSO4 + 2LHorg [CuL2]org + H2SO4 [2]

RE-EXTRACCIN [CuL2]org + H2SO4 CuSO4 + 2LHorg [3]

E/O CuSO4 + H2O Cu + 12 O2 + H2SO4 [4]

GENERAL CuO Cu + 12 O2 [5]

El subndice org significa que la especie qumica se encuentra en la faseorgnica o diluyente.

En la Figura 2 se muestra un circuito simple SX EO de lixiviacin en pilas.La figura muestra la lixiviacin de metales de una pila de mineral (1) queproduce una corriente de solucin cargada con los metales lixiviadoso Pregnant Leach Solution - PLS (2), seguida de la extraccin de cobre(3), la re-extraccin (stripping) de cobre (4) y la electro-obtencin (5).


10.1 Qumicas de Extractantes de Hidroxioximas.

Los reactivos comerciales modernos para SX de Cobre se basan en lashidroxioximas. Su estructura qumica se muestra en la figura 3.


Figura 2 Recuperacin de metales mediante lixiviacin en pilas, extraccin porsolventes y electro-obtencin.

Figura 3 Estructuras qumicas de la hidroxioxima.

ICI, en una unidad de negocios adquirida por CYTEC, desarroll y patentla 2-hidroxi 5-nonilsalicilaldoxima (la aldoxima C9). Hoy da es el reactivoms ampliamente usado a nivel mundial para la extraccin de cobre porsolvente. La otra oxima comnmente usada es la cetoxima C9, que fuedesarrollada por Qumicos Shell y se comercializ como SME 529. En losaos 80s se usaba comercialmente una dodecilhidroxilbenzaldoxima(versin C12 de la aldoxima), pero hacia fines de los 90s haba sidoesencialmente reemplazada por la aldoxima C9.

Cada una de estas oximas forma un complejo bidentado con iones decobre divalentes (Cu2+) de acuerdo con la siguiente reaccin reversible:

CuSO4 + 2LHorg [CuL2]org + H2SO4

LH es la oxima no complejada y CuL2 es la oxima cargada de cobre.

La distribucin de tomos en la oxima es tal que la oxima forma uncomplejo "planar cuadrado" con el cobre, segn se muestra en la Figura4. En el grfico, la cadena ramificada de C9 ha sido omitida para otorgarmayor claridad. El carbono se muestra en verde, el hidrgeno en blanco,el oxgeno en rojo y el nitrgeno en azul. Al centro est el tomo de cobre,en color turquesa. Se prefiere esta estructura al complejo octadrico quese requerira para el hierro.

OH N OH

R2

R1

R2 es H para aldoximaR2 es CH3 para cetoxima

R1 se ramifica en C 9H19o C12H25

El complejo planar cuadrado se estabiliza por los enlaces de hidrgenoentre la oxima y el fenol, segn se muestra en la Figura 5. La estructuramolecular en esta figura es similar a la de la Figura 4, pero se presentacomo un diagrama de barras para revelar los enlaces de hidrgeno.

Figura 4 Un complejo de aldoxima cargada de cobre.


10.1.1 Formulaciones del Reactivo de Extraccin por Solventesde Cobre

En la industria de la extraccin por solventes se ocupan cuatro formulacionesbsicas; cada una se deriva de una de las hidroxioximas analizadasanteriormente:

Aldoximas modificadas Mezclas de aldoxima:cetoxima sin modificador Cetoxima Mezclas modificadas de Aldoxima:cetoxima

Aldoximas modificadasA las aldoximas se les denomina reactivos fuertes porque extraen elcobre incluso con un pH bajo y/o alto contenido de Cu. Sin embargo, lasaldoximas por s solas son raramente usadas como reactivos de cobredebido a la dificultad de re-extraer el cobre del ligando.

Con el propsito de posibilitar la efectiva re-extraccin de las aldoximas,se agregan modificadores para debilitar el complejo. Estas aldoximasalteran la fuerza de los enlaces de hidrgeno que estabilizan el complejoaldoxima/metal (ilustrado en la Figura 5), lo que permite que el cobre searemovido ms fcilmente.

Figura 5 Complejo de aldoxima cargada de cobre mostrando los enlaces de hidrgenoque estabilizan la estructura. La longitud calculada de los enlaces es de 1.58 A (0.158nm).

1.580

1.580

Mediante la variacin de la cantidad de modificador relativo a la oxima,es posible optimizar la fuerza de la formulacin para adecuarse a lasnecesidades/condiciones del circuito. Una correcta modificacin producirbuenas caractersticas de re-extraccin, las que maximizarn la transferencianeta de cobre, dando como resultado una excelente extraccin de cobredesde la solucin de lixiviacin.

Muchos modificadores tienen la capacidad de afectar la fuerza de unaformulacin de oximas. Bsicamente, cualquier molcula que puede formarun enlace de hidrgeno (receptor o dador) con la oxima puede actuarcomo modificador. Sin embargo, la eleccin y la cantidad del modificador(o mezcla de modificador) relativa a la oxima es de suma importanciapara la estabilidad del reactivo y para las propiedades metalrgicas yfsicas del mismo.

Cytec ha desarrollado y patentado un ester altamente ramificado que seha convertido en el modificador ms comn de la industria de la extraccinpor solventes. Otros modificadores actualmente en uso incluyen a losalcoholes, esteres y cetonas.

Debido a su flexibilidad y versatilidad, se ha establecido una tendenciaen la industria a usar aldoximas modificadas, permitiendo operacionesque saquen ventaja de una formulacin optimizada, bajo arrastre, bajoconsumo y alta selectividad Cu:Fe.

CetoximaLa Cetoxima es considerada como un reactivo dbil porque presentauna capacidad de extraccin ms pobre que otras clases de reactivos,especialmente de soluciones de lixiviacin de bajo pH o alto nivel de cobre.Por consiguiente, la Cetoxima es raramente usada sola. Sin embargo, lacetoxima puede ser re-extrada ms fcilmente.

Mezclas de Aldoxima:cetoximaLas mezclas de Aldoxima:cetoxima an son ampliamente usadas en laindustria, aunque el uso de este tipo de formulaciones ha ido declinandoen los ltimos aos, a medida que los operadores se han ido cambiandoal uso de formulaciones modificadas.

Mezclas modificadas aldoxima:cetoximaEste tipo de formulaciones representa una nueva oferta a la industria, porlo que an no se usa de manera extensa. Sin embargo, pruebas con estasnuevas mezclas muestran ventajas metalrgicas relativas a las mezclas nomodificadas de aldoxima:cetoxima, cuando se usa el modificador adecuadoen la concentracin que corresponde. Al agregar el modificador, segn seha seleccionado, este optimiza la actividad de la aldoxima presente en lamezcla aldoxima:cetoxina, de la misma forma que lo hace en las mezclasde aldoxima modificada. La incorporacin de un modificador es beneficiosaen cuanto, la cetoxima no modifica significativamente a la aldoxima.


ExtractanteACORGA

M5640

M5774

M5850

M5910

M5397

PT5050

PT5050MD

K2000

OPT5510

OPT5520

OPT5530

LS4200

Tipo

Aldoxima fuerte, modificadapor esterAldoxima moderada, modificadapor esterAldoxima de fuerza moderada,modificador mixtoAldoxima dbil, modificada conesterAldoxima fuerte, modificada contridecanolAldoxima fuerte, modificada contridecanolAldoxima dbil, modificada contridecanolFormulacin de Cetoxima

Mezcla dbil de aldoxima:cetoxima, modificada con esterMezcla de fuerza media dealdoxima:cetoxima, modificadacon esterMezcla fuerte de aldoxima:cetoxima, modificada con esterMezcla de aldoxima modificada

Apto para...

PLS de alta ley / pH bajo-medio,alta selectividad Cu/FePLS de ley media/ pH medio, muyalta selectividad Cu/FePLS de ley media / pH medio,mediana selectividad Cu/FePLS de ley media-baja / pH alto,muy alta selectividad Cu/Fe.PLS de alta ley / pH bajo, medianaselectividad Cu/FePLS de ley media / pH medio,mediana selectividad Cu/FePLS de baja ley / pH alto, medianaselectividad Cu/FePLS de baja ley / pH alto, bajaselectividad Cu/FePLS de baja ley/ pH alto, medianaselectividad Cu/FePLS de ley media / alto pH,mediana selectividad Cu/Fe

PLS de alta ley / pH alto, medianaselectividad Cu/FePLS de ley media-alta / pH medio,muy baja selectividad Cu/Fe

10.2 Componentes de una Planta de Extraccin por solventes

Las plantas SX de cobre generalmente se componen de unidades demezclador-decantador (ver Figura 6) dispuestas en serie en un flujocontracorriente. Despus de la mezcla, la dispersin orgnico/acuoso sedescarga en el decantador donde fluye a travs de una reja de distribucin

Tabla 1 Extractantes de Cobre ACORGA.


ResumenEl rango de reactivos para la extraccin por solventes basados en las dosmolculas primarias de oxima (aldoxima C9 y cetoxima C9) ofrece a lasplantas de SX un amplio nmero de alternativas. Mediante el uso adecuadode los modificadores, es posible fabricar a medida una formulacin dereactivo que cumpla con las necesidades de las alimentacin/configuracinde un circuito. La formulacin escogida debera optimizar la recuperacin,la produccin, la selectividad, la estabilidad y las caractersticas fsicas delorgnico.

Algunas formulaciones de extractante ACORGA que se encuentrandisponibles se sealan a continuacin:


Figura 6 Esquema de la Extraccin por Solventes.

Una o ms etapas de lavado o depuracin pueden agregarse al circuito,principalmente para prevenir el arrastre de una solucin acuosa impurahacia el electrolito purificado.

Un estanque de orgnico ya sea cargado o re-extrado se puede ubicarentre las secciones de extraccin y re-extraccin para permitir que elacuoso arrastrado pueda sedimentar. Este estanque amortigua los cambiosde volumen en el sistema.

Los operadores normalmente instalan el siguiente equipo adicional:

Coalescedores de acuoso, para minimizar el arrastre de impurezasdesde el PLS hacia el electrolito. El coalescedor permite que las pequeasgotas arrastradas se recombinen en gotas ms grandes que tienenmayores probabilidades de decantar.

Coalescedores de orgnico, para minimizar el traspaso de orgnicodesde la planta SX ya sea al electrolito rico o a las corrientes del refino.

Filtros y/o columnas de flotacin, para minimizar el arrastre deorgnico en el electrolito que se transfiere a la nave.

Unidades de tratamiento de borras/arcilla incluyendo filtros deplaca/marco, centrfugas y estanques contenedores para tratar elorgnico y/o borras contaminados de la planta.

Desnatadores, barredores de correa, y otros sistemas de recuperacin,para obtener el orgnico desde la superficie del electrolito y/o estanquesde refino.

y luego se separa mediante la gravedad a medida que pasa a lo largo deldecantador. Para ayudar a la coalescencia, se pueden usar uno o ms rejasde distribucin u otros medios coalescentes dentro del decantador. Laseparacin de la fase final se logra mediante un sistema de vertedero. Lafase orgnica pasa sobre el vertedero superior hacia un canal colector delavado mientras que la fase acuosa pasa sobre un vertedero inferior haciaun canal similar.

Solucin con contenidode Cobre

Orgnicocargado

Refino devuelto a Lixivacin

Orgnico Re-extrado

Electrolito pobre

Celda de Electro-obtencin

Electrolitode Avance


a) Serie 2+1 (2 etapas de extraccin en serie seguidas de una etapa de re-extraccin):

El diseo de los mezcladores- decantadores se ha desarrollado por largotiempo desde la primera operacin comercial de extraccin por solventeshacia fines de los aos 60s. La contribucin de diversas firmas de ingenieraa travs de los aos ha llevado a obtener diseos con una mejoradaeficiencia de las etapas, un menor arrastre y un mejor manejo de las borras.Cytec trabaja con compaas de diseo de ingeniera y constructoras paradesarrollar el circuito ms apropiado para las condiciones de solucindadas.

10.3 Configuracin de los Circuitos

La extraccin ms eficiente generalmente se obtiene conectando variosmezcladores-decantadores en serie. El nmero de etapas requeridas y lamanera en que se configuren dependern de las condiciones dealimentacin, la eleccin del reactivo y los objetivos de la operacin. Lasisotermas y las tcnicas de McCabe-Thiele se usan para determinar elnmero ptimo de etapas para las diferentes condiciones de alimentacin.Esto se analiza ms en detalle en las secciones 10,4 y 10,5.

Actualmente, las configuraciones ms comunes de un circuito de extraccinpor solvente son las siguientes:

Figura 7: 2+1

Seccin de Extraccin

Mezclador.Decantador

3,00 gplPLS

1,37EE = 90%OA = 1,00

E1


EE = 90%OA = 1,00

E23,222.10 gpl Re-extrado (56,7%)

(TOU = 0,28)2,10 gpl

0,25 gplRefino(R= 91,68%)

4,85 gpl

4,85 gpl


EE = 95%OA = 5,45

S1

Cargado (88,0%)

30,00 gpl45,00 gplAvance

Pobre

Seccin de Re-Extraccin

Circuito orgnicoCorriente(s) PLS: ElectrolitoEE.. Eficiencia de Etapa; OA.. Razn de Fase Orgnica/Acuosa; R.. Recuperacin PLS; TOU..Transferencia Operativa de la Unidad; 0.xxF.. Fraccin de corriente del flujo principal

b) Serie 2+2 (dos etapas de extraccin en serie seguidas de dos etapas dere-extraccin):


Las configuraciones del circuito varan dependiendo de las necesidadesde la operacin. Si se usa ms de una etapa de extraccin o re-extraccin,la corriente orgnica, el PLS y el electrolito pueden ser operados en serieo en paralelo. Los operadores pueden considerar opciones tales comodividir las corrientes para redistribuir el flujo o agregar corrientes paramejorar la recuperacin o la produccin.

Finalmente, se pueden agregar una o ms etapas de lavado o depuracinsi el PLS contiene altas concentraciones de impurezas, tales como cloro,manganeso, nitrato o fierro, ya que podran afectar negativamente todoel proceso.

c) Serie 1+2+1 en paralelo (3 etapas de extraccin1 en paralelo y 2 enserieseguidas por una etapa de re-extraccin):

Figura 8: 2+2

Figura 9: 1+2+1

4,82 gpl

3,00 gpl

Re-extrado (53,0%)(TOU = 0,22)

4,82 gpl

Seccin de Extraccin


3,00 gplPLS

0,60EE = 90%OA = 1,00

E1


EE = 90%OA = 1,00

E27,85


10,25 gpl

10,25 gpl


EE = 95%OA = 2,83

S1

Cargado (74.4%)

30,00 gpl45,37 gplAvance

Pobre




EE = 90%OA = 1,00

E3


PLS

7.42

DESCRIPCION

Informacin Confidencial Cytec


Seccin de Extraccin


3,00 gplPLS

0,78EE = 90%OA = 1,00

E1


EE = 90%OA = 1,00

E22,081,41 gpl Re-extrado (67,0%)

(TOU = 0,29)1,41 gpl


4,29 gpl

4,29 gplCargado (77,8%)



EE = 95%OA = 5,21

S1 33,40

45,00 gplAvance


EE = 95%OA = 5,21

S230,00 gplPobre

DESCRIPCION

Informacin Confidencial Cytec


Las etapas de lavado pueden usarse tambin para depurar selectivamenteel orgnico para remover toda impureza que haya sido extradasimultneamente desde la fase orgnica. En estos casos, se agregan salesmetlicas o cidas a la solucin de lavado para re-extraer la impurezadesde el orgnico o para cargar cantidades adicionales del metal deseadoen el orgnico, retirando as las impurezas en bloque. Aunque es costoso,este paso puede ser ocasionalmente necesario, especialmente cuando elreactivo escogido no posee la selectividad deseada.

10.4 Isotermas

Las isotermas son los bloques de construccin bsicos de un anlisis deMcCabe-Thiele para disear o evaluar los circuitos. Esta seccin describeel proceso para generar isotermas y detalla algunos factores que influyenen la posicin y forma de las isotermas.

Generacin de isotermas

Las isotermas definen las capacidades del extractante tanto en las seccionesde extraccin como de re-extraccin de la planta. Se usan para evaluar elnivel de eficiencia con que est operando una planta, o cmo se esperaque funcione bajo ciertas condiciones.

Las isotermas se definen por la constante de equilibrio (K) del extractante:

Cu2+ + 2LH L2Cu + 2H+K [H]2 [L2Cu] / [Cu] [LH]2

La isoterma de extraccin define la cantidad mxima de cobre que puedeser removida de la PLS por cada razn volumtrica orgnico-acuoso, orazn O/A. El orgnico (reactivo + diluyente re-extrado de cobre) semezcla con la PLS a varias razones O/A hasta que se obtiene el equilibrio.El orgnico y el acuoso son separados y se analiza la concentracin decobre en cada fase. Los datos son llevados a un grfico, con el cobreorgnico en el eje y y el cobre acuoso en el eje x.

Figura 10: Isoterma de extraccin

Org Cu(gpl)

0,1:1 O/A

Orgnico Acuoso O/A10501010

10010010050

0,10,51,02,02:1 O/A

Cu Ac (gpl)


La isoterma de re-extraccin define la cantidad mxima de cobre quepuede ser removida desde el orgnico para cada razn O/A. El orgnico(cargado con cobre) se mezcla con el electrolito pobre a varias razonesO/A hasta que se obtenga el equilibrio. El orgnico y el acuoso sonseparados y se analiza la concentracin de cobre en cada fase. Los datosson llevados a un grfico, con el cobre orgnico en el eje x y el cobreacuoso en el eje y.

Factores que afectan la forma y la posicin de las isotermas.

Cuatro factores primarios afectan la posicin y la forma de las isotermas:

La concentracin de Cu en la fase acuosa La acidez/pH en la fase acuosa La eleccin del extractante La concentracin del extractante

Algunas de estas relaciones se muestran en los diagramas a-d y en losdiagramas e-h para la extraccin y para la re-extraccin, respectivamente:

a) Efecto del pH

Figura 11: Isoterma de re-extraccin

Cu Ac(gpl)

4,0 O/A

Orgnico Acuoso O/A501010100

10010010050

0,51,5

2,04,0-O,5 O/A

Cu Org (gpl)

Figura 12: Efecto del pH sobre la Isoterma e Extraccin

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

Cu e

n Fa

se O

rgn

ica

Cu en Fase Acuosa

pH 2 isotermapH 1,5 isotermapH 1,0 isoterma


Para un reactivo dado, mientras ms bajo el pH del PLS (ms alta acidezde la solucin de lixiviacin), ms se deprime la isoterma de extraccin(es decir, el orgnico cargar menos cobre mientras ms alta sea la acidez).

b) Efecto de la concentracin de cobre en el PLS

Para un reactivo dado, a ms alta concentracin de cobre, ms se deprimela isoterma de extraccin (o menor es la capacidad de carga del orgnicoa medida que el cobre es retirado de la fase acuosa). Esto se debe a lacreciente acidez de la fase acuosa a medida que el cobre es transferido alorgnico.

c) Efecto de la concentracin del reactivo

Figura 13: Efecto del Cu PLS sobre la isoterma de extraccin

Figura 14: Efecto de la concentracin del reactivo sobre la isoterma de extraccin

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

0,00

4,00

8,00

12,0

016

,00

Cu e

n Fa

se O

rgn

ica

Cu en Fase Acuosa

20% volumen15% volumen10% volumen

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

Cu e

n Fa

se O

rgn

ica

Cu en Fase Acuosa

Alimentacin de 4 gplAlimentacin de 3 gplAlimentacin de 2 gpl


Para cualquier reactivo dado, a medida que aumenta la concentracin dedicho reactivo, mayor es la isoterma de extraccin o ms alta la capacidadde carga del orgnico (es decir, mayor la capacidad para extraer cobre).

d) Efecto de la fuerza del reactivo

Dadas las mismas condiciones de alimentacin, la capacidad de un reactivopara extraer cobre depende de la potencia del complejo extractante decobre. Mientras ms potente sea el complejo , mayor ser la capacidad decarga de cobre a medida que se reduce el pH.

e) Efecto de la acidez del electrolito pobre

Figura 15: Efecto de la potencia del reactivo sobre la isoterma de extraccin

Figura 16: Efecto del cido del electrolito sobre la isoterma de re-extraccin

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

Cu e

n Fa

se O

rgn

ica

Cu en Fase Acuosa

Reactivo fuerteReactivo dbil

1,20 1,60 2,00 2,40 2,80

30,0

035

,00

40,0

045

,00

50,0

0Cu

en

Fase

Acu

osa

Cu en Fase Orgnica

170 gpl cido180 gpl cido190 gpl cido

Para un reactivo dado, mientras mayor sea la acidez de la solucin de re-extraccin, mejor ser la re-extraccin, o menor ser la carga de cobreorgnico relativa a un electrolito rico determinado.

f) Efecto de la concentracin del cobre del electrolito

La disminucin de la concentracin de cobre en el electrolito descargado,har que la isoterma de reextraccin, se mueva tal como se observa en lafig. 17, lo que propender a producir un mayor corte en la fase dereextraccin, generando un orgnico pobre con menor contenido de cobreque, a su vez, inducir una mayor eficiencia de extraccin.

g) Efecto de la concentracin del reactivo


Figura 17: Efecto del cobre del electrolito sobre la isoterma der re-extraccin

Figura 18: Efecto de la concentracin de extractante sobre la isoterma de re-extraccin

1,00 1,50 2,00 2,50 3,00

20,0

030

,00

40,0

050

,00

60,0

0Cu

en

Fase

Acu

osa

Cu en Fase Orgnica

40 pgl electrolito pobre30 pgl electrolito pobre20 pgl electrolito pobre

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00

30,0

035

,00

40,0

045

,00

60,0

0Cu

en

Fase

Acu

osa

Cu en Fase Orgnica

30% volumen20% volumen10% volumen

Para un reactivo determinado, mientras ms alta la concentracin de dichoreactivo, peor ser la re-extraccin (es decir, ms cobre permanecer en lafase orgnica para un determinado electrolito).

h) Efecto de la fuerza del reactivo

Dadas las mismas condiciones de re-extraccin del electrolito, la capacidadde un reactivo para efectuar esa re-extraccin depender de la fuerza dela formulacin. Mientras ms dbil la formulacin, es ms fcil re-extraer(menor carga de cobre en orgnico para una determinada concentracindel electrolito rico).Como se observa, es necesaria una extraccin separada o una isoterma dere-extraccin para cada condicin de alimentacin, cada concentracin dereactivo y cada formulacin de reactivo que sean consideradas.

10.5 Anlisis McCabe-Thiele en la Extraccin por Solventes delCobre

El anlisis McCabe-Thiele es un procedimiento grfico que se usa pararesolver muchos problemas de ingeniera qumica en la destilacin yextraccin. El mtodo de anlisis McCabe-Thiele se usa para responderinterrogantes de diseo del circuito y sus grficos tambin se usan paramedir el rendimiento de un circuito en operacin.

Anlisis McCabe-Thiele para el diseo del circuitoLa bsqueda de solucin a un problema de diseo usando las tcnicasMcCabe-Thiele es un proceso iterativo que tiene las siguientes etapas:

1. Establecer los lmites de la operacin usando la informacin dada2. Proponer posibles soluciones para una parte del proceso (por ejemplo,

extraccin)


Figura 19: Efecto de la fuerza del reactivo sobre la isoterma de re-extraccin

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

30,0

035

,00

40,0

045

,00

50,0

0Cu

en

Fase

Acu

osa

Cu en Fase Orgnica

Reactivo fuerteRectivo dbil

En re-extraccin la pendiente de la lnea de operacin es


3. Verificar si esta solucin propuesta es posible en la segunda partedel proceso (por ejemplo, re-extraccin)

4. Proponer una solucin revisada con expectativas de cumplir msadecuadamente con las necesidades de todas las condicionescolindantes, ya que la primera solucin propuesta generalmente noes la ms adecuada.

5. Proponer y verificar repetidamente la solucin hasta que se cumplantodas las condiciones.

Las isotermas de extraccin y re-extraccin y los parmetros de diseoconocidos se usan para completar el anlisis McCabe-Thiele. Despus quelas isotermas han sido generadas con la correcta concentracin de reactivo,se deben definir los siguientes parmetros adicionales:

La configuracin deseada del circuito Las eficiencias por etapas estimadas o deseadas Ya sea la razn de flujo del O/A de extraccin o la recuperacin esperada Ya sea la razn de flujo O/A de re-extraccin o la concentracin esperada en el electrolito de avance.

Lneas de operacin de McCabe-ThieleLos lmites operacionales de un circuito SX se definen por las isotermasy por las lneas de operacin para las etapas de extraccin y re-extraccin.La lnea de operacin se define como la lnea recta que une los dos puntosque representan las concentraciones de cobre en las fases orgnica y acuosaal inicio y al trmino del proceso en contra corriente. Las isotermas seanalizaron anteriormente. La pendiente y la posicin de la lnea de operacinse ven influenciadas por muchos factores, slo parte de los cuales seconocern cuando se inicie el problema de diseo del circuito. La pendientese relaciona con las tasas de flujo del orgnico y del acuoso, mientras quela posicin es una funcin de las concentraciones de las corrientes deorgnico y acuoso que entran y salen de una etapa.

Relacin de la razn Orgnico/Acuoso (O/A) con la lnea de operacin deMcCabe-ThieleLa razn O/A es un parmetro importante ya que permite el clculo dela pendiente de la lnea de operacin (lnea base para la construccinMcCabe-Thiele).

Pendiente, extraccin=(Cu OrgSal -Cu OrgEnt)(Cu AcuEnt -Cu AcuSal)

(FlujoAcu)(FlujoOrg)

1= (RaznO/A)

En extraccin, la pendiente de la lnea de operacin es:

Pendiente, re-extraccin=(Cu AcuSal -Cu AcuEnt)(Cu OrgEnt -Cu OrgSal)

(FlujoOrg)(FlujoAcu)

= =

=

(RaznO/A)

La comprensin de la forma en que funciona el procedimiento iterativode McCabe-Thiele es una importante etapa para entender tanto lo queocurre en una operacin SX como la forma en que los cambios de lascondiciones metalrgicas y operativas pueden afectar el rendimiento.Tradicionalmente, los datos de la curva de extraccin y re-extraccin eranrepresentados en papel grfico y los clculos McCabe-Thiele se completabana mano. El examen de las distintas opciones para la operacin de la planta,el diseo de la planta o las condiciones de las soluciones consuma muchotiempo. Afortunadamente, el procedimiento de anlisis ha sido incorporadoen distintos programas de modelacin de procesos, tales como el softwarede modelacin MINCHEM de Cytec. (Ver seccin 10.6). Para una mejorcompenetracin de la mecnica del anlisis McCabe-Thiele, ms adelantese dan ejemplos de solucin manual del diseo del circuito y de losproblemas de anlisis del circuito.

a) Ejemplo de diseo del circuito

Para este ejemplo, asuma los siguientes datos:

Se ha producido una isoterma de extraccin para una solucin de10vol% del extractante ACORGA M5640 en equilibrio con una solucinde lixiviacin que contiene 3 gpl de cobre a un pH de 1,8

Se ha generado una isoterma de re-extraccin mediante la mezcla deuna solucin de 10vol% del extractante ACORGA M5640 con unelectrolito pobre (que sale de la nave) que contiene 35gpl de cobre y180gpl de cido sulfrico

Se desea una configuracin de 2 etapas de extraccin + 2 etapas dere-extraccin

Se asume eficiencias por etapas de un 100% para simplificar lademostracin, aunque en la prctica se necesita considerar eficienciaspor etapas reales (normalmente 90-95%)

La intencin es producir un electrolito rico que contenga 50gpl decobre para la electroobtencin.

El objetivo de la operacin es lograr una recuperacin del 95%.Los datos anteriores dan un punto de partida para completar elprocedimiento grfico iterativo y responder las preguntas:

Qu razn O/A en re-extraccin se requiere para lograr el electrolitode avance?

Qu razn O/A en extraccin se requiere para lograr la recuperacindeseada?

Cul ser el valor del orgnico cargado? Cul ser el valor del orgnico re-extrado?



Siempre se darn las isotermas de extraccin y re-extraccin para el anlisis.La iteracin ser, por lo tanto, entre las dos mitades del proceso (extracciny re-extraccin), como se seala en la etapa 5 anterior.

Paso 1: Definir las certezas y las incgnitas del planteamiento del problema:

a)Nmero de etapas de extraccinb)Nmero de etapas de re-extraccinc) Eficiencia de etapas de extraccin y re-extraccind)Razn O/A de la etapa de extraccine) Razn O/A de la etapa de re-extraccinf) Valor de Cu de refinog)Valor de Cu del electrolito ricoh)Valor de Cu del orgnico re-extradoi) Valor de Cu del orgnico cargadoj) Valor de Cu del PLSk)Valor de Cu del electrolito pobre

Paso 2: Dibuje toda la informacin en sus isotermas de extraccin y re-extraccin para definir los lmites de la operacin.

Grficamente para la extraccin:

1. Dibuje una lnea vertical indicando la concentracin inicial de cobredel acuoso en la solucin PLS

2. Dibuje una lnea vertical indicando el valor deseado de refino

Grficamente para la re-extraccin:

1. Dibuje una lnea horizontal indicando el electrolito rico deseado Dibuje una lnea horizontal indicando el electrolito pobre

La pendiente y la distancia de las rectas de operacin desde la isotermason conocidas, aunque se sabe que la recta de operacin se ubicar dentrode los lmites conocidos que se muestran ms arriba.

Ms abajo se muestran algunos ejemplos de posibles rectas de operacin:

Paso 3: De lo indicado, proponga una posible solucin para determinarel resto de las incgnitas para una mitad del proceso. (extraccin o re-extraccin).

Evaluacin de la extraccin:La lnea de operacin de extraccin tiene que ubicarse entre los valoresdeseados de refino y PLS. Su pendiente y posicin son desconocidos hastaeste momento. Sin embargo, para este ejemplo, comenzaremos con elsupuesto de que la razn O/A de extraccin ser 1/1.

Ahora necesitamos determinar qu tan cerca estar la lnea de operacinde la isoterma de extraccin.


Figura 20: Lmites Extrac. Cu Acuoso

Figura 22: Lneas Operacin Extraccin

Figura 21: Lmites Re-extrac. Cu Acuoso

Figura 23: Lneas Operacin Re-extraccin

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Isoterma de ExtraccinRefino de Cu PLS Cu

3,5

Cu Acuoso (gpl)

Cu

Org

nic

o (g

pl)

Isoterma de Re-extraccin

Cu Orgnico (gpl)

Cu

Acu

oso

(gpl

)

60

55

50

45

40

35

301 2 63 4 5

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Isoterma de ExtraccinRefino de Cu PLS Cu

3,5

Cu Acuoso (gpl)

Cu

Org

nic

o (g

pl)


Cu Orgnico (gpl)

Cu

Acu

oso

(gpl

)

60

55

50

45

40

35

301 2

Cu ER

6

Cu EP

3 4 5

Lneas potenciales deoperacin

Lneas potenciales de operacin

Objetivo Cobre electrolito Ricot

Electrolito Pobre

Como se muestra ms arriba, si la lnea de operacin est muy cerca dela isoterma (en rojo), entonces sern necesarias ms de dos etapas. Si lalnea de operacin est demasiado lejos de la isoterma, se requerirnmenos de dos etapas.

Se necesita elegir la posicin de la lnea de operacin de manera quecuadren solamente dos etapas de extraccin, segn se muestra en verdeel diagrama de ms abajo.

La potencial solucin de la isoterma de extraccin entrega valores deorgnico cargado y orgnico descargado para la evaluacin junto con laisoterma de re-extraccin. La lnea de operacin debe cruzarse con lospuntos que corresponden al valor del orgnico cargado y al electrolitorico, y al valor del orgnico descargado y el electrolito pobre. Al completarlos diagramas McCabe-Thiele se obtiene una indicacin del nmero deetapas requeridas para cumplir con esas condiciones.


Figura 24: Opciones de la Lnea de Operacin en Extraccin

Figura 25: Posicin de la primera iteracin en Lnea de Operacin de Extraccin

Cu de Refino

Isoterma de Extraccin

Cu Acuoso (gpl)

Cu

Org

nic

o (g

pl)

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cu PLS

Cu de Refino


Cu Acuoso (gpl)

Cu

Org

nic

o (g

pl)

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cu PLS

Figura 26: Anlisis de la Re-extraccin Resultante


Como se muestra en este ejemplo, la primera solucin propuesta no escorrecta para una extraccin O/A = 1/1. Cuando conectamos los dosextremos de la lnea de operacin (punto 1: EP, Cu orgnico descargadode isoterma de extraccin) y trazamos las lneas horizontales y verticalespara nuestra separacin por etapas, no cuadramos necesariamente con lasdos etapas especificadas de re-extraccin.

Por lo tanto, el paso 3 debe repetirse con una nueva propuesta de solucin.Nuestra solucin propuesta inicialmente dio como resultado un nmeromenor de etapas de re-extraccin que las requeridas, indicando que nuestrosistema propuesto tiene la capacidad de transferir ms Cu que el que sele haba solicitado a una razn O/A de extraccin de 1/1. Por consiguiente,necesitaremos seleccionar una nueva y ms baja razn O/A de extraccin.Si el anlisis hubiera indicado que se requeran ms de dos etapas de re-extraccin, habramos tenido que seleccionar una razn ms alta O/A deextraccin.

Una vez ms, las lneas de operacin con la nueva pendiente se dibujancon la posicin cambiada bajo la isoterma de extraccin hasta que secumpla la condicin de tener dos etapas de extraccin. Los nuevos valoresdel orgnico cargado y del orgnico descargado son re-evaluados en laisoterma de re-extraccin, y se repite el proceso hasta que se cumplantodas las condiciones.

Objetivo de Cu Electrolito Rico


Cu Orgnico (gpl)

Cu

Acu

oso

(gpl

)

60

55

50

45

40

35

300 2 3 4 5 6

Cu Electrolito pobreX

X

Figura 27: Solucin de Extraccin

Despus que se haya completado las iteraciones , podemos responder laspreguntas formuladas al comienzo de este ejemplo:

Qu razn O/A en re-extraccin se requiere para lograr el electrolitode avance? 4,43

Qu razn O/A en extraccin se requiere para lograr la recuperacindeseada? 0,84

Cul ser el valor del orgnico cargado? 5,10 Cul ser el valor del orgnico descargado? 1,71


Figura 28: Solucin de re-extraccin

Cu Refino

Isoterma de extraccin

Cu Acuoso (gpl)

Cu

Org

nic

o (g

pl)

6

5

4

3

2

1

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Cu PLS

Lnea de operacincorrespondiente a0.84/1 O/A

Objetivo de Cu Electrolito Rico


Cu Orgnico (gpl)

Cu

Acu

oso

(gpl

)

60

55

50

45

40

35

300 2 3 4 5 6

Cu Electrolito pobre

Orgnico descargado= 1.7 gpl Cu

Orgnico Cargado= 5.1 gpl Cu

Dos etapas de re-extraccincuadran adecuadamente


Alternativamente, en vez de reducir la extraccin O/A (disminuyendo elflujo orgnico o aumentando la produccin mediante el incremento delflujo PLS), podramos operar el circuto 2E+2RE con una concentracinms baja del extractante. Esto requiri nuevas isotermas y una repeticindel anlisis desde el paso 1.

En vez de cuadrar primero las etapas bajo la isoterma de extraccin, comose hizo en el anlisis de ms arriba, se podra primero cuadrar la divisinde etapas bajo la isoterma de re-extraccin y luego confirmar que losresultados de la extraccin son compatibles con los resultados indicadosde la extraccin. Esto se realizara de la siguiente forma:

1. Iniciar la iteracin escogiendo una razn O/A de re-extraccin, o2. Escoger una razn O/A de extraccin y usarla para calcular la correspondiente razn O/A de re-extraccin

a) Conociendo la razn O/A de extraccin, el PLS dado y la recuperacinde Cu esperada, se puede calcular la diferencia de Cu entre el orgnicocargado (OC) y el orgnico descargado (OD).

b) La diferencia de Cu en el orgnico y en el electrolito determina larazn O/A en re-extraccin y consecuentemente la pendiente de lalnea de operacin de re-extraccin.

El reconocimiento de la interaccin entre los parmetros qumicos yoperacionales es una destreza necesaria para operar una planta de SX.Los resultados del anlisis McCabe-Thiele combinan estos parmetros enun diagrama de manera que todos los efectos queden de manifiesto.Aunque los nuevos metalurgistas pueden absorber los conceptos a travsde clculos manuales, los significativos avances en velocidad y precisinque logra la simulacin computarizada (por ejemplo, el MINCHEM) hantransformado a esta ltima en el mtodo preferido de anlisis.

b) Anlisis McCabe-Thiele para la evaluacin del circuito.

Como se indic anteriormente, los grficos de McCabe-Thiele tambin seusan para evaluar el rendimiento de un circuito operativo. Una vez quese ha generado las isotermas de extraccin y re-extraccin para determinadasalimentaciones, se toman muestras inter-etapas para dar una indicacinsobre la forma en que est operando la planta. Se trazan los valores deorgnico y acuoso para cada solucin que ingresa y sale de las etapas dela planta y se dibujan lneas que conectan los puntos para representar latransferencia de Cu en cada etapa de la planta SX. Con estos datos serealizan diferentes clculos, incluyendo la eficiencia de etapas, carga deCu porcentual, y razones O/A metalrgicas y los resultados son analizadospara medir la forma en que opera la planta.

Creacin del diagramaAsuma que todas las muestras de entrada y salida han sido recogidas yanalizadas para un circuito 2+2, como se muestra en la figura 29:

Este dato es posteriormente trazado en el grfico de la isoterma de extracciny re-extraccin creado previamente.


Figura 30: Puntos de la etapa de extraccin


Figura 31: Puntos de la etapa de re-extraccin

Figura 29 Ejemplo de un circuito 2+2.

E1 E2

RE1 RE2

3 gpl0,78 gpl 0,12 gpl

1,4 gpl4,29 gpl

45 gpl 30 gpl

33,4 gpl

2,08 gpl2,07 gpl

Punto A (PLS, orgnico cargado)Punto B (cobre acuoso E1, orgnico cargado)Punto C (cobre acuoso E1, cobre orgnico E2)Punto D (cobre acuoso E2, cobre orgnico E2)Punto E (cobre acuoso E2, orgnico descargadou orgnico RE 2)

La lnea que conecta los puntos A y E es la lnea de operacin para elcircuito de extraccin

B

D

EC

A

FG

H

I

J

Punto F (cobre acuoso S1, orgnico cargado uorgnico E1)Punto G (Cobre acuoso S1, orgnico S1)Punto H (Cobre acuoso S2, cobre orgnico S1)Punto I (Cobre acuoso S2, cobre orgnico S2)Punto J (Electrolito pobre, orgnico descargadou orgnico S2)


La lnea que conecta los puntos F y J es la lnea de operacin para el circuitode re-extraccin.

El grfico de ms arriba entrega informacin significativa sobre elrendimiento del circuito, incluyendo eficiencia de etapas, carga porcentualde Cu y razones O/A metalrgicas.

La construccin del diagrama McCabe-Thiele otorga al operador unaindicacin visual de la forma en que est funcionando la operacin enrelacin a la capacidad del orgnico en el circuito. Basndose en la formay ubicacin de los componentes del diagrama el operador puederpidamente ubicar las reas donde existe oportunidad de mejoramiento.

Clculo del % de recuperacin de Cu100 x(gpl Cu en PLS gpl Cu en Refino) / (gpl Cu en PLS) = Porcentajede Recuperacin

En plantas con ms de una corriente de alimentacin de PLS, la recuperacinde cobre, puede calcularse individualmente para cada corriente oconjuntamente para la planta en total, ponderando por los diferentes flujosmsicos de cobre. Cuando todas las corrientes son de igual composicin,el clculo puede simplificarse, ponderando directamente por lasrecuperaciones individuales, por flujos volumtricos de PLS.

Eficiencia de etapasLa distancia entre la isoterma y los diagramas McCabe-Thiele indica laeficiencia con que est funcionando cada etapa. A una eficiencia del 100%(o 100% de eficiencia del mezclador), el punto que representa lasconcentraciones de cobre orgnico y acuoso que salen de cada etapa deberaubicarse sobre la isoterma.

A continuacin se muestra un ejemplo grfico del clculo de las eficienciasde etapas con los diagramas McCabe-Thiele:


Figura 32: Eficiencia de etapas

[Cu]Orggpl

[Cu] Acu gpl

C B

A

La distancia AB / AC x 100 es la aparente eficiencia de etapa para esaetapa. El acercamiento al equilibrio puede depender de una serie defactores tales como la calidad del reactivo/ orgnico, tiempo de retencinen el mezclador, razn O/A en el compartimiento de mezcla, diseo delmezclador, etc. Una baja eficiencia de etapas puede producir un importanteefecto en la recuperacin de cobre y debera ser monitoreada en formarutinaria.

En vez del mtodo combinado descrito ms arriba, tambin se puedenusar los mtodos de Murphree para calcular las eficiencias sobre la basede los acercamientos individuales al equilibrio de la solucin de la faseacuosa u orgnica.

Carga porcentual de cobreLa distancia entre el valor del orgnico cargado y la parte superior de laisoterma de extraccin indica la cantidad libre de extractante disponiblepara una carga adicional de cobre. Un bajo porcentaje de carga puedeaumentar la carga de fierro en el orgnico.

Como se muestra en el diagrama ms abajo, la razn de AB a AC definela carga porcentual. En general, mientras ms alta la carga porcentual,existe una menor la recuperacin de cobre pero una mayor transferencianeta de cobre del orgnico (gpl Cu / v/o reactivo).


Figura 33: Porcentaje de carga de Cu

Razn Metalrgica O/ALa lnea de operacin tambin nos permite confirmar las tasas de flujorelativo hacia el circuito. Cuando la planta se encuentra en equilibrio, larazn O/A calculada de las tasas de flujo es igual a aquella calculada porlos valores de transferencia de Cu en orgnico y acuoso entregados porlos resultados metalrgicos. A partir de clculos estndar de balance demasa sabemos que el flujo que entra en una etapa es igual al flujo que salecuando no existe acumulacin o disminucin de material dentro de esaetapa. Por lo tanto:

[Cu]Orggpl

Acu [Cu] gpl

A

B

C


Reemplazando la ecuacin y reorganizando los trminos nos da:

Por lo tanto, cuando la planta se encuentra en equilibrio, la O/A de losflujos es igual a la O/A metalrgica. El mismo clculo puede realizarsepara re-extraccin, y nos da:

Flujo OrgnicoFlujo electrolito

Nota: Las razones O/A pueden ser calculadas para todas las etapas.Cuando dos o ms etapas estn en serie, la razn O/A para cada etapaser constante si la planta tiene un comportamiento estable durante elmuestreo.

10.6 Servicio de Evaluacin y Diseo del circuito.

Para evaluar el rendimiento de una operacin SX, Cytec entrega un softwarea sus clientes y trabaja directamente con estos y con las compaas deingeniera. Este software permite una rpida evaluacin del rendimientodel circuito o de los criterios de diseo usando las tcnicas McCabe-Thieledescritas ms arriba.

Software MINCHEM

MINCHEM es el software de modelacin de extraccin por solventes depropiedad de Cytec. Se usa para producir balances de masa y hojas deflujo para el diseo y optimizacin de los circuitos SX. Una versin de esteprograma, llamado MEUM, se encuentra disponible bajo licencia paralos clientes de Cytec en todo el mundo.

MINCHEM y MEUM dan a los operadores la posibilidad de evaluardiversas condiciones de alimentacin del circuito, configuraciones deplanta y formulaciones de reactivos. Los programas ayudan a identificarel extractante ptimo para cualquier condicin del circuito y elegir losparmetros operativos de la planta que permitirn lograr los mejoresresultados metalrgicos.

(Cu electrolito rico Cu electrolito Flujo pobre) (Cu orgnico cargado Cu orgnico descargado)

=

(Cu PLS Cu Refino)(Cu orgnico cargado Cu orgnico descargado)

Flujo Orgnico/Flujo PLS =

Cu ingresa = Cu sale

Cu hacia extraccin =

Cu desde extraccin = flujo PLS x Cu Refino + Flujo orgnico x Cu orgnico cargado

flujo PLS x Cu PLS + Flujo orgnico x Cu orgnico descargado

Figura 34: Serie 2+1 con 6 vol% M5774


Las evaluaciones se basan en la construccin de diagramas de McCabe-Thiele usando isotermas reales o simuladas. Un circuito o las opciones deun circuito pueden ser fcilmente modeladas una vez que se conocen unaspocas variables. Los siguientes datos son necesarios para iniciar un diseopreliminar:

Ley del Cu en PLS y pH Concentracin y tipo de extractante Razn O/A de extraccin deseada o recuperacin de cobre deseada (%) Concentracin de Cu en electrolito pobre (gpl Cu) y acidez (gpl H2SO4) Objetivo de electrolito rico (gpl Cu) o razn O/A de re-extraccin deseada Configuracines de circuito

El programa entrega rpidas estimaciones de las compensaciones entrecapital y costos operativos para una operacin determinada.

Ms abajo se muestran algunos ejemplos de los resultados del MINCHEM.

Figura 35: Serie 1+2+1 con 12 vol% M5774

Mixer-Settler

SE= 92%OA= 1,10

E1

Mixer-Settler

SE= 92%OA= 1,10

E2

1,09

2,13

2,00 gplPLS

Raffinate 0,20 gpl(R= 90,09%)

2,96 gpl

1,33 gpl Stripped (55,3%)(UOT=0,27)

1,33 gpl

Mixer-SettlerSE= 95%OA= 9,16

S1

2,96 gpl

Loaded (89,6%)

50,01 gpl

35,00 gplSpent

Advance

Mixer-Settler

SE= 92%OA= 1,10

E1

Mixer-Settler

SE= 92%OA= 1,10

E2

0,72

4,45

2,00 gplPLS


5,61 gpl

2,36 gpl Stripped (57,9%)(UOT=0,27)

2,36 gpl

Mixer-SettlerSE= 95%OA= 4,62

S1

5,61 gpl

Loaded (84,7%)

50,01 gpl

35,00 gplSpent

Advance

Mixer-Settler

SE= 92%OA= 1,10

E3


3,96

2,00 gplPLS

MINCHEM tambin permite al operador o metalurgista anticipar cambiosen las condiciones de alimentacin y realizar los cambios operativosadecuados para optimizar el proceso. Por favor, pngase en contacto conla oficina regional de Cytec para obtener mayor informacin.

10.7 Clculos metalrgicos adicionales

Los resultados de los clculos se usan para evaluar y disear operacionesde SX de Cu, de muchas de las cuales se hace referencia en otras reas deeste Manual. La seccin 10.5 sobre el anlisis McCabe-Thiele incluye unarevisin de los siguientes clculos:

Razn O/A (Razn Orgnico/Acuoso) Pendiente de la lnea de operaciones Recuperacin porcentual de Cu Eficiencia de etapas (tcnica grfica) Carga de Cu porcentual Razn O/A Metalrgica

Ms abajo se sealan unos pocos clculos ms comunes con una cortaexplicacin de cada uno de ellos.

Porcentaje en volumen de extractante Eficiencia de etapas (mtodo en terreno) Produccin de Cu (estimacin de Cu que se transfiere a EO disponible

para la produccin) Transferencia Operativa de la unidad (Transferencia neta) Concentracin de Reactivo esperada Selectividad Cu:Fe Purga del electrolito requerida

Porcentaje en Volumen de Extractante (vol%)Volumen % = Carga mxima de Cu / Factor de capacidad de carga de Cudel Extractante

Se puede generar una curva de carga para una concentracin de cido/cobremediante la mezcla de una fase acuosa rica en cobre con el orgnico,separando el acuoso y repitiendo el proceso con la fase acuosa fresca doso tres veces. Esto cargar el orgnico al equilibrio. La curva de carga puedeluego ser usada para determinar la concentracin de reactivo.


Figura 36 Curva de carga.

4

2

1,5

1

0,57

0,55

0,52

0,50

Cu Orgglp

pH

pH(Acido)

Cu Org(glp/v/o)


La concentracin del reactivo se calcula cargando el orgnico de la plantacon una solucin de carga de cobre preparada (la carga mxima) yusando una cifra conocida de captacin (gpl Cu/v/o) para el extractantea ese pH.

EjemploSi la carga mxima = 5.67 gpl Cu y la captacin = 0.567 gpl/vol% , entoncesla concentracin del reactivo = 5.67/0.567 = 10 v/o.

Cytec recomienda el uso de una solucin de carga especialmente preparada(ajustada a un pH de ~4) para asegurar que se obtenga una verdaderacarga mxima El uso de dicha solucin de carga para la evaluacin de laconcentracin del reactivo asegura que toda la oxima presente en el circuitoha cargado una cantidad estequiomtrica de cobre. Esto otorga unaindicacin del real contenido de oxima en el circuito.

Eficiencia de etapas estimacin sin isotermas completasAunque el anlisis McCabe-Thiele completo es el mejor mtodo paraevaluar un circuito y la eficiencia de su mezclador, un mtodo alternativopara calcular la eficiencia de mezcladores especficos puede usarse enterreno.

Tome las soluciones que ingresan a un mezclador y mzclelas en un vasode precipitados a la razn O/A de la planta por 10 minutos. Separe lassoluciones equilibradas en acuosa (a) y orgnica (b) y analcelas. Tambinanalice el Cu del orgnico que ingresa al mezclador (c), el Cu en acuosoque entra al mezclador (d) , el Cu del orgnico que sale del mezclador (e)y el Cu en acuoso que sale del mezclador (f). La eficiencia de etapas secalcula luego mediante la siguiente frmula:

Figura 37 Eficiencia de etapa.

c: org. que entra almezclador

d: acu. que entraal mezclador

e: org. que saledel mezclador

f: acu. que saledel mezclador

a: acu. de muestraequilibrada delmezclador

b: org. de muestraequilibrada delmezclador

Eficiencia de etapa =(c - e)2 + (d - f)2

(c - b)2 + (d - a)2*100%

Balance de masa de Cu Estimacin del Cu disponible para produccinO ms especficamente, estimacin de Cu transferido en la SX disponiblepara la produccin de Cu en EO.

Produccin basada en PLS(Cu PLS gpl) x (Recuperacin porcentual) x (Tasa de Flujo PLS lpm) x (1,44) = kg/dao(Cu PLS gpl) x (Recuperacin porcentual) x (Tasa de flujo PLS lpm) x (1.44) = kg/da

Produccin basada en orgnico(Org. Cargado [Cu] Org. descargado [Cu]) x (Tasa de Flujo Org. lpm) x (1,44) = kg/dao(Org. Cargado [Cu] Org. descargado [Cu]) x (Tasa de Flujo Org. lpm) x (1.44) = kg/da

Produccin basada en el electrolito(Cu electrolito rico gpl Cu Electrolito pobre gpl) x (Flujo electrolito lpm) x (1,44) = kg/dao(Cu Electrolito rico gpl Cu Electrolito pobre gpl) x (Flujo electrolito lpm) x (1.44) = kg/da

Cuando una planta opera en equilibrio, las estimaciones de produccinbasadas en los tres balances de masa deberan ser iguales (dentro de loserrores analticos y del medidor de flujo)

Transferencia neta de cobre

Transferencia neta = (Orgnico Cargado [Cu] Orgnico descargado [Cu])concentracin de reactivo (vol%).

La transferencia neta depende en alto grado de todos los factoresoperacionales y metalrgicos que afectan los valores de la carga de Cu yde re-extraccin de Cu. Para destacar esta dependencia de las condicionesoperacionales (razones O/A, etc.) la Transferencia Neta suele recibir elnombre de Transferencia unitaria operacional.

El mismo extractante puede lograr distintos valores para la TransferenciaNeta. Por ejemplo, para optimizar el ajuste de la etapa bajo la isoterma,se puede cambiar la razn O/A mediante el aumento o la reduccin delos flujos para cuadrar con los flujos de alimentacin.

El diagrama de ms abajo muestra un circuito 1 + 1 que opera bajo dosrazones O/A de extraccin, teniendo como objetivo el mismo electrolitorico.



Como se muestra, es posible optimizar la transferencia de cobre delorgnico operando a razones O/A ms bajas en extraccin (lnea deoperacin azul). Sin embargo, este mayor uso del orgnico es contrarrestadopor menores recuperaciones.

Toda operacin debera considerar el balance entre recuperacin ytransferencia neta de orgnico.

Concentracin requerida del reactivo

Como se analiz ms arriba, la Transferencia Neta vara de operacin enoperacin para el mismo extractante. Una rpida regla general usada enla industria es 0.3 gpl Cu transferido por v/o de extractante, dependiendode la configuracin de la planta, condiciones de la solucin, etc..

Selectividad del cobre sobre el fierroLa selectividad del cobre sobre el fierro es un aspecto muy importante enla extraccin por solventes de cobre . En muchas plantas comerciales deSX de cobre, la mayor parte de la transferencia de Fe desde PLS al electrolitose realiza a travs de medios qumicos ms que por arrastre. Laconcentracin de Fe en el electrolito se controla mediante purgas de unaparte del electrolito pobre reemplazndola con cido y agua fresca. Comoel electrolito contiene metales y otros compuestos de valor, la purga tieneun costo directo para la operacin. Los costos anuales por este conceptopueden alcanzar los millones de dlares especialmente cuando se usa unextractante menos selectivo.

Por otro lado, algunas operaciones con un alto contenido de manganesoen PLS requieren una transferencia adicional de fierro a la nave para evitarla oxidacin del Mn. En estos casos, puede ser necesario un reactivo menosselectivo para transferir ms Fe. Pero generalmente las operaciones puedenmantener un mejor control sobre el Fe del electrolito a travs de otrosmtodos (i.e., adicin de sulfato ferroso)

CuOrg(gpl)

O.D.

Cu Ac (gpl)

PLS

CuAc

(gpl)E1

E1

Lneas de operacin

Cu Org (gpl)

O.D.

S1

Figura 38: Efecto O/A sobre la transferencia neta

Cu PLS x % Recuperacin Cu esperadaExtraccin O/A x Transferencia Neta

=Concentracin (vol%)Extractante


Dos mtodos comunes para describir la transferencia qumica del fierroson:

Razn de transferencia de Cu a Fe

(Concentracin de Cu Org. cargado concentracin de Cu orgnico descargado)(Concentracin de Fe Org. cargado concentracin de Fe orgnico descargado)

Razn de rechazo de Cu a FeConcentracin de cobre de orgnico cargado dividido por concentracinde Fe de orgnico cargado. Mientras ms alta la razn de rechazo, msCu en el orgnico por unidad de Fe.

La carga porcentual de cobre, la formulacin del reactivo, el pH de PLSy la concentracin de fierro tienen un efecto en la cantidad esperada detransferencia de fierro.

Purga requerida del electrolitoLa purga requerida del electrolito se basa en la cantidad de electrolito quedebe ser vaciado del sistema (y normalmente, agregado al refino o alestanque PLS para retener Cu) con el propsito de mantener impurezasdel electrolito bajo su nivel mximo. En la mayora de las operaciones deSx de Cu, cuando se purga por exceso de Fe, es para mantener este en unaconcentracin entre 1,53 gpl, dependiendo de las condiciones especficasde operacin.

Nuevamente usamos un enfoque estndar de balance de masa para estimarla purga requerida para mantener una concentracin determinada delobjetivo. El flujo de masa entrante es igual al flujo de masa saliente enestado estacionario. Para el fierro, el flujo que ingresa, normalmente tomala forma de una transferencia qumica y fsica (PLS arrastrado en orgnicocargado).

Fe (entra)= Flujo orgnico [([Fe]OC - [Fe]OD) + A/O en E1(ppm) x 10-6 x[Fe] PLS

Fierro (sale) = tasa de purga x [Fe] max en electrolito.

O:

Purga estimada =[(FlujoOrg*([Fe]OC -[Fe]OD) + Flujo Org* (ppmAenO / 1,000,000* [Fe] PLS)]

[Fe]EP Max. esperado

Como ejemplo, para las siguientes condiciones:

Flujo orgnico 1000 m3/h Fe en OC 0,006 gpl Fe en OD 0,001 gpl Arrastre A/O en E1 (Orgnico cargado) 500 ppm Fe en PLS 3 gpl Limite mximo de Fe en electrolito 2 gpl

El descarte requerido de electrolito, para mantener el lmite 2 gpl de Fe es:

1000 (0,006-0,001) + (1000 x 500 x 10-6 x 3) = Q descarte x 2

De aqu:Q descarte = 3,25 m3/h

El costo real del descarte vara dependiendo del lugar, sin embargo sedeberan considerar varios elementos, incluyendo: prdida de aditivos deelectrolito (cobalto, agente afinador de grano, supresores de niebla, etc.)as como tambin prdida de cobre, costos de reprocesamiento de cobrey cido (dependiendo de la operacin). Este valor puede alcanzar millonesde dlares al ao. Por esto es que la mayora de las operaciones que llevana cabo el descarte para el control del Fe ponen mucho nfasis en laselectividad de los extractantes.

10.8 Consideraciones fsicas

El comportamiento de una planta SX depende tanto de aspectos fsicoscomo qumicos. Varios factores relacionados con el rendimiento fsico dela planta se miden durante un perfil del circuito, pero slo algunos sernrevisados aqu. Estos son: continuidad de fase del mezclador, separacinde fase, arrastre, borras y tratamiento de arcilla.

Continuidad de faseSe produce una dispersin continua de orgnico cuando pequeas gotasdel acuoso se dispersan en una matriz orgnica. La operacin continuadel orgnico se usa para minimizar las prdidas orgnicas ya quetericamente, no existen gotas de orgnico en la dispersin.

Se produce una dispersin continua de acuoso cuando gotas de orgnicose dispersan en una matriz acuosa. Como resultado de que el acuoso seala matriz, la dispersin es conductora de la electricidad.

Como regla general, la continuidad de la fase acuosa conduce a un acuosoreducido en el arrastre de orgnico. Sin embargo, no sucede siempre asy cada operacin deber evaluar su propia preferencia de continuidad. Enalgunos casos, las prdidas orgnicas han sido minimizadas por unaoperacin manteniendo continuidad acuosa en la etapa de refino.



Tiempo de separacin de fasesEl tiempo que las fases orgnica y acuosa se demoran en separarse sellama el tiempo de separacin de fases y se mide en segundos. Es de sumaimportancia para el rendimiento de la planta. Si la separacin de fases esmuy rpida, el arrastre de la fase dispersa hacia la fase continua ser alto,ya que no habr tiempo suficiente para que las gotas puedan coalescer.Por el contrario, si la separacin de fases es muy lenta, el rea que no seha separado se mover ya sea sobre el vertedero de orgnico o bajo elvertedero de acuoso.El tiempo que tomen las dos fases para separarse est determinado porvarios factores, incluyendo el grado de contaminacin o degradacin dela fase orgnica, la presencia de slidos que se desplazan en el circuito yla presencia de contaminantes activos en la interfase.

Arrastre: "acuoso en orgnico" y "orgnico en acuoso"La separacin de las dos fases despus de la mezcla nunca es perfecta. Lafase residual o de arrastre se traspasa a la siguiente fase o abandonacompletamente el circuito SX. El clima fro y la alta turbidez de PLS sondos razones principales para el aumento del arrastre.

El arrastre de acuoso en orgnico trae como resultado la transferencia deimpurezas desde el PLS al electrolito (en orgnico cargado) y la transferenciade electrolito hacia la seccin de extraccin (en orgnico descargado). Lasimpurezas del electrolito ms comunes incluyen el fierro, el manganesoy el cloro. Normalmente, el arrastre de acuoso en orgnico es peor cuandola dispersin es orgnica continua ms que acuosa continua, pero una vezms este supuesto debe entenderse solamente como una gua.

El arrastre de orgnico en acuoso es la principal fuente de prdida orgnica.Los mezcladores se mantienen regularmente en continuidad orgnica siel acuoso de esa etapa abandona el sistema de la planta SX (es decir, elrefino). Sin embargo, en muchas situaciones se requiere de una operacinque funcione en lo que muchos consideran condiciones no regulares,como una compensacin para permitir un rango ms amplio de otrosparmetros de operacin. A veces las operaciones han funcionado a razonesO/A en extraccin bajo 0,5/1 y, consecuentemente, han funcionado enetapas de refino con mezcladores en continuidad acuosa. A pesar de las

Figura 39: Continuidad Fase Orgnica Figura 40: Continuidad Fase Acuosa

Antes de la mezcla Mezcla Decantacin Mezcla DecantacinAntes de la mezcla


condiciones no regulares, sus prdidas por arrastre de orgnicopermanecen similares a aquellas medidas bajo la continuidad orgnica.La regla general de continuidad/arrastre pretende ser una gua y no debeimpedir que los operadores consideren otras opciones cuando existanbeneficios significativos.

Borras (crud)Las borras son mayoritariamente una mezcla semi-estable de orgnico,acuoso, aire y partculas de polvo (finos). Se producen en el extremo delvertedero del decantador en la interfase entre las fases acuosa y orgnica.La formacin de borras es inevitable y sucede en todas las plantas SX.

Los contribuyentes a la formacin de borras son la alta turbidez del PLS,orgnicos en el mineral y otros contaminantes (por ejemplo, aceites demotor). Las borras tienden a compactarse ms densamente cuando elmezclador es operado en continuidad orgnica. Las borras compactadasen la interfase normalmente no causan problema. Sin embargo, las borrassuspendidas en la fase orgnica se mueven fcilmente y, si no soncontroladas, pueden finalmente causar una contaminacin del electrolito.Las borras suspendidas se producen ms frecuentemente en losdecantadores donde el mezclador es operado en continuidad acuosa.

Las borras se controlan bombeando constantemente los decantadores cercade los vertederos y separando el orgnico mediante filtros o con centrfugas.El movimiento de borras se reduce tambin manteniendo adecuadasprofundidades de banda orgnica en los decantadores.

Si se aplican de manera adecuada, los floculantes y coagulantes en lascorrientes PLS pueden ayudar a reducir la cantidad de slidos que ingresana una planta SX. Se debe poner ,eso si, mucha atencin a que esos productosno sean dosificados de manera exagerada en el sistema. Es muy importantepermitir que pase el tiempo suficiente para que las partculas floculadasdecanten del PLS antes que ingresen a la planta SX. De otro modo, laspartculas ms grandes formarn ms borras en vez de removerlas delsistema.

Tratamiento con arcillaCuando el orgnico est contaminado, el tiempo de separacin de fasesaumenta. Para retirar los contaminantes tensoactivos se aplica arcillamontmorillonita o bentonita activada por cido en dosificaciones de 10-50 gpl. Esto permite que las fases se separen ms rpidamente.

La contaminacin puede ser monitoreada por una evaluacin regular dela tensin interfacial.


10.9 Servicio Tcnico de Cytec

El Servicio Tcnico es una parte integral del enfoque de Cytec a la extraccinpor solventes de cobre. Para brindar servicio efectivo a los principalesmercados en el mundo, Cytec mantiene laboratorios de Servicio Tcnicoen Phoenix, Arizona, USA; La Reina (Santiago), Chile; Melbourne, Australia;Johannesburgo, Sudfrica; y Kitwe, Zambia. Estas instalaciones entreganun soporte tcnico directo al cliente en sus mercados regionales.

Las funciones del servicio tcnico para la minera incluyen: seguridad,capacitacin, asistencia en el manejo medioambiental, anlisis mineralgico,interpretacin estadstica y anlisis qumicos a travs de sofisticadastcnicas instrumentales. (por ejemplo, espectrometra de masa).

A continuacin se describe algunos de los servicios principales:

Perfil de plantaCytec regularmente realiza perfiles del circuito para optimizar elrendimiento y reducir costos. Estos perfiles tienen componentes en laplanta y fuera de ella. Los servicios en planta incluyen el muestreo detodas las corrientes que ingresan y salen del circuito SX, realizando uncompleto perfil fsico y analizando la operacin en detalle con el personalde la planta. Los servicios que se ofrece fuera de la planta incluyen lapreparacin de isotermas y el anlisis de muestras de metales y parmetrosoperacionales (por ejemplo, Cu, Fe, Mn, y Co, junto con la acidez, tensinsuperficial, tensin interfacial y viscosidad).

Posteriormente, se prepara un detallado anlisis del rendimiento de laplanta con el MINCHEM. El resultado se analiza con el cliente.

MEUMEl software de simulacin de SX de Cytec, MEUM, se encuentra disponiblepara el personal metalrgico y operativo del cliente, junto con elcorrespondiente entrenamiento. Este paquete de software es unaherramienta de incalculable valor para la evaluacin del rendimiento enSX, la optimizacin de la planta y la prediccin del rendimiento metalrgicode las nuevas opciones de circuito. Cytec ampla y mejora el MEUMconstantemente, entregando versiones actualizadas tan pronto como seencuentren disponibles.

Estudios en planta piloto a escala laboratorioLos estudios en laboratorio y en planta piloto se realizan idealmentecuando se dispone de una solucin de lixiviacin insuficiente para realizarpruebas a gran escala. Los equipos de pruebas de Cytec, que viene endistintos tamaos, se usan para evaluar las formulaciones de los nuevosreactivos, probar nuevas configuraciones de circuitos, verificar la


compatibilidad de aditivos ya sea aguas arriba o aguas abajo en el procesoy resolver problemas con soluciones de lixiviacin difciles de procesar.

Capacidades de pruebas en planta piloto a mayor escalaEn la mayora de las regiones, Cytec mantiene equipos para plantas pilotoa mayor escala que pueden ser llevados al sitio de la planta para resolverproblemas, realizar evaluaciones de reactivos y pruebas de compatibilidado ayudar con la capacitacin y con la optimizacin del circuito.

Asistencia en puesta en marchaDurante la puesta en marcha de una nueva planta, Cytec proporcionaasistencia en terreno a travs de uno o ms de sus Especialistas Tcnicosaltamente calificados hasta que el circuito adquiera estabilidad. Algunosaspectos de la asistencia en la puesta en marcha son:

Solucin de Problemas basados en la experiencia Medicin y optimizacin del rendimiento metalrgico y fsico. Tutoras para el operador, centradas en las mejores prcticas Asistencia con la instalacin de un laboratorio de anlisis (por ejemplo,

mtodos de prueba, lista de equipamiento, preparacin de estndaresde anlisis)

Capacitacin del operador SXCytec frecuentemente entrega capacitacin tcnica al personal metalrgicoy de operaciones en las instalaciones del cliente. Esta se plantea como unarevisin de contenidos y como una capacitacin avanzada para mejorarla comprensin de la teora y la prctica de la extraccin por solventes decobre.

Anlisis de orgnicoCytec analiza peridicamente el contenido de oximas, modificador y otroscompuestos en muestras de orgnico de forma tal que se pueda monitorearla razn oxima:modificador y se determina el nivel de aldehdo/cetona,ya que este es una indicacin de la extensin de la hidrlisis en la oxima. El cobre se re-extrae y se analiza el orgnico usando cromatografa a gasconectada a un espectrmetro de masas. En algunos casos tambin seremueve el diluyente antes del anlisis. Los ndices inusualmente altosque aparezcan en el trazo de la CG pueden ser investigados posteriormentemediante espectrometra de masas de alta resolucin o espectrofotometrainfrarroja. Tambin se usa la cromatografa lquida de alta presin paraeste propsito.

Cytec tambin opera amplias instalaciones de anlisis en Stamford yBlackley (Ver Investigacin y Desarrollo ms abajo), permitiendo unaidentificacin cualitativa de contaminantes slidos y qumicos (por ejemplo,surfactantes).


Investigacin y Desarrollo de CytecCytec Mining Chemicals mantiene centros de Investigacin y Desarrolloen Stamford, Connecticut, USA; Blackley, Manchester, Reino Unido;Welland, Canad, y La Reina (Santiago), Chile. En total, ms de veintecientficos e ingenieros estn dedicados a los reactivos para la extraccinpor solventes. Cytec mantiene una relacin muy cercana con sus clientes,sucursales y de fabricas, y es responsable por el desarrollo de productosy procesos, tcnicas de aplicacin, y cumplimiento con las normasgubernamentales.

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SECCION 10 Extraccion Del Cobre Por Solventes

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