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CobreQu es el Cobre?PropiedadesAleacionesUsos

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Cmo se produce el cobre?

Vista area de la planta deextraccin por solventes FaenaRadomiro Tomic.

Lixiviacin de pilas Extraccin por solventes

Tcnicos - Universitarios / Lixiviacin

Extraccin por solventes (SX)La extraccin por solventes (SX), es uno de los procesos msefectivos y econmicos para purificar, concentrar y separar losmetales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas,provenientes de procesos de lixiviacin. Este proceso encuentra suprincipal aplicacin en la produccin de cobre, especficamente en laseparacin selectiva de metales, que luego se recuperan mediante elproceso de electroobtencin, a travs de soluciones de sulfato decobre. Tambin se utiliza para la recuperacin de uranio, vanadio,molibdeno, zirconio, tungsteno, renio, elementos de tierras raras,metales preciosos, cadmio, germanio, berilio y boro, entre otros.

Bsicamente, la extraccin por solventes es una operacin detransferencia de masas en un sistema de dos fases lquidas. Se llamatambin intercambio inico lquido y se fundamenta en el principiopor el cual un soluto o ion metlico puede distribuirse en cierta proporcin entre dos solventesinmiscibles, uno de los cuales es usualmente acuoso y el otro un solvente orgnico como benceno,kerosene, cloroformo o cualquier solvente inmiscible al agua.

Lo anterior es posible debido a que ciertos reactivos qumicos orgnicos, tienen un alto grado deafinidad selectiva con determinados iones metlicos, formando compuestos organometlicos y a su vez,no tienen casi ninguna afinidad con iones contaminantes tales como iones de hierro, calcio, magnesio,aluminio, etc.

Por esta razn, la principal aplicacin de la extraccin por solventes es la separacin selectiva demetales. La posterior obtencin de dichos metales se realiza mediante un proceso de electro obtencinaplicada a soluciones de sulfato de cobre.

Objetivos del proceso de extraccin por solventes

El proceso de extraccin por solventes (SX), se incorpora como parte de un sistema integral derecuperacin de hidrometalurgia. En la mayora de los casos, al integrar el proceso de SX en un crculometalrgico se busca cumplir los siguientes objetivos:

La separacin y purificacin de uno o ms metales de inters de las soluciones que los

Extraccin por solventes Etapas y mecanismos Reactivos orgnicos



contienen, las que suelen tener impurezas. La separacin consiste en extraer el o los metalesdeseados desde soluciones o a la inversa, extraer las impurezas de la solucin, dejando el o losmetales deseados en ella. Concentracin de los metales disueltos para disminuir los volmenes a procesar y as reducirlos costos del proceso siguiente (EW para el caso del cobre). Transferencia de los metales disueltos desde una solucin acuosa compleja a otra solucinacuosa diferente, que simplifique el proceso siguiente.

La incorporacin de la extraccin por solventes dentro de la metalurgia es de gran inters para eldesarrollo de las siguientes operaciones especficas:

La recuperacin selectiva de un solo metal desde una solucin de lixiviacin, liberndolo desus impurezas y concentrndolo de manera que facilite su posterior recuperacin. Por ejemplo,en la lixiviacin del cobre, la extraccin por solventes se realiza en las soluciones de lixiviacionesdiluidas e impuras, con el fin de traspasar el cobre a una solucin de electrolito puro yconcentrado, que permita realizar la electroobtencin. La separacin conjunta de varios metales desde una solucin, ya que ciertos elementosqumicos como el Cu/Ni/Co, o del V/U/Ti, presentan una similitud de propiedades qumicas.Mediante la extraccin por solventes se separan conjuntamente para su posterior separacindiferencial. La purificacin de soluciones: la extraccin por solventes permite extraer las impurezasdainas o contaminantes de una solucin para dejarla limpia como solucin de partida. Porejemplo, este mtodo se aplica en la purificacin de los descartes de electrolitos de refinera decobre, al eliminar el Fe, As y otras impurezas, lo que limpia la solucin y la devuelve al crculoprincipal.

Dado que en la lixiviacin ocurre la disolucin de otros componentes minerales que se encuentran en lapila, es indispensable realizar la purificacin de las soluciones como una etapa previa a laelectroobtencin del metal.

Etapas y mecanismos de la extraccin por solventes

La extraccin por solventes consiste en un proceso de purificacin y concentracin de solucionesbasada en la separacin del elemento de inters - como el cobre - desde las soluciones de lixiviacin.Para ello se utiliza un medio extractante lquido de alta selectividad al elemento a separar, peroinmiscible en dicha solucin.

En el proceso global de la extraccin por solventes se distinguen tres momentos fundamentales, queconsisten en:

El lquido extractante se agrega a la solucin primaria y se conecta con el ion metlico, quequeda formando parte del extractante. Enseguida, este complejo extractante - ion metlico - es separado de la solucin y llevado auna solucin secundaria en el ion metlico. En esta solucin secundaria se produce la re-extraccin o descarga, es decir, el elemento deinters es nuevamente devuelto a una solucin acuosa, pero exenta de impurezas, ptima para elproceso siguiente de electroobtencin.

En general, en el proceso de extraccin por solventes se reconocen dos etapas fundamentales: la etapade extraccin propiamente tal y la de re-extraccin o stripping, tambin llamada descarga.

Procedimiento bsico

Los sistemas de extraccin por solventes tienen tres componentes bsicos, que son un soluto aextraer, un solvente acuoso y un extractante orgnico. El proceso de extraccin por solventes sebasa en la reaccin reversible de intercambio inico que tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la faseorgnica que corresponde al reactivo extractante disuelto en un diluyente orgnico, y la fase acuosaque corresponde a la solucin. Se pone en contacto la solucin de lixiviacin o fase acuosa con elreactivo orgnico o fase orgnica, y se mezcla fuertemente por agitacin.

El reactivo orgnico contiene una molcula extractante, el que tiene una alta afinidad por el ion metlicoque se quiere recuperar. Este ion de inters es transferido desde la fase acuosa o solucin de lixiviacin



a la orgnica, a travs de la interfase de los dos lquidos no inmiscibles. La mezcla resultante por laagitacin se deja decantar para que se separe en dos capas o fases. La fase superior corresponde a lacapa orgnica, que se mantiene all debido a su menor peso especfico. En esta fase orgnica, que seconoce como fase cargada o fase extracto, se encuentra retenido el ion metlico de inters formandoun complejo orgnico-metlico.

La capa acuosa inferior, denominada fase acuosa o de refino, es una solucin estril respecto de ionesmetlicos y tiene un peso especfico mayor al de la fase orgnica.

Al mezclarse las fases acuosa y orgnica, el equilibrio se ir dando paulatinamente, debido a que latransferencia de masa dentro de un reactor depende de los siguientes factores:

Tiempo de residencia. rea de interfases acuosa/orgnica. Potencial qumico en la interfase.

El equilibrio de la reaccin es el factor ms importante en el proceso de intercambio y esto depende deltamao de los equipos utilizados, la energa consumida en la agitacin y otros factores que afecten enla totalidad de los costos del proceso.

Las dos etapas en que se puede subdividir el proceso, extraccin y reextraccin, pueden serconsideradas una como la inversa de la otra.

Etapa de extraccin o carga del reactivo

La solucin impura proveniente de la lixiviacin en fase acuosa, rica en iones de cobre y con una acidezbaja (pH entre 1,4 y 1,9), se introduce en mezcladores especiales donde se contacta con la faseorgnica de muy bajo contenido de cobre, llamado orgnico descargado.

Como ambas fases son inmiscibles, para realizar la extraccin y mezcla, es necesario aplicar unaaccin mecnica de elementos externos que proporcionan la energa necesaria para este propsito. Almezclarse ambas fases ocurre una transferencia de la especie metlica disuelta en la fase acuosa, laque se desplaza qumicamente con el reactivo extractante en la fase orgnica hasta alcanzar elrespectivo equilibrio qumico. As, se genera una fase orgnica cargada con la especie metlica deinters y una solucin acuosa descargada o refino.

Etapa de reextraccin o descarga del reactivo

La etapa de reextraccin del reactivo consiste en la recuperacin de la especie metlica desde la faseorgnica, con la regeneracin simultnea de las capacidades extractivas de la fase orgnica, lo quepermite ser reutilizada en otra extraccin.

En sntesis, de la etapa de reextraccin se obtiene una solucin de orgnico descargado sin cobre, quees recirculado a la etapa de extraccin, y una solucin rica en iones de cobre de baja acidez, la que esenviada a la siguiente etapa, la electroobtencin.

Ejemplos tpicos de SX

En la hidrometalurgia del cobre, las configuraciones ms usadas en la extraccin por solventes sonetapas en serie de extraccin, lavado y descarga, como por ejemplo: dos de extraccin, una de lavado ydos de descarga; dos de extraccin, una de lavado y una de descarga.

En algunos casos se agrega una o ms etapas de extraccin en paralelo y, en otras, la etapa de lavadono se utiliza.

Reactivos extractantes usados en SX para recuperacin de cobre

El principal constituyente del solvente o fase orgnica es el reactivo orgnico o extractante, aquel quetiene la capacidad de formar complejos orgnicos con el elemento que se desea extraer. En unprincipio, estos agentes extractantes estaban limitados para funcionar de acuerdo con un rango de pH yconcentracin de cobre en las soluciones que se trataban, pero en la actualidad se utilizan en un rango



ms amplio de soluciones provenientes de lixiviacin.

Existe una amplia gama de propiedades que son usadas como patrn para seleccionar un extractanteen particular. En necesario considerar que es poco probable que exista un reactivo que rena todas laspropiedades que se desean, ya que a menudo stas se encuentran en contrastes unas de otras.

Reactivos extractantes usados comercialmente

En la siguiente tabla se presenta un listado en que se muestra el nombre y la respectiva descripcinqumica de algunos reactivos extractantes, usados en diversas aplicaciones industriales pararecuperacin de metales por SX.

Nombre comercial y descripcin qumica de algunos extractantes de SX usados enla industria para recuperacin de metales.

Alamine Tricaprilamina

Cyanex 272 cido di-2,4,4 trimetril Pentil fosfnico

Cianex 301 cido bis/2,4,4 trimetril gentil fosfino ditioico

Cianex 302 cido bis (2,4,4 Trimetril pentil) Monotiososfinico

DBBP di butil butil fosfato

D2EHPA cido di 2 etil hexil fosfrico

EHEHPA cido di 2 etil hexil fosfnico mono-2 etil- hexil ster

HDDNS cido di dodecil naftalensulfnico

Hostarex Dk - 16 C16H22O2

Kelex 100 7 (5,5,7,7 tetrametil 1 octan 3 il)-8 hidroxiquinolina

Lix 54 Fenil alquil diketona

Lix 70 Oxima de 2 hidroxi 3 cloro 5 nonil benzofenona

MIBK Metil iso butil quejona

NPPA cido nonil fenil fosfrico

SME 529 Oxima de 2 hidroxi 5 nonil acetofenona



TBP Tri butil fosfato

TNOA Tri n Octilamina

Topo xido de tri n Octilifosfina

Prdidas de extractante

Las prdidas de extractantes tienen gran importancia en la viabilidad econmica de una planta. Estasocurren principalmente por evaporacin, solubilidad o entrampamiento durante el procesamiento. Ascomo la solubilidad es sensible al pH, las prdidas tambin son dependientes de la acidez y, ms an,teniendo fases acuosas alcalinas.

Reactivos diluyentes usados en SX

Los diluyentes y modificadores corresponden a otros componentes de la fase orgnica, que tienenfunciones especficas en la optimizacin del proceso de extraccin. En un crculo de extraccin porsolventes (SX) la fase orgnica normalmente est conformada por uno, dos o tres componentes: elextractante, el diluyente y algn modificador. Por lo general, el diluyente es el componente de la faseorgnica que est presente en mayor proporcin dentro de ella.

Los diluyentes se utilizan para disminuir la viscosidad de la fase orgnica para que fluya fcilmente ycontribuya al contacto entre las dos fases. Tambin se usan para reducir la excesiva concentracin delextractante orgnico activo. Al igual que en el caso de los agentes extractantes, el diluyente debecumplir ciertos requisitos. Entre los ms importantes se sealan los siguientes:

Ser capaz de disolver el extractante y de mantenerlo en solucin. Tener baja viscosidad y densidad. Tener estabilidad qumica. Presentar baja solubilidad en la fase acuosa. Poseer un alto punto de inflamacin, baja toxicidad y baja tasa de evaporacin.

Eleccin del diluyente

Dado que el diluyente es un componente importante y mayoritario de la fase orgnica, todo operador deplanta SX debe realizar las mximas pruebas de control de calidad a cualquier nuevo embarque dediluyente que llegue a su circuito SX. Las pruebas de control de calidad deben reflejar adecuadamentetodas las propiedades crticas o que sean consideradas ms importantes para el xito de la operacin.

El mejor diluyente para un determinado sistema de SX puede no ser el ms recomendable para unsistema de SX diferente. Cada operador de planta, debe preocuparse de solicitar la asesora deespecialistas para estudiar varios diluyentes antes de determinar cul es el ms adecuado para suspropias condiciones de operacin y localizacin de la planta.

Normalmente, el diluyente se puede comportar como un compuesto qumicamente inerte, pero existenocasiones, como en el proceso de SX para cobre y uranio, en que el diluyente tambin influye en elcomportamiento del reactivo y puede ser un participante esencial en el xito o eventuales dificultadesoperacionales del proceso.

Cuando el diluyente interacta con el reactivo en la fase orgnica puede favorecer la polimerizacin delreactivo y restar as parte de los componentes activos dentro de la fase orgnica. Otros diluyentesproducen el efecto contrario, lo que en los casos de extraccin por intercambio catinico se puededetectar midiendo la constante dielctrica del diluyente. El menor valor resultante es el que da lasmejores extracciones.

Los diluyentes para SX ms usados a escala industrial son:

Benceno (no se usa actualmente por ser cancergeno)



Hexano Keroseno Cloroformo Tetracloruro de carbono.

Reactivos modificadores

Corresponden a cualquier producto orgnico que al ser aadido y disuelto en la fase orgnica altera elcomportamiento de un determinado reactivo de SX. Los modificadores tienen como funcin optimizar laseparacin de las fases, mejorar la coalescencia, aumentar la solubilidad de complejo metlico y evitarla formacin de una tercera fase. Los modificadores son capaces de:

Actuar sobre la separacin de fases, para facilitar la coalescencia y disminuir los arrastres. Participar en el control de la generacin de crudo y/o terceras fases, lo que favorece lasolubilidad del complejo orgnico-metlico en la fase orgnica cargada. Estabilizar la molcula del reactivo, lo que permite su utilizacin indefinida al reducir sudegradacin. Por ejemplo, en el proceso SX del cobre se aaden como modificadores al reactivoprincipal, que es una oxima, alcoholes de cadena larga, fenoles y steres.

Solucin acuosa

La solucin acuosa normalmente es rica en lixiviacin y corresponde a la fase portadora del metal o delos metales que interesa procesar por extraccin; se denomina PLS (pregnant liquor solution). Luego deser procesada por extraccin SX, cambia de denominacin a solucin pobre o refinado, RF de refinantey suele ser enviada de regreso a la lixiviacin.

Existen cuatro caractersticas o propiedades del PLS, las que pueden ser controladas o modificadas demanera de lograr una ms eficiente separacin o purificacin del metal mediante SX:

Acidez libre Potencial de xido-reduccin expresado por el nivel de Eh. Concentracin de aniones que forman complejos como cloruro, sulfato y cianuro. Temperatura, la que influye directamente en el equilibrio de la extraccin, las cinticas detransferencia del metal, la solubilidad de las especies extradas, la separacin de fases y en lasprdidas por atropamiento y arrastre.

Equipamiento bsico de extraccin por solvente

A partir de la solucin de lixiviacin que se han desarrollado a escala industrial, los procesos deextraccin de cobre por solventes ponen en contacto la solucin lixiviada con el disolvente sin carga, loque se realiza en varias etapas (al menos dos), en que mezcladores y sedimentadotes funcionan encontracorriente, dispuestos y arreglados de manera de asegurar que el disolvente orgnico entrante sin carga- tenga un contacto final con la solucin acuosa cargada, la que al salir quedar con muy bajaconcentracin de cobre, el refino, el que retornar a la operacin de lixiviacin para uso posterior.

La transferencia de la fase orgnica recientemente cargada a la fase acuosa, se realiza contactando elorgnico con el electrolito agotado, o electrolito pobre fuertemente cido, lo que se desarrolla en unaserie de etapas (una, dos o hasta tres) en contracorriente, en mezcladores y sedimentadotes. Despusde la etapa final de agotamiento, la fase orgnica estril vuelve a la seccin de extraccin. Despus demezclar el electrolito enriquecido con electrolito pobre, para obtener la concentracin justa de cobre, esbombeado al circuito de separacin por electrlisis, la electroobtencin.

El equipamiento bsico de una planta de SX consiste en:

Un mezclador relativamente profundo, que recibe por bombeo las fases acuosa y orgnica,para su mezcla y emulsin. Este mezclador cuenta con un impulsor que evita el arrastre de lafase orgnica en la fase acuosa, de acuerdo con una configuracin y velocidad rotacionaldefinida. Un sedimentador poco profundo y de gran rea. Con este equipo se separan las dos fases,facilitado por un sistema de doble compuerta que va por todo su ancho. El aumento de latemperatura en la emulsin, hasta cerca de 25 C, mejora la rapidez de la reaccin y permite una



mejor la separacin de fases. Una manguera distribuidora que va entre el mezclador y el sedimentador, para asegurar unflujo laminar. Equipos mezcladores del tipo perfil bajo, ambos equipos en uno, formados por un cajnmezclador mltiple y un decantador al mismo nivel que el mezclador. En el mezclador se une lasolucin acuosa con el reactivo de extraccin, gracias a un agitador que bombea y mueve lamezcla mediante una turbina.

Vista area de la planta de extraccin por solventes Faena Radomiro Tomic.

Parmetros de la operacin

Los principales parmetros para la operacin en el proceso de extraccin por solventes son lossiguientes:

Relaciones de flujo orgnico / flujo acuoso, O/A, medidos en las etapas de extraccin y dedescarga. Se debe recircular el electrolito necesario para alcanzar razn de O/A requerida en elmezclador. Tiempo de residencia en mezcladores, la que se expresa en minutos. Flujo total en cada equipo (m3/min.) y equivalencia de (m3/h) de flujo acuoso tratado.

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