Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Conceptos bsicos:

Qu es la extraccin por solventes?

Proceso qumico de separacin, que trae como consecuencia la purificacin y concentracin de las

especies de inters, en el cual las especies solubles que se encuentran en una determinada fase

lquida (PLS) se distribuyen preferencial y selectivamente en una segunda fase, tambin lquida. Estas

fases son inmiscibles entre s. En la mayora de los casos la primera de estas fases, o fase portadora,

de las sustancias disueltas est constituida esencialmente por agua, y la otra, fase extractante, es de

naturaleza orgnica.

La extraccin por solventes (SX), es uno de los procesos ms efectivos y econmicos para purificar,

concentrar y separar los metales valiosos que se encuentran en las soluciones enriquecidas,

provenientes de procesos de lixiviacin.

A que se aplica?

Si tomamos el proceso de extraccin por solventes de manera independiente, podemos decir que se

puede aplicar a numerosos elementos o metales. La condicin es que exista un extractante que sea

capaz de separar este elemento de inters de la solucin que la contiene. En la minera del cobre se

utiliza como proceso posterior a la lixiviacin y una vez realizada la extraccin por solventes se

entiende que el proceso que sigue es el de electro-obtencin (EW). 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.

Cules son sus Objetivos?

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

contienen, las que suelen tener impurezas. La separacin consiste en extraer el o los metales

deseados desde soluciones o a la inversa, extraer las impurezas de la solucin, dejando el o

los metales deseados en ella.

Concentrar los metales disueltos para disminuir los volmenes a procesar y as reducir los

costos del proceso siguiente (EW para el caso del cobre).

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Transferir los metales disueltos desde una solucin acuosa compleja a otra solucin acuosa

diferente, que simplifique el proceso siguiente.

Descripcin del proceso:

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

1. El lquido extractante se agrega a la solucin primaria (PLS) y se conecta con el ion metlico, que

queda formando parte del extractante, lo cual corresponde a la etapa de extraccin.

2. Enseguida, este complejo extractante - ion metlico - es separado de la solucin y llevado a una

solucin secundaria en el ion metlico, lo que corresponde a la separacin de soluciones.

3. En esta solucin secundaria se produce la re-extraccin o descarga, es decir, el elemento de inters

es nuevamente devuelto a una solucin acuosa, pero exenta de impurezas, ptima para el proceso

siguiente de electro-obtencin.

A continuacin se presenta un diagrama de las etapas de este proceso y una descripcin con mayor

detalle:

Los sistemas de extraccin por solventes tienen tres componentes bsicos:

Soluto a extraer

Solvente acuoso

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Extractante orgnico.

El proceso de extraccin por solventes se basa en la reaccin reversible de intercambio inico que

tiene lugar entre dos fases inmiscibles, la fase orgnica que corresponde al reactivo extractante

disuelto en un diluyente orgnico, y la fase acuosa que corresponde a la solucin.

Extraccin.

La solucin rica proveniente de las pilas es mezclada fuertemente por agitacin con la fase orgnica

(orgnico descargado), para extraer selectivamente el cobre obteniendo una solucin pobre en cobre,

llamada refino, que es reciclada a la etapa de lixiviacin en pilas. Adems se obtiene en esta etapa una

fase orgnica cargada, que es avanzada a la siguiente etapa.

Cabe sealar que la mezcla resultante por la agitacin se deja decantar para que se separe en dos

capas o fases. . La fase superior corresponde a la capa orgnica, que se mantiene all debido a su

menor peso especfico. En esta fase orgnica, que se conoce como fase cargada o fase extracto, se

encuentra retenido el ion metlico de inters formando un complejo orgnico-metlico.

Re extraccin (Descarga) La etapa de re extraccin del reactivo consiste en la recuperacin de la especie metlica desde la fase

orgnica, con la regeneracin simultnea de las capacidades extractivas de la fase orgnica, lo que

permite ser reutilizada en otra extraccin.

En sntesis, de la etapa de re extraccin se obtiene una solucin de orgnico descargado sin cobre,

que es recirculado a la etapa de extraccin, y una solucin rica en iones de cobre de baja acidez, la

que es enviada a la siguiente etapa, la electro obtencin.

Caractersticas del Reactivo Extractante Para la realizacin del proceso de extraccin por solventes (SX) resulta indispensable la existencia de

una fase orgnica que sea capaz de captar la o las sustancias orgnicas de inters. La fase orgnica

est constituida por un reactivo, causante de las acciones de extraccin y descarga, y un diluyente,

que acta como medio fsico disolvente y portador. El componente activo de fase orgnica es llamado

tambin extractante, solvente o reactivo.

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Hoy en da se conocen extractantes para casi todo los metales. Alguna de las caractersticas que debe

cumplir un extractante para que sea econmicamente aceptable en hidrometalurgia son:

Extraer los metales con la mxima selectividad posible desde la solucin que los contiene.

Ser descargable hacia una solucin donde pueda ocurrir la recuperacin del metal.

Ser de fcil regeneracin en sus caractersticas fsico -qumicas para una rpida recirculacin a la etapa de extraccin.

Ser lo ms inmiscible posible en la fase acuosa que contiene el o los metales de inters.

Ser estable en la condicin del circuito, de manera de ser reutilizado muchas veces, por ende estable frente al ataque de ambientes cidos o alcalinos.

Ser soluble en diluyentes orgnicos econmicos.

Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una transferencia neta eficaz del metal extrado.

Cargar y descargar el metal con facilidad en tiempos relativamente rpidos, de manera que los mezclados se puedan realizar en equipos econmicos.

Debe tener un costo aceptable. Se ha de tener presente que si se quiere hacer que aumente la carga que transporta el orgnico se

puede recurrir a forzar los equipos de mezclado o realizar mezclas por tiempos muy extensos, lo que

puede llegar a tornar el proceso antieconmico, adems utilizar toda esta energa en aumentar el

nivel de carga, significar a su vez, una mayor cantidad de energa para la descarga, adems que el

tiempo en que la mezcla se deshaga (separacin de fases) puede ser mayor. Por ende es mejor operar

con un nivel de carga aceptablemente menor obtenido con relativa facilidad, en tiempos, en todo

sentido, menores. Es importante destacar que en este tipo de circuitos es preferible que exista un

circuito nivel de carga circulante a tratar de realizar una completa descarga de la fase orgnica, con el

considerable perjuicio econmico que puede generar.

La capacidad de carga puede aumentarse tambin con mayores concentraciones del reactivo y

menores del diluyente, pero se ha de tener en cuenta que esto producir tambin un aumento en la

viscosidad, produciendo esto un problema al momento de que se separen las fases. Por ende

aumentar la concentracin puede considerarse slo hasta un cierto lmite.

En general la extraccin por solventes es un proceso bastante rpido a temperatura ambiente, y el

equilibrio se suele alcanzar slo con algunos minutos de mezclado.

Respecto a la selectividad, cabe decir que, se mide como una relacin entre las extracciones de dos

compuestos en igualdad de condiciones para la extraccin. Cabe destacar que ningn reactivo es

selectivo para un nico metal en todas las condiciones, sino que pueden existir muchos reactivos

selectivos para un solo metal en ciertas condiciones. La selectividad depende de las condiciones de

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

operacin y del entorno fsico -qumico de la alimentacin. El desafo esta en lograr ajustar las

condiciones que presenta una solucin de lixiviacin propuesta a las caractersticas de selectividad de

los reactivos disponibles, para as obtener el ptimo buscado.

En general se puede decir que existen cinco clases o tipos de reactivos orgnicos que sirven como

extractantes para metales o complejos metlicos estos son los reactivos del tipo:

Quelante.

cido orgnico.

Sustitucin del ligante.

Extraccin neutra o solvatante.

Con formacin de par inico. Los primeros son los ms usados en la obtencin del cobre desde soluciones de cido sulfrico.

Caractersticas del Diluyente

La fase orgnica est compuesta por uno, dos, o tres componentes: el extractante, el diluyente y

algn modificador. La mayora de los reactivos deben ser diluidos antes de ser utilizados. El diluyente

se utiliza para reducir la viscosidad de la fase orgnica, permitiendo que fluya fcilmente, y tambin

para reducir la excesiva concentracin del extractante orgnico activo, de manera de actuar la

concentracin del extractante con el contenido de metal de la solucin de lixiviacin. El diluyente es el

componente de la fase orgnica que est presente en mayor proporcin dentro de ella. Un buen

diluyente debera cumplir con las siguientes caractersticas:

Solubilizar al extractante y al complejo rgano-metlico formado por la reaccin del metal con

el extractante.

Ser insoluble en la fase acuosa.

Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la sepa racin de fases.

Tener una pureza adecuada y estar libre de componentes extraos.

Ser qumicamente estable en las condiciones del circuito.

Tener un alto punto de inflamacin.

Tener bajas perdidas por evaporacin, ser disponible en grandes cantidades bajo costo.

No interferir negativamente en la qumica de las reacciones de extraccin y descarga.

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Se ha de destacar que el mejor diluyente para una operacin de SX no necesariamente es el ms

adecuado para otra, los ms usados son Keroseno (uranio y cobre), Benceno, Hexano. Aunque el

benceno no se ocupa por ser cancergeno. Respecto a las variables de la solucin acuosa que afectan

el proceso de SX podemos mencionar: Acidez libre expresada por el pH, el potencial de oxido

reduccin expresado por Eh, la concentracin de aniones complejantes, y la temperatura.

Experiencia de Laboratorio Para realizar este procedimiento y en general para que un proceso sea exitoso siempre es necesario

caracterizar de manera correcta y detallada el material que se utilizar. Es por eso que se requieren

los siguientes tems antes de comenzar a trabajar.

Datos de entrada requeridos:

Caracterizacin de Solucin: Corresponde a los datos de ley o concentracin de los metales de

inters e impurezas contenidas en la solucin.

Proporcin PLS-Orgnico: Esta es necesaria para saber cunto mezclar de cada fase para

realizar la extraccin y/o reextraccin. En este caso la proporcin es 1:1.

Mezcla Orgnico: Es necesario saber en qu proporcin se combina el extractante con el

diluyente para poder formar la solucin orgnica. Esta se har en proporcin 3:1 (solvente :

extractante), es decir si usaremos 400 ml de PLS y 400 ml de solucin orgnica, esta debe

tener 300

ml de solvente y 100 ml de extractante orgnico.

Solucin cida: Debe ser adecuada en sus caractersticas para la etapa de reextraccin.

Tiempo de agitacin : Es importante puesto que el ptimo de este proceso se logra a un

tiempo preciso, antes de este tiempo se pierde producto y posterior a este tiempo se estara

utilizando

energa innecesariamente. Para efectos de laboratorio se realizar con 3 tiempos distintos

pero en la realidad se usa un tiempo fijo que oscila entre los 6 minutos aproximadamente.

Materiales y herramientas: Para realizar la experiencia se necesitar lo siguiente:

Embudos separadores de fases (orgnico-liquido),con pedestal.

Peachmetro.

Vaso pp contenedor de soluciones (solucin orgnica y pls).

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Agitador de varilla.

Frascos de 100cc para muestras , pipetas, papel Ph, reloj, papel filtro.

Acido sulfrico y guantes de plstico.

Procedimiento experimental: Para poder contar con los datos necesarios debemos realizar las siguientes acciones correspondientes

a la experiencia:

1. Caracterizar el PLS.

2. Preparar la solucin orgnica (extractante y diluyente)

3. Depositarlo sobre el recipiente para mezclar.

4. Agregar el PLS al recipiente para mezclar.

5. Encender la mquina para que las soluciones se agiten y se mezclen durante el tiempo

determinado.

6. Detener la agitacin y esperar a que las fases se separen.

7. Tomar la muestra correspondiente.

8. Repetir el paso 5, 6 y 7 las veces necesarias variando el tiempo para extraer las diferentes muestras

restantes.

9. Una vez terminada la toma de muestras de la etapa de Extraccin, procedemos a sacar la fase

orgnica cargada.

10. Separamos la fase con el orgnico cargado.

11. Colocamos en el recipiente para mezclara el orgnico cargado junto con la solucin cida a utilizar

en la Reextraccin.

12. Repetir los pasos 5, 6 y 7 las veces necesarias repitiendo los mismos tiempos utilizados en la etapa

anterior (Extraccin).

13. Separar y aislar el electrolito rico que contiene el metal de inters, este es el que se lleva

posteriormente a la etapa de Electro obtencin (EW).

Aplicacin en la Industria Si bien es cierto conocer la forma de dimensionar y realizar el clculo de una planta de estas

caractersticas es necesario, no se abraca en esta gua puesto que no entra en los alcances del

laboratorio. Sin embargo se mencionarn algunos aspectos fundamentales para tener presente.

Laboratorio de Procesos Hidrometalrgicos Universidad de Santiago de Chile

Preparado por lvaro Clouet y Paulina Cantellano

Una planta de SX cuenta con un gran nmero de partes (equipos, estanques, etc.), para estos es

necesario realizar dimensionamientos. Algunos de estos son:

Estanque de solucin PLS

Estanque de electrolito rico sin filtrar

Estanque de orgnico cargado

Estanque agitado para solucin acidulada

Estanque para refino de extraccin

Mixer-settler extraccin

Mixer-settler re-extraccin

Mixer-settler lavado

Coalescedor de orgnico

Post-decantador refino

Post-decantador electrolito rico

Filtros de electrolito

Estanque de cido Sulfrico

Estanque de Agua Osmosis Reversa

Estanque de Diluyente

Estanque de Petrleo Diesel

Otros

Dentro de los parmetros necesarios para realizar estos dimensionamientos estn los siguientes:

Caudales

Factores de diseo

Utilizacin

Dimensiones

Flujos

Tiempo de retencin

Otros

Finalmente se presentan algunas faenas en nuestro pas que poseen este tipo de plantas:

Cerro colorado

Collahuasi

El Abra

Escondida

Codelco Norte (RT, SBL, MS)