TECNOLOGÍA DE PURIFICACIÓN DE SOLUCIONES LABORATORIO Nº 2

EXTRACCIÓN POR SOLVENTES, ETAPA DE RE-EXTRACCIÓN Objetivo: El objetivo de estos experimentos es estudiar los fundamentos de la etapa de re-

extracción o descarga de una fase orgánica cargada para obtener una solución

concentrada y purificada en el metal de interés. Para ello se realiza la construcción de

isotermas de re-extracción de cobre con un electrolito de alta acidez, y se determina el

número de etapas teóricas necesarias para un sistema continuo de descarga en

contracorriente y en flujo cruzado.

Generalidades:

La extracción por solventes es un método usado para separar una especie metálica

deseada desde una solución que contiene otras especies o impurezas. El método está

basado en el uso cíclico de un solvente inmiscible que extrae en forma preferencial el

componente seleccionado desde la fase acuosa. En la etapa de extracción, que

estudiamos en el laboratorio anterior, la fase orgánica se carga con el metal deseado. En

la etapa de re-extracción en metal es transferido de nuevo a una fase acuosa de forma

concentrada y purificada mediante el ajuste de las condiciones de la solución para reducir

la solubilidad del metal en la fase orgánica y por lo tanto descargar el orgánico del metal.

Las siguientes reacciones son aplicables a la purificación de soluciones de lixiviación de

minerales de cobre con un extractante quelante:

Extracción o cargado: H2CuRCuRH2 22 (1)

Re-extracción o descargado: 22 CuHR2H2CuR (2)

Como indican estas reacciones, un pH bajo favorece la descarga del cobre. Por lo tanto, la

re-extracción se lleva a cabo usando una solución acuosa (o electrolito) con una alta

concentración de ácido sulfúrico

Extracción en contracorriente-Diagrama de McCabe –Thiele de Re-extracción

El número de etapas necesarias para alcanzar una re-extracción especificada por contacto

en contracorriente con una fase acuosa de características específicas puede determinarse

por aplicación del diagrama de McCabe-Thiele: diagrama de equilibrio de re-extracción

(llamado también isoterma de re-extracción) más la recta de operación.

Para obtener la curva de equilibrio de re-extracción, el extractante orgánico previamente

cargado con metal, se contacta con la solución acuosa de descarga (electrolito de alta

acidez) a varias razones volumétricas acuoso/orgánico (razones A/O) y se mezclan por

agitación hasta alcanzar equilibrio. Debe aclararse que en la práctica industrial del proceso

el electrolito agotado que se utiliza para descargar el cobre desde la fase orgánica

contiene una alta concentración de ácido sulfúrico y también una alta concentración de

cobre (25 a 30 gpl).

Después de separar las fases, se determina la concentración de cobre en cada fase. Los

resultados se grafican con la concentración del metal en la fase orgánica en el eje

horizontal y la concentración del metal en la fase acuosa en el eje vertical. El diagrama de

McCabe-Thiele para re-extracción se obtiene por el siguiente procedimiento. Se dibuja en

el diagrama de equilibrio una recta de operación, con una pendiente O/A y que pasa por

el punto (od,es) donde od es la concentración de metal en el orgánico descargado y es es

la concentración del metal en el electrolito agotado (spent) de alta acidez que se utiliza

para descargar el orgánico. Se realiza entonces la construcción de escalones dibujando

alternadamente líneas verticales y horizontales entre la curva de equilibrio y la curva de

operación, partiendo con la primera línea vertical que corta a la recta de operación en un

valor de la abscisa que corresponde a la concentración del orgánico cargado y terminado

con una línea que corta la línea de operación en od. Cada escalón representa una etapa

de re-extracción. La Figura 1 ilustra un sistema de re-extracción en contracorriente y el

correspondiente diagrama de McCabe-Thiele.

Con

cent

raci

ón d

e co

bre

en fa

se a

cuos

a

Concentración de cobre en fase orgánica

Isoterma de

re-extracció

Línea de

operación

Pend =O/A

o0= o

c

1

2

o1o

2=o

d

e1=e

a

e2

e3=e

s

donde e1 = ea concentración del metal en el electrolito de avance

en+1 = es concentración del metal en el electrolito agotado (spent)

o0 = oc concentración del metal en el orgánico cargado

on = od concentración de metal en el orgánico descargado

Procedimiento

Isoterma de Re-extracción (Grupo 1)

- Prepare 250 ml de solución orgánica con 16% v/v de LIX 860N-IC en Escaid 103.

- Prepare 250 ml de un electrolito acuoso conteniendo 30 gpl de Cu2+ y 150 gpl de H2SO4.

- Prepare 250 ml de una solución acuosa conteniendo 35 gpl de Cu2+ y 0.5 M en Na2SO4.

Cargado del orgánico

Contacte 250 ml de solución orgánica con 250 ml de solución acuosa conteniendo 35 gpl

de Cu2+ y 0.5 M en Na2SO4. Agite vigorosamente por 5 min y deje reposar para separar las

1

2

n

o0

e1 e2 e3 en en+1

o1 o2 on-1 on O

A

fases. Retire la fase acuosa y saque una muestra de 20 ml de la fase orgánica y guárdelo

para determinar su concentración de cobre. Esto permitirá conocer la concentración de

cobre en el orgánico cargado.

Isoterma

En 4 embudos de decantación agregue diferentes proporciones de orgánico cargado y

electrolito acuoso con 30 gpl de Cu2+ y 150 gpl de H2SO4 como se indica a continuación.

Razón O/A Vol. orgánico, ml Vol. acuoso, ml

3 / 1 75 25

2 / 1 60 30

1 / 1 50 50

1 / 2 30 60

Agite los embudos vigorosamente por 5 minutos y deje separar las fases. Retire la fase

acuosa por el fondo del embudo y saque una muestra de 20 ml de orgánico para

determinar su concentración de cobre.

Procedimiento para determinar la concentración de cobre en las muestras de orgánico.

- Prepare 250 ml de una solución acuosa conteniendo 150 gpl de H2SO4.

Vacíe la muestra de orgánico de 20 ml en un embudo de decantación y agregue 20 ml de

la solución acuosa conteniendo 150 gpl de H2SO4. Deje separar completamente, retire el

acuoso por el fondo y póngalo en un vaso de precipitado. Mediante una piseta con agua

lave el tubo de descarga del embudo de decantación y agregue también esta agua de

lavado al vaso de precipitado. Agregue acuoso fresco a su embudo de decantación y

repita el proceso anterior dos veces más.

Ponga todo el acuoso recolectado en los tres contactos con la muestra de orgánico en un

matraz aforado de 100 ml, lave el interior del vaso con la piseta y agregue esa agua al

matraz. Finalmente, enrase el matraz con agua, mezcle bien y retire una muestra para

enviar a análisis químico por cobre.

Isoterma de Re-extracción (Grupo 2)

Repita el procedimiento del grupo 1 pero usando un electrolito con 30 gpl de Cu y 160 gpl

de H2SO4.

Isoterma de Re-extracción (Grupo 3)

Repita el procedimiento del grupo 1 pero usando un electrolito con 30 gpl de Cu y 170 gpl

de H2SO4.

Re-extracción en flujo cruzado (grupo 4)

- Prepare 200 ml de solución orgánica con 16% v/v de LIX 860N-IC en Escaid 103.

- Prepare 200 ml de electrolito acuoso conteniendo 30 gpl de Cu2+ y 160 gpl de H2SO4.

- Prepare 200 ml de una solución acuosa conteniendo 35 gpl de Cu2+ y 0.5 M en Na2SO4.

Cargado del orgánico

Contacte los 200 ml de solución orgánica con 200 ml de solución acuosa conteniendo 35

gpl de Cu2+ y 0.5 M en Na2SO4. Agite vigorosamente por 5 min y deje reposar para

separar las fases. Retire la fase acuosa y saque una muestra de 20 ml de la fase orgánica

para determinar el contenido de cobre en el orgánico cargado.

Contactos en flujo cruzado

Agregue 150 ml de orgánico previamente cargado y 50 ml de electrolito acuoso en un

embudo de decantación. Agite vigorosamente por 5 minutos y deje separar las fases.

Retire el acuoso por el fondo y saque una muestra de orgánico de 20 ml para determinar

su concentración de cobre. Utilice 120 ml de orgánico parcialmente descargado, agregue

40 ml de electrolito fresco y repita el procedimiento anterior. Saque una muestra de 20 ml

del orgánico para análisis por cobre. Realice un tercer contacto de la misma manera con

90 ml de orgánico y 30 ml de electrolito fresco. De nuevo saque una muestra del 20 ml del

orgánico descargado.

Procedimiento para determinar la concentración de cobre en las muestras de orgánico.

Trate las muestras de orgánico mediante el procedimiento de descarga con una solución

de 150 gpl de H2SO4 explicado anteriormente.

Análisis de los datos

Cada estudiante deberá analizar todos los datos. Construya una isoterma de re-extracción

para cada uno de los electrolitos de re-extracción.

Compare los resultados experimentales de la extracción en flujo cruzado con los

resultados teóricos usando su isoterma de re-extracción. Discuta las razones para las

posibles discrepancias.

Dibuje diagramas de McCabe-Thiele para re-extracción y calcule la razón A/O requerida

para reducir la concentración de cobre en la fase orgánica a 1 gpl de Cu2+ en 2 etapas de

extracción para cada isoterma determinada.