Experimento 6 - Extraccion Por Solventes

Laboratorio Metalurgia Extractiva

Pontificia Universidad Católica del Perú

Experimento No. 6 EXTRACCIÓN POR SOLVENTES I. Objetivo: Estudiar los fundamentos de la extracción por solventes.

II. Introducción: La extracción por solventes es usada para separar especies del metal deseado de especies no deseadas antes de la reducción de las especies deseadas a metal libre. El método basado en el uso de un solvente inmiscible que preferentemente extrae el o los componentes seleccionados de la fase acuosa. El solvente orgánico es íntimamente mezclado con la solución acuosa y posteriormente se deja que ambos se separen. Durante el mezclado, la fase orgánica se “carga” con el o los metales deseados, pues los iones metálicos inicialmente presentes en la fase acuosa se distribuyen entre la fase orgánica y la fase acuosa de acuerdo con la solubilidad relativa entre las dos fases. Posteriormente el metal puede ser transferido otra vez a una fase acuosa en una forma concentrada y purificada ajustando las condiciones de la solución para reducir la solubilidad del metal en la fase orgánica, “descargando” por lo tanto, el orgánico de los valores metálicos. Fase Acuosa

Fase Orgánica

Solución de lixiviación

Reactivo con extractante de alta afinidad con el ión metálico a

Mezcla y agitación

El ion metálico pasa de fase acuosa a orgánico decantación Fase Extracto Orgánico Cargado

Fase Acuosa de Refino

Capa superior orgánica que retiene el ión metálico de interés

Capa inferior acuosa, estéril de iones metálicos

Fig. 1. Etapas de la Extracción por Solventes (SX) Extracción por Solventes

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Los procesos de extracción por solvente son usados para la purificación de soluciones de varios metales a nivel industrial. Un importante avance tecnológico que ha causado un uso creciente de la hidrometalurgia para la extracción de cobre es la aplicación de las técnicas de extracción con disolventes a las soluciones ácidas de lixiviación con bajo contenido de cobre. El proceso de extracción con disolventes consiste en: ‐ La extracción selectiva del cobre de soluciones diluidas de lixiviación (1 a 5 Kg de Cu/m3: 1 a 10 Kg H2SO4 m3) en una fase orgánica. ‐ La separación del cobre de la fase orgánica en una solución acuosa fuertemente ácida (150Kg H2SO4 m3) la cual absorbe los iones cobre en una alta concentración (30 a 50 Kg Cu/m3). En esta forma, la extracción de disolventes separa al cobre de las impurezas de la solución de lixiviación original y produce un electrolito apropiado para la separación directa por electrólisis de cátodos de alta pureza (99.99% Cu). Las siguientes reacciones ocurren durante la extracción por solventes de cobre de soluciones de lixiviación con LIX64N (extractante orgánico): Cargado:

2RH(org) + Cu2+(ac)

 R2Cu(org)

Descargado:

R2Cu(org) + 2H+ (ac)



+ 2H+ (ac)

2RH(org) + Cu 2+(ac)

Se puede observar en las reacciones anteriores que el proceso es sensible al pH, a valores altos de pH se favorece el cargado, mientras que a valores bajos de pH se favorece el descargado. Los reactivos LIX están siendo actualmente usados en la extracción comercial de cobre, debido a su selectividad por el cobre respecto de los otros iones normalmente presentes en las soluciones de lixiviación, particularmente el ión férrico: Cargado:

3RH(org) + Fe3+(ac)



R2Fe(org) + 3H +(ac)

Descargado:

R3Fe(org) + 3H+ (ac)



3RH(org) + Fe 3+(ac)

Diagramas de McCabe Thiele El número de etapas necesarias para efectuar una separación específica puede ser determinado por la aplicación del diagrama de Mc Cabe Thiele, las curvas de equilibrio de “cargado” y “descargado” (llamada también isotermas) determinadas por experimentación. Para obtener las curvas de equilibrio del cargado el extractante orgánico es añadido a soluciones acuosas en diferentes razones en volumen, acuoso/orgánico (A/O). La mezcla así formada es agitada hasta que se alcance el equilibrio. Posteriormente se deja que las fases se separen y luego se toma muestras de la fase acuosa y orgánica para análisis químico del metal presente en esas fases. Los resultados son ploteados gráficamente (análisis químico del acuoso en la abscisa y análisis químico del orgánico en la ordenada).

Extracción por Solventes

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La isoterma del descargado se desarrolla de una manera similar. El orgánico es repetidamente contactado con el acuoso hasta cargarlo casi en toda su capacidad. El orgánico cargado es entonces usado como “alimentación” para el descargado y es contactado en diferentes razones A/O (similar al procedimiento de extracción) con la solución acuosa. Después del análisis del metal en la fase acuosa y orgánica, se plotea la concentración de metal en el orgánico en la abscisa y la concentración de metal en el acuoso en la ordenada.

Fig. 2. Esquema Extracción por Solventes (SX)

III. Objetivo: Material y Equipo ‐ Solución PLS de cobre ‐ Peras (embudos de separación) ‐ pHmetro ‐ Vasos de precipitados de 100ml

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LIX 984N Kerosene Ácido Sulfúrico diluido

Procedimiento a. Cargado ‐ Prepare 100ml de orgánico, 20% en volumen de LIX984N disuleto en kerosene. ‐ Coloque los cinco embudos de separación en los parantes metálicos (verifique que la llave de los embudos ESTE CERRADA). ‐ Enumere los embudos de 1 a 5 y coloque 30ml de PLS en cada embudo. ‐ Coloque con mucho cuidado 3.75, 7.5, 15, 30 y 60ml (en ese orden) de orgánico. Coloque la tapa del embudo y agite suavemente durante 5 minutos para mezclar las dos fases. ‐ Deje reposar por espacio de 5 minutos y proceda a separar las fases con mucho cuidado abriendo la llave de la parte inferior. ‐ Tome una muestra de la fase para análisis químico. ‐ Recupere el orgánico. ¿Qué color presenta la fase acuosa? b. Descargado ‐ Prepare una solución de descarga de 150 g/L de ácido sulfúrico. ‐ Coloque los cinco embudos de separación en los parantes metálicos (verifique que la llave de los embudos ESTE CERRADA). ‐ Enumere los embudos de 1 al 5 y coloque las soluciones orgánicas cargadas respectivamente. Extracción por Solventes

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Añada con mucho cuidado 30ml de solución acuosa de descarga. Coloque la tapa del embudo y agite suavemente durante 5 minutos para mezclar las dos fases. Deje reposar por espacio de 5 minutos y proceda a separar las fases con mucho cuidado abriendo la llave de la parte inferior. Tome una muestra de la fase acuosa para análisis químico. ¿Qué color presenta la fase acuosa? Recupere el orgánico para ser limpiado posteriormente.

IV. Resultados: Tabla 1. Volúmenes utilizados Carga Descarga LIX948N 20% Fase cargada H2SO4 PLS (ml) (ml) (ml) (150g/L)

Pera No. 1 2 3 4

Tabla 2. Resultados del análisis químico PLS Refino Concentrado Cu (ppm) Fe (ppm) Cu (ppm) Fe (ppm) Cu (ppm) Fe (ppm)

Pera No. 1 2 3 4 Obtenga las isotermas de extracción y re ‐extracción. V. Discusión

de Resultados:

Analice los resultados obtenidos con la ayuda de los gráficos construidos.

VI. Cuestionario: 1. ¿Qué otros agentes extractantes recomendaría para efectuar un proceso de SX? 2. ¿Qué factores influyen en el proceso de SX? 3. ¿Qué cantidad de LIX948N será necesaria para preparar 300ml de una fase orgánica al 35% en volumen? 4. ¿Por qué es necesario utilizar un disolvente para preparar el extractante? 5. Se tienen los siguientes datos, identifique a qué etapa del proceso corresponden estos datos. ¿Qué puede decir al respecto?

Cu (mg/L)

Pera No. Acuoso Orgánico

Extracción por Solventes

1 0.15 1.40

2 0.18 2.71

3 0.22 3.88

4 0.25 4.95

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