tesis finak 1

 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE GINGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

OPTIMIZACION DE VARIABLES Y EXTRACTANTES DEL

“

PROCESO HIDROMETALURGICO DE SX PARA LA DISMINCION DE ARRASTRES DE FASE FASE O/A

”

Trabajo presentado por: GOMEZ MEDINA JOSE ANTONIO

AREQUIPA 2018

ii

iii

Agradezco al Ingeniero JUAN MANUEL JARA GONZALES por los conocimientos  brindados para la elaboración de esta tesis, así mismo agradecer la paciencia y el empeño que  puso en la enseñanza y el compartir de sus conocimientos, que ha sido de suma ayuda en todo momento.

INDICE

iv

Agradecimientos

CAPITULO I - GENERALIDADES 1.1 Introducción

1

1.2 Contexto del problema y su relevancia

2

1.3 Definición del problema

2

1.4 Justificación

3

1.5 Delimitación de fronteras del trabajo

3

1.6 Objetivo general

3

1.7 Objetivos específicos

3

1.8 Hipotesis

3

1.9 Variables

3

1.9.1 Variable dependiente

3

1.9.2 Variable independiente

3

CAPITULO II  –  FUNDAMENTACION  FUNDAMENTACION TEORICA 2.1 Tipos y características de reactivos 2.1.1 Tipo de extractantes 2.2 Arrastres

5 5 5

CAPITULO III  –  METODOLOGIA  METODOLOGIA 3.1 Caracterización de la fase orgánica

8

3.2 Efecto de agitación

9

3.3 Efecto del pH en arrastres O/A

11

3.4 Efectos de la temperatura en los arrastres O/A

12

CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA

Lista de tablas

v

Tabla 1. Tipos de extractantes

5

Tabla 2. Parámetros

7

Tabla 3. Temperatura densidad y viscosidad con diferentes extractantes

8

Tabla 4. Tensión superficial en extractantes

9

Tabla 5. Relación agitación con respecto a extractantes

10

Tabla 6. Relación Ph con respecto a las extractantes

11

Tabla 7. Relación temperatura con respecto a extractantes

12

Lista de figuras

vi

Figura 1 planta de extracción por solventes en una operación de lixiviación de cobre

4

Figura 2 Arrastres de fases

6

Figura 3. Efecto de la agitación en los arrastres O/A de A, B y C al 15%de extractante y 20°C 10

Figura 4. Efecto del Ph en los arrastres O/A DE A, B Y C al 15% de extractante y 25 °C

11

Figura 5. Efecto de la temperatura en los arrastres O/A de A, B Y C al 15% de extractante

12

1

Capítulo 1 GENERALIDADES 1.1

INTRODUCCION

La rama de la hidrometalurgia es muy importante principalmente en los procesos de extracción de cobre logrando una extracción y recuperación del metal valioso por medios líquidos, acuosos y orgánicos, que posteriormente en una etapa de EW es transformado a catados de cobre de alta pureza siendo un procesos rentable económicamente por la actual situación del mercado para los metales como el cobre, tal como es el caso de CERRO VERDE.

 No obstante los cátodos de cobre no son el único producto que puede obtenerse gracias a este proceso, ya que de igual manera puede obtenerse sulfato de cobre penta-hidratado en forma de cristales en una etapa de cristalización posterior al proceso SX tal c omo se aplica en la planta de YARABAMBA ubicada en el departamento de AREQUIPA- PERU

En la extracción por solventes la fase orgánica está compuesta por dos líquidos líquidos miscibles, el extractante y el diluyente. El extractante es el que actúa químicamente, es decir, el que  participa en la reacción, este debe cargarse y descargarse descargarse con facilidad para que los tiempos de mezclado y el diseño de los equipos este en un rango aceptable. El diluyente es el que mejora las propiedades físicas del extractante disminuyendo su viscosidad y densidad.(Patricio Navarro D, 2013,p.8.)

Las plantas hidrometalurgicas cuentan con unas serie de equipos y anexos as SX, los cuales  permiten atenuar las pérdidas de reactivo, disminuyendo así los efectos perjudiciales en otras etapas producidas por el orgánico arrastrado, entre estos equipos se pueden mencionar los decantadores y filtros.(O. Benavente, 2013,p.92)

2 Sin embargo a pesar de los equipos utilizados para evitar el arrastre de fases, no se logra evitar los arrastres de fase en su totalidad, si bien es cierto que los arrastres no solo dependen de los equipos, sino también de los extractantes, es necesario evaluar estos  parámetros para tener un control eficiente del proceso

1.2

CONTEXTO DEL PROBLEMA Y SU RELEVANCIA La planta de extracción por solventes de la empresa METAKAV.S.A.C. que se

encuentra ubicada en el departamento de Arequipa no es la excepción al problema de los arrastres de fase, debido a que dicha planta realiza el proceso de extracción ex tracción por solventes  para la obtención de sulfato de cobre penta-hidratado

1.3

DEFINICION DEL PROBLEMA En los procesos de extracción por solventes se producen atrapamientos de una fase

en la forma de micro gotas que no logran ser separadas en los decantadores, junto a sólidos, crud y otros contaminantes, estos arrastres constituyen una de las permanentes  preocupaciones de los operadores puesto que de su adecuado control depende la estabilidad técnico económica de los procesos SX-EW, la calidad catódica y condiciones ambientales, además de los problemas asociados a la presencia de orgánico en el electrolito de avance y solución de refino que son: 

Impacto en la calidad catódica, obtención de cátodos quemados en casos críticos. Mala calidad del depósito en zonas z onas impregnadas con orgánico al sembrar s embrar cátodos permanentes e incremento de impurezas



Contaminación ambiental y riesgos de incendio en la nave por alta volatilidad a las temperaturas de operación



Impactos importantes en los costos de operación por p erdidas de fase orgánica



Mano de obra adicional en la limpieza del circuito, deterioro de celdas que utilizan brea como recubrimiento, mayores requerimientos de cobalto y otros aditivos por aumento de corrosión anódica.



Obstrucción en sistema de distribución en lixiviacióm

3

1.4

JUSTIFICACION Solucionar o mitigar el problema en lo ma yor posible implicaría obtener un

 proceso más eficiente evitando gastos innecesarios en el proceso, así mismo los resultados podrían brindar información valiosa para futuras investigaciones.

1.5

DELIMITACIÓN DE LAS FRONTERAS DEL TRABAJO. El lugar de aplicación del trabajo es en Arequipa en la planta de extracción por

solventes de la empresa METAKAV.S.A.C. En Yarabamba.

1.6

OBJETIVO GENERAL Evitar el arrastre de la fase orgánica en la fase acuosa

1.7

OBJETIVOS ESPECIFICOS 

Analizar el arrastre de O/A con el control de parámetros



Comparar el uso de aldoximas con respecto a las citoximas que son extractantes usados en el proceso SX

1.8

HIPOTESIS 

Controlar los parámetros más importantes en el proceso permitirá evitar los arrastres de fase O/A



Un uso combinado de los extractantes (aldoximas y cetoximas) permitirá obtener un extractante más eficiente.

1.9

VARIABLES

1.9.1 VARIABLE DEPENDIENTE Arrastre de fase orgánica en acuosa

1.9.2 VARIABLES INDEPENDIENTES 

Agitación.



Temperatura.



PH.

4

Capítulo 2 FUNDAMENTACION TEORICA

El proceso de extracción por solventes, conocido en la hidrometalurgia del cobre también como SX (del inglés Solvent Extracction), consiste en la extracción selectiva del cobre contenido en las soluciones de lixiviación mediante un solvente orgánico, para luego transferirlo a una solución de sulfato de cobre pura y concentrada, denominada electrolito rico.

Fig. 1. Planta extracción por solventes en una operación de lixiviación de cobre.

5

2.1

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DE REACTIVOS Los tipos más usados son: LIX 984N (Henkel), PT 5050 (Acorga) y MOC 45

(Allied Signal).

2.1.1 TIPOS DE EXTRACTANTES kETOXIMAS Las KETOXIMAS fueron los primeros reactivos usados comercialmente para la extracción de cobre desde soluciones diluidas y fueron usados exclusivamente durante 12 años. Sus principales propiedades eran: excelente separación de fases, bajas pérdidas de orgánico por arrastre y baja formación de crud. c rud. Su uso, sin embargo fue limitado, li mitado, debido a dos desventajas principales:



Extractante moderados de cobre.



Cinética lenta a bajas temperaturas. El reactivo típico fue el LIX 64N

SALICILALDOXIMAS Para superar estas desventajas se desarrollaron las salicilaldoximas, lo que  permitió reducir circuitos del proceso, incluso para altas concentraciones de cobre y bajo  pH (40 gpl Cu y pH 1.5). Sin embargo, estos reactivos son extractantes tan fuertes que requieren un modificador para realizar eficientemente la reextracción. El uso de modificadores (tridecanol o nonifenol) presentan las siguientes d esventajas : hidrólisis y degradación del reactivo, mayor transferencia de Fe al electrolito, mayor  pérdida de orgánico por arrastre físico y mayor formación de crud. Reactivos típicos son el LIX 860 y el Acorga PT-5050

6 Reactivo

Acorga

LIX

MOC

Extractante

Modificador

PT5100

Aldoxima

Nonil Fenol

PT5050

Aldoxima

Tridecanol

M5640

Aldoxima

Ester

84

Ketoxima

No

984

Mezcla

No

622

Aldoxima

860

Aldoxima

No

45

Ketoxima

No

55

Aldoxima

No

Tridecanol

Tabla 1. Tipos de extractantes

2.2

ARRASTRES Al mezclarse en un mixer 2 fases inmiscibles, una de ellas debe encontrarse

dispersa en la otra. Se presentan dos casos: 

Cuando la fase acuosa está dispersa en la fase orgánica, se habla de continuidad orgánica



Cuando la fase orgánica está dispersa en la fase acuosa, se habla de continuidad acuosa

Fig. 2. Arrastres de fases

7

Capítulo 3 METODOLOGIA Para la evaluación de los arrastres se evaluaran los diferentes parámetros. La cuantificación de los arrastres se realiza por absorción atómica. La tabla 2 muestra los niveles máximos y mínimos así como los parámetros sometidos Los niveles mínimos y máximos del pH varían entre 1,6 y 2,0; la agita ción entre 500 y 700 rpm y la temperatura entre los 10 y 20 °C.

PARAMETROS Concentración de Cu Pls (g/L)

6

Diluyente

Orfom sx 12

Agitación (rpm)

500 y 700

PH

1.6 a 2.0

Continuidad

acuosa

O/A

01:01

Temperatura

10 y 20 °C

Volumen del orgánico (ml)

400

Volumen del acuoso (ml)

400

Tabla 2. Parámetros

Para la evaluación y estimación de arrastre se utilizan tres extractantes comerciales basados en aldoxima, mezcla de aldoxima/cetoxima y ceto- xima, denominados como A, B y C,  preparados con una concentración de 10, 15 1 5 y 20 % V/V en solvente Orfom SX 12. 1 2. Las  pruebas consideran consideran al orgánico como fase dispersa dispersa ya que es la condición más desfavorable desde el punto de vista operacional o peracional para minimizar la generación de arrastres O/A

8

3.1

CARACTERIZACION DE LA FASE ORGANICA La tensión interfacial es determinada utilizando el anillo de Duno uy, la densidad

usando un densímetro y la viscosidad se mide con el viscosímetro de caída de bola Gilmont. La tabla 3 muestra los valores obtenidos en la fase orgánica. La densidad y la viscosidad son mayores para la oxima A (Tabla (Tab la 3); esto se debe a la  presencia del modificador. Además, se observa que al aumentar la temperatura ambas  propiedades disminuyen.

TEMPERATURA

DENSIDAD,

VISCOSIDAD,

G/ML

CP

10 % A

10

0,816

2,81

10 % B

10

0,813

2,558

10 % C

10

0,811

2,415

15 % A

10

0,821

3,075

15 % B

10

0,816

2,882

15 % C

10

0,816

2,773

20 % A

10

0,827

3,453

20 % B

10

0,824

3,274

20 % C

10

0,821

3,24

10 % A

20

0,808

2,705

10 % B

20

0,793

2,349

10 % C

20

0,79

2,313

15 % A

20

0,817

2,99

15 % B

20

0,815

2,558

15 % C

20

0,815

2,378

20 % A

20

0,823

3,239

20 % B

20

0,821

3,096

9 20 % C

20

0,82

2,988

Tabla3. Temperatura densidad y viscosidad con diferentes extractantes

La tabla 4 muestra los resultados de la tensión interfacial. Se observa una tendencia a disminuir la tensión a medida que aumenta la concentración de extractante y la temperatura, a consecuencia de la disminución de las fuerzas inter-iónicas entre las gotas de ambas fases. Resultados similares se obtienen en trabajos de investigación de sistemas líquidos  –  líquidos[7-9].   líquidos[7-9]. Además, la tensión interfacial disminuye a medida que aumenta el Ph y la concentración de extractante. Tal situación se debe a que en la superficie de las gotas orgánicas los iones negativos de hidróxidos son especial y espontáneamente absorbidos [10].

Fase orgánica (dina / cm)

Fase acuosa 10 %

10

10 %

15 %

15 %

15 %

20 %

20 %

20 %

%B

C

A

B

C

A

B

C

15,5

16,1

19,3

15,2

15,7

17,5

15,7

15,0

15,0

15,0

14,3

18,5

14,6

14,7

16,1

15,4

14,8

14,8

15,1

15,5

18,4

14,9

15,1

17,4

14,9

14,7

14,7

14,8

14,2

17,0

14,1

14,3

15,8

15,1

14,6

14,6

6 g/ L Cu  – Ph 1,6 – 10 °C 6 g/ L Cu  – Ph 1,6 – 20 °C 6 g/ L Cu  – Ph 2,0 – 10 °C 6 g/ L Cu  – Ph 2,0 – 20 °C

Tabla 4. Tension superficial en extractantes

3.2

EFECTO DE AGITACION

10 A medida que aumenta la agitación, se incrementan los arrastres O/A en todas las concentraciones de extractante (Fig.3). Esta situación se debe a que al aumentar la agitación se favorece la generación de micro-gotas que no logran coalescer y quedan atrapadas en una fase distinta. Esta hipótesis es compartida con diferentes trabajos de investigación [3 y 4]. La oxima A, presenta el nivel más alto de arrastre O/A, seguida por la oxima ox ima B y la C. Esta situación se explica ya que presenta una mayor viscosidad, res- pecto a las otras oximas evaluadas. Por tal razón es más probable que se formen micro-gotas que dificultan su coalescencia

CETOXIMA

MEZCLA(CETOXIMA+ALDOXIMA)

ALDOXIMA

500 RPM

12

19.68

45.96

700 RPM

25

46.63

71.16

Tabla 5. Relación agitación con respecto a extractantes

11

Fig. 3 Efecto de la agitación en los arrastres O/a de a, B y C al 15 % de extractante y 20 °C

3.3

EFECTO DEL PH EM ARRASTRES O/A

En la figura 4 se aprecia que a medida que aumenta el Ph, se incrementan los arrastres O/A; esta situación se asocia a la disminución de la tensión inter- facial

El aumento de arrastre O/A por efecto del Ph se contrapone a los resultados obtenidos por otros autores [3]. Sin embargo, autores que estudiaron el efecto del Ph en la coalescencia de las gotas en fase acuosa usando benceno y tetracloruro de carbono, lograron establecer que el Ph inhibe la coalescencia [10

CETOXIMA

MEZCLA(CETOXIMA+ALDOXIMA) MEZCLA(CETOXIMA+ALDOXIM A) ALDOXIMA

Ph 1,6

14,5

24,2

33,2

Ph 2,0

21,7

22,3

47,1

Tabla 6. Relación Ph con respecto a los extractantes

12

Figura 4. Efecto del pH en los arrastres O/a de a, B y C al 15 % de extractante y 25 °C.

3.4

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LOS ARRASTRES O/A

En la figura 5 se aprecia que a medida que aumenta la temperatura, se incrementan los arrastres O/A, a cualquier concentración de extractante.

Esta situación se debe a que al aumentar la temperatura disminuye la tensión interfacial. Respecto a la distribución de tamaño de las gotas, éstas tienden a ser más pequeñas p equeñas al incrementar la temperatura. Resultados similares se han obtenido en trabajo s de investigación en sistemas líquido - líquido [3, 7-9

CETOXIMA

MEZCLA(CETOXIMA+ALDOXIMA) ALDOXIMA

10 °C

6

6,22

17,55

20 °C

12

19,68

45,96

Tabla 7. Relación temperatura con respecto a extractantes

13

Fig. 5 Efecto de la temperatura en los arrastres O/A de A, B y C al 15 % de extractante.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES  El tipo de oxima es significativo en el arrastre O/A. Los niveles menores de arrastres se

obtienen en la cetoxima, alcanzando un 40 % y 20 % inferior a las aldoximas y mezclas respectivamente..  La densidad, viscosidad y tensión interfacial disminuyen al incrementar la temperatura.  Al aumentar la agitación en 200 rpm los arrastres O/A aumentan en promedio un 60 % para

el caso de las cetoximas, 55 % en las mezclas y 68 % en el caso de las aldoximas modificadas.  Al aumentar la temperatura en 10 °C los arrastres O/A aumentan en promedio un 50 % para

el caso de las cetoximas, 40 % en las mezclas y 55 % en el caso de las aldoximas modificadas.

14

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