Fundamentos Esenciales de la Extracción por Solventes en Procesos Químicos

Conceptos Fundamentales en Extracción por Solventes

Emulsión y Coalescencia

Una emulsión es una mezcla estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse, es decir, son inmiscibles. Estos dos líquidos, al estar en un mismo recipiente, se denominan fases; por lo tanto, una emulsión consiste en gotitas de una fase dispersas en otra.

Banda de Dispersión

Se denomina dispersión a la fracción de fase dispersa ubicada entre la fase orgánica y la fase acuosa separadas.

Continuidad de Fases

La continuidad de fases se refiere a cuál de las dos fases (acuosa u orgánica) forma la matriz continua y cuál se encuentra dispersa en forma de gotas:

• Continuidad acuosa: La fase acuosa es la matriz continua, y las gotas son de fase orgánica.
• Continuidad orgánica: La fase orgánica es la matriz continua, y las gotas son de fase acuosa.

Se controlan las fases de cada mezclador con un tester de corriente continua que marca la resistencia del medio. Así, las resistencias iguales a cero corresponden a la fase orgánica, y si es lo contrario, es continuidad acuosa.

Arrastre

Se denomina arrastre a la fracción de fluido que no se puede separar y permanece retenido en el otro fluido. Al abandonar un decantador, forma una emulsión estable.

Borra

La borra es una dispersión estable compuesta por fase orgánica, fase acuosa, aire y sólidos coloidales. Su comportamiento de asentamiento depende de la continuidad de la fase:

• Bajo continuidad acuosa: La borra tiende a asentarse entre la fase orgánica y la interfase que se separa.
• Bajo continuidad orgánica: La borra tiende a asentarse entre la capa de fase acuosa libre y la interfase que se separa.

Factores Clave en la Extracción Líquido-Líquido

Niveles de Impureza

El flujo de solución de lavado diluye las impurezas, pero el proceso de dilución es eficiente solo en cierto rango.

Acidez y pH

La acidez de la fase acuosa influye directamente en la migración del cobre y el hidrógeno entre fases:

• Cuando hay baja acidez en la fase acuosa: Durante la mezcla de fases, el cobre migra desde la fase acuosa hacia la fase orgánica, y el hidrógeno migra desde la oxima hacia la fase acuosa.
• Cuando hay alta acidez en la fase acuosa: Durante la mezcla de fases, el cobre migra desde la fase orgánica hacia la fase acuosa, y el hidrógeno migra desde la fase acuosa hacia la oxima del orgánico.

Procesos de Extracción y Re-extracción

Extracción

Flujo del proceso:

PLS ➡️ O.D. ➡️ O.C. ➡️ REFINO

Reacción general:

CuSO₄(ac) + 2HR(org) ⇌ R₂Cu(org) + H₂SO₄(ac)

Donde:

• PLS: Solución de Lixiviación Preñada (solución acuosa con cobre).
• O.D.: Orgánico Diluido (reactivo orgánico sin cargar).
• O.C.: Orgánico Cargado (reactivo orgánico con cobre).
• REFINO: Solución Acuosa de Refino (solución acuosa sin cobre).

Re-extracción

Flujo del proceso:

O.C. ➡️ E.P. ➡️ E.R. ➡️ O.D.

Reacción general:

R₂Cu(org) + H₂SO₄(ac) ⇌ CuSO₄(ac) + 2HR(org)

Donde:

• O.C.: Orgánico Cargado (reactivo orgánico con cobre).
• E.P.: Electrolito Pobre (solución acuosa ácida para re-extracción).
• E.R.: Electrolito Rico (solución acuosa con cobre para electroobtención).
• O.D.: Orgánico Diluido (reactivo orgánico regenerado).

Parámetros Operacionales

Temperatura

A mayor temperatura de los fluidos mezclados, menor tiempo de separación de fases.

Agitación

La agitación es un factor importante, ya que de ella dependen las mezclas de las fases acuosa y orgánica.

Flujo de Solución Acuosa de Extracción

Define el flujo de solución acuosa de lixiviación (PLS) que se alimenta a las etapas de extracción.

Flujo de Acuoso de Re-extracción

Corresponde al flujo de electrolito gastado que se alimenta a las etapas de re-extracción para descargar el cobre y regenerar el reactivo orgánico.

Tiempo de Residencia

Es el tiempo promedio que una partícula de solución permanece en el mezclador.

Velocidad de Agitación

Es la rapidez con que gira el mecanismo de agitación para tener una buena transferencia del elemento metálico a la fase respectiva.

Flujo Específico

Es el flujo total de solución que ingresa al decantador por unidad de área transversal de este.

Concentración del Reactivo

La concentración de reactivo en la solución orgánica se expresa como la relación volumétrica del extractante en el diluyente y está definida como una función de la concentración de cobre en la fase acuosa a tratar y del valor de transferencia neta del reactivo a utilizar.