extraccion por solventes
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proceso y tratamiento de solucionesTRANSCRIPT
Pedro A. Orrego Alfaro Procesos Hidrometalúrgicos 1
Intercambio Iónico
Extracción por Solventes
U, Ni, Co, Mo, Be, V, Mg, TR,Cu, Au,
Precipitación sin
ReducciónAl, Cu, Co, Mg, Be, Th, Li, Re, B, V, W, Mo
Precipitación por Reducción Química
Ni, Co, Cu
ElectrodepositaciónCu, Zn, Au, Cd, Ag,
Co, Ni, Mg
Departamento de Ingeniería Metalúrgica
Tratamiento de Soluciones
Soluciones Concentradas
Soluciones Diluidas
PLS
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Extracción por Solventes
Extracción
Re - Extracción
Solución Rica
PLS
Refino
Electrolito Pobre
Spent
Electrolito Rico
Avance
Orgánico
Descargado
Orgánico
Cargado
Acondicionamiento
Lavado
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Extracción por Solventes
Factor de Separación
B
A
M
M
D
DBA,
A
A
XY
acuosoMorgánico
MD Coeficiente de
Distribución
1. Concentrar
2. Purificar
3. Separar
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Extracción por Solventes
Extractante (reactivo): Compuesto que contiene grupo
funcional que reacciona químicamente con una
especie particular en la fase acuosa.
Diluyente (carrier): Material orgánico que se utiliza
para diluir el extractante, este puede ser alifático o
aromático.
Modificador: aumenta la solubilidad del extractante y
del complejo metálico extraído en la fase orgánica,
mejora la velocidad de separación de fases y la
extracción.
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Extracción por Solventes
nHMRRHnMn
n
Agentes de extracción del tipo ácido; Quelantes.
2HCuRRH2Cu 22
2HCuRRH2Cu 22
2HCuRRH2Cu 22
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Complejo formado entre
una oxima y el Cu2+.
Y = H
(saliciladoximas)
Y = CH3 (cetoximas)
R = C9H19
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Agentes de extracción del tipo ácidos - Catiónicos nHMRRHnM
n
n
nHRH)(MR)RH(nM nn2n
H2RH)(CoR)RH(2Co 2222
Baja carga metálica
nHMRRHM nn
H2CoRRHCo 22
Alta carga metálica
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Extracción por Solventes
Agentes de extracción tipo básicos - Aniónicos XMYNH
3RXNH
3RMY
XNH3
RHXN3
R
Agentes de extracción tipo neutros o por solvatación
OqHSMXsSO)q(HMX 2Sn2n
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Extracción por Solventes
En el proceso de extracción por solventes, la transferencia de masa ocurre a través de la interfase o límite que separa ambos líquidos.
Con
cen
tració
n d
e s
olu
to
Interfase
Acuoso Orgánico
CE
CE i
CR
CR i
Estos gradientes de concentración representan la fuerza motriz de la transferencia de masa
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Cuando se mezclan mecánicamente las dos fases y se
detiene la agitación, la separación de fases ocurre por
coalescencia y sedimentación.
Algunos factores que influyen en la separación de fases:
• Tamaño de gotas de la dispersión
• Diferencia de densidades entre las fases
• Viscosidad
• pH de la fase acuosa
• Temperatura del sistema
• Presencia o ausencia de sólidos
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Emulsión: Mezcla estable de un líquido en otro líquido.
Dispersión: Mezcla instable o transitoria
La mezcla de dos fases líquidas inmiscibles, en sistemas de extracción por solventes se considera una dispersión, la cual puede ser estabilizada por agentes externos.
Las características de una dispersión, en un mezclador sedimentador, dependen de varios factores:
• Forma, tamaño y ubicación del impeller• Tamaño y forma del compartimiento de mezclado• Naturaleza de los fluidos, particularmente características de la fase continua.
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CONTINUIDAD DE FASES
Dirección de las gotas
Continuidad Orgánica
Fase orgánica
Fase Acuosa
Gotas Acuosas
Dirección de las gotas
Continuidad Acuosa
Fase orgánica
Fase Acuosa
Gotas Orgánico
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La separación de fases cronológicamente se divide en dos periodos
1 Ruptura Primaria
orgánico
acuoso
2 Ruptura Secundaria
orgánico
acuoso
orgánico
acuoso
Banda de Dispersión
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a) Flujos Paralelos: cuando la cinética de transferencia es lenta.
OD
PLS REF
OC
b) Flujos Cruzados: cuando es pequeña la carga del extractante y se cuenta con un gran inventario de orgánico
OD OD OD
OC OC OC
PLS
REF
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c) Flujos en Contra corriente: es el más utilizado
industrialmente en hidrometalurgia ya que se aprovecha
mejor la carga del extractante con un menor inventario
de orgánico
I II III
OC OD
PLS REF
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Isoterma de distribución: es una representación gráfica de
la concentración del metal en la fase orgánica versus su
concentración en la fase acuosa a una temperatura dada.
Contactos
separados de la
solución acuosa de
alimentación con
diferentes
volúmenes de fase
orgánica.
[M]o
[M]aXc
Yc
Xb
Yb
Xa
Ya
Xf
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b) Extracción en contracorriente, es decir, una
misma cantidad de acuoso con diferentes orgánicos
frescos, en forma consecutiva.[M]o
[M]aXfXa
Ya
Xb
Yb
Xc
Yc
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Extracción por Solventes
La predicción del número teórico de etapas de un
sistema en contracorriente de SX, puede ser realizada a
través del uso del Diagrama de Mc Cabe Thiele. Este
consta de una isoterma de distribución y una recta de
operación, la recta de operación representa la
conservación de masa a través del sistema, y como tal,
se obtiene de un balance de masas
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Extracción por Solventes
IIx2
Y3OY1
A xf
Ix1
Y2
nXn - 1 A xn
Yn O yn+ 1
1sns1nefe YOXAYOXA
Los flujos de entrada son iguales a los flujos de salida, es
decir, la separación de fases es perfecta, al igual que el
mezclado, luego:
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112f YOXAYOXA Etapa 1
2231 YOXAYOXA Etapa 2
nn1n1n YOXAYOXA Etapa n
1n1nf YOXAYOXA
nf
1n1
XX
YY
OA
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Extracción por Solventes
1n1nf YYXXOA
11nnf YYXXOA
Esta ecuación representa una recta en un gráfico
concentración de metal en el orgánico versus
concentración del metal en el acuoso, cuya pendiente es
la razón de fases orgánico/acuoso
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Extracción por Solventes
I
II
[M]o
[M]a
OA
Xf
Yn+1
X2 X1
Y1
Y2
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Extracción por Solventes
O Y1
A xf
Extracción
A xn
O Yn+1
0100XVYV
Ext% 1fA
1O nYsisólosi
100
XVXXV
Ext%fA
nfA
100
XVYYV
Ext%fA
1n1O
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Extracción por Solventes
OD
E EP
Re-Extracción
E ER
OC
100
OVEEV
ExtRe%CO
PRE
100
OV
OOVExtRe%
CO
DCO
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Extracción por Solventes
OA
XfX1
Yn+1
Y1
[M]o
[M]aX’1
Y’1
a
b
c
Cálculo de eficiencia
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Extracción por Solventes
100acbc
Eficiencia
100YYXX
YYXXEficiencia
21n1
21f
2
1n'1
2'1f
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Extracción por Solventes
[M]E
[M]OY1
OCYn+1
OD
EP
EREOa
b
c
E’R
Y’n+1
OD’
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Extracción por Solventes
100acbc
Eficiencia
100EEOO
EEOOEficiencia
2PR
2DC
2
P'R
2'DC