Cinética: aspectos que controlan la velocidad del proceso

Cinética: los aspectos que controlan la velocidad del proceso son:

• Difusión de los productos o reactantes desde el seno de la solución (capa límite): convección externa, agitación.
• Difusión en la capa de producto (aldoxima libre en interfaz).
• Reacción química.

Para la extracción por solventes (SX) del cobre, las posibles limitaciones se encuentran en la reacción química y dependerán de tres variables: la naturaleza de las moléculas del extractante, la temperatura y la presión. La variable temperatura tiene un efecto catalizador en reacciones químicas, debido a que influye principalmente en la energía de activación.

El mejor comportamiento cinético de una aldoxima a menor temperatura (mayor EAE) se explica por el factor temperatura y por la viscosidad, que aumentan o evidencian la diferencia entre un extractante y otro.

Recuperación en SX

Recuperación (SX): las variables que influyen son:

• Concentración de Cu en la fase líquida (Cu pls).
• pH de la fase líquida (pH pls).
• Concentración de Cu en el electrolito (Cu EP).
• H+ en electrolito (H+ EP).
• Porcentaje de extractante (% extractante).
• Relación volumen orgánico/acuoso externa (O/A) en extracción y reextracción.
• EAE (energía de activación aparente).
• Temperatura.

Coalescencia y velocidades de flujo

Coalescencia: cuando la mezcla comienza a deshacerse, las gotas de la fase dispersa se juntan; al crecer aumentan su tamaño y peso, se desplazan hacia la interfase y se unen con el resto de la fase.

Las velocidades de flujo en un decantador son de vital importancia para una buena coalescencia de fases; esto depende de los criterios de diseño utilizados.

El flujo específico de decantación es función del caudal total que ingresa al decantador (incluyendo recirculación). La velocidad límite operativa (VLO) dependerá del caudal y de la banda de orgánico, manejándose de forma dependiente: si existen aumentos de caudales orgánicos se debe ajustar la banda de orgánico.

Arrastres O/A – A/O (continuidad de fases)

Arrastres O/A – A/O:

Continuidad acuosa: alto arrastre de orgánico en acuoso, bajo arrastre de acuoso en orgánico (gotas orgánicas abajo, en fase acuosa).

Continuidad orgánica: alto arrastre de acuoso en orgánico, bajo arrastre de orgánico en acuoso (gotas acuosas arriba, en fase orgánica).

Los arrastres dependerán de:

• VLO (velocidad límite operativa).
• FED (no especificado en el texto original, conservar acrónimo).
• Calidad de la fase orgánica.
• Viscosidad de la solución.
• Temperatura.
• Agitación.
• Niveles de borras (crud).
• Condiciones de operación de equipos.
• Continuidad de fases.
• Fenómenos de degradación y nitración.
• Eventos operacionales.

Borras (CRUD)

Borras (CRUD): sólidos en las soluciones de lixiviación generan emulsión estable (borra) que se ubica en la interfase orgánico-acuoso. Esta emulsión debe ser retirada de los decantadores porque genera problemas de separación de fases, incrementa arrastres y, si no se trata, habrá pérdida neta de reactivo.

Reactivos orgánicos

Reactivos orgánicos: tipos y comportamiento general:

• Quelante (pinzas): el extractante enlaza químicamente el ion metálico en dos sitios; por cada molécula de extractante se libera un ion hidrógeno.
• Ácido orgánico.
• Sustitución del ligante.
• Extracción neutra o solvato.
• Formación de par iónico.

Fase orgánica

La fase orgánica está conformada por el extractante, el solvente y, en algunos casos, un modificador. Los extractantes requieren ser diluidos: el solvente reduce la viscosidad del orgánico y la concentración del reactante.

Características del extractante

• Ser altamente selectivo.
• Ser inmiscible en soluciones acuosas.
• Separarse fácilmente de la fase acuosa.
• Facilidad de regeneración en sus características fisicoquímicas.
• Cargar y descargar el metal lo bastante rápido.
• Ser soluble en diluyentes orgánicos.
• No ser inflamable, tóxico, volátil, carcinógeno ni contaminante en la medida de lo posible.
• No promover emulsiones estables.
• Tener un costo aceptable.

Características del solvente

• Solubilizar al extractante y al complejo orgánico-metal formados.
• Ser insoluble en fase acuosa.
• Baja viscosidad.
• Densidad que favorezca la separación de fases.
• Químicamente estable bajo condiciones del circuito.
• Alto punto de inflamación y bajas pérdidas por evaporación.
• No interferir en reacciones de extracción y descarga del metal.
• Disponibilidad en grandes cantidades y a bajo costo.

Aldoximas y cetoximas

Aldoximas: son extractantes fuertes; forman complejo fuerte con Cu, permitiendo extracción de Cu eficiente aun a bajo pH. Por tanto, la reextracción eficiente requiere mayores niveles de ácido en el electrolito.

Cetoximas: son extractantes débiles; forman un complejo más débil con Cu, no tienen extracción eficiente a bajo pH y la reextracción es más eficiente a niveles bajos de ácido en el electrolito.

Formulaciones fuertes vs débiles

• Formulaciones fuertes favorecen: concentrados con menor pH, mayor acidez en electrolito, pocas etapas de extracción, más etapas de reextracción y mayor recuperación esperada.
• Formulaciones débiles favorecen: pH de la fase acuosa más alto, electrolito con menor acidez, más etapas de extracción, menos etapas de reextracción y menor expectativa de recuperación.

Arcillas

Arcillas: tratamiento en dos etapas:

1. Adsorción: contacto entre arcillas y orgánico en estanque. Se requiere ~20 min de agitación; el orgánico debe estar libre de agua. Los tensoactivos se atraen fuertemente por las arcillas por fenómenos de superficie; estas se saturan. Se estima la dosificación en pruebas de laboratorio.
2. Separación de sólidos: retiro de arcillas con tensoactivos (filtración).

En planta:

• Orgánico planta > orgánico cargado: dosis típicas 5-50 kg/m3.
• Orgánico recuperado (viene de tratamiento de borras, recuperado de piscinas de refino y sumideros): contiene más tensoactivos, por lo que exige dosis mayores a 5 kg/m3.

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