Introducción a la Extracción por Solvente (SX)

La lixiviación (LX), un proceso no selectivo, genera una carga significativa de impurezas en sus soluciones acuosas. Para ingresar estas soluciones al proceso de electroobtención (EW), es crucial purificarlas. La extracción por solvente (SX) es una técnica ampliamente utilizada para este propósito en la industria minera, con aplicaciones en la recuperación de diversos metales como Co-Ni, Tierras Raras, Uranio, Mo, Re, As, Cu, Zn, entre otros.

Tipos de Lixiviación (LX)

• En bateas
• En pilas
• En botadero
• In-situ
• Por agitación

Impacto de las Impurezas en la Electroobtención (EW)

Las impurezas pueden afectar negativamente la eficiencia y los costos del proceso EW. Algunos ejemplos incluyen:

• Hierro (Fe): Alto costo de energía, purga (pérdidas de sulfato de Co, reactivos catódicos, ácido y Cu), mayores consumos de extractante y diluyente, mayor consumo de agua tratada. La selectividad depende de la concentración de Fe, pH de la solución PLS, tipos de extractantes y balance de planta.
• Cloruros: Alto costo por corrosión.
• Magnesio: Alto costo por corrosión de ánodos de plomo.
• Cobre: Baja concentración – Cu muy rugoso y probablemente contaminado con azufre.

Principios de la Extracción por Solvente (SX)

La extracción por solvente (SX) implica la transferencia de un elemento disuelto en una fase acuosa impura a otra solución acuosa pura y concentrada mediante una fase inmisible. Los pasos principales del proceso SX incluyen:

1. Separación y Purificación

Se extrae uno o más metales del PLS (impuro), ya sea extrayendo el(los) metal(es) deseado(s) o extrayendo las impurezas, dejando los metales de interés en la solución.

2. Concentración

Se concentran los metales disueltos con el objetivo de disminuir los volúmenes a procesar y hacer viable la electroobtención (EE).

3. Cambio de Medio

Se transfieren los metales disueltos desde una solución acuosa a otra solución acuosa diferente.

Definiciones de Soluciones Orgánicas y Acuosas

• Solución Rica (PLS): Rica en Cu, proviene de la LX y contiene contaminantes, sólidos en suspensión, etc.
• Refinado (Ref): Pobre en Cu, saliente de la planta de SX, mayor acidez que PLS.
• Orgánico Cargado (OC): Mezcla de extractante y diluyente, alto contenido de Cu.
• Orgánico Descargado (OD): Mezcla de extractante y diluyente, bajo contenido de Cu.
• Electrolito Rico (ER): Solución rica en Cu (45-50 gpl) y ácido sulfúrico (140-160 gpl).
• Electrolito Pobre (EP): Solución pobre en Cu (38-42 gpl) y ácido sulfúrico (160-200 gpl).
• Agua de Lavado: Solución de ácido sulfúrico de concentración 6-10 gpl.

Miscibilidad

Propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción formando una mezcla o fase homogénea. Las concentraciones de equilibrio determinan la eficiencia de la extracción.

Razón de Distribución (D)

La extracción se mide por la razón de distribución (D). A mayor D, más eficiente es la transferencia del metal entre la fase orgánica y la fase acuosa. Para la re-extracción, se considera la relación inversa.

Gráfica Razón de Extracción vs pH

Al variar el pH, la razón de extracción aumenta hasta un punto de inflexión en D=1, donde el 50% del mineral se encuentra en cada fase. A pH > pH50 se produce la extracción. Este diagrama proporciona parámetros clave para el diseño de una planta de SX, como el número de etapas, concentración de las soluciones, eficiencia por etapa y recuperación global del mineral.

Isoterma de Extracción y Re-extracción

Define la capacidad del orgánico para extraer o re-extraer Cu en una planta de SX para cada razón O/A (orgánico/acuoso) o A/O, respectivamente. Evalúa la eficiencia del proceso y su comportamiento bajo diferentes condiciones.

Eficiencia de Acercamiento al Equilibrio (EAE)

Indica cómo se mezclan las soluciones y su acercamiento al equilibrio. Monitorear la EAE permite actuar a tiempo y mitigar efectos adversos como descenso de temperatura, agitación deficiente, deterioro de las fases, baja tensión interfacial, alta viscosidad y aumento de impurezas.

Cinética del Proceso SX

Las limitaciones en la velocidad del proceso SX se encuentran en la reacción química y dependen de la naturaleza del extractante, la temperatura y la presión.

Recuperación en SX

La recuperación en SX depende de factores como la concentración de Cu en el PLS, pH del PLS, concentración de Cu en el EP, concentración de H+ en el EP, porcentaje de extractante, razón O/A externa, EAE, tipo de oxima y temperatura.

Coalencia y Arrastre

La coalencia se refiere a la unión de las gotas de la fase dispersa. El arrastre se relaciona con la continuidad de las fases acuosa y orgánica. Los arrastres dependen de la velocidad de la fase orgánica (VLO), factor de dispersión (FED), calidad de la fase orgánica, viscosidad de la solución, temperatura, agitación, nivel de crud, condición de los equipos, continuidad de fases, fenómenos de degradación y nitración, y eventos operacionales.

Tipos de Reactivos Orgánicos

• Quelante
• Ácido orgánico
• Sustitución del ligante
• Extracción neutra
• Formación de par iónico

Características del Extractante Ideal

• Altamente selectivo
• Inmiscible con soluciones acuosas
• Fácil separación de la fase acuosa
• Fácil regeneración
• Carga y descarga rápida del metal
• Soluble en diluyentes orgánicos
• No inflamable, tóxico, volátil, cancerígeno ni contaminante
• No promueve emulsiones estables
• Costo económico aceptable

Características del Solvente Ideal

• Solubiliza el extractante y el complejo organo-metálico
• Insoluble en la fase acuosa
• Baja viscosidad
• Densidad que favorece la separación de fases
• Químicamente estable
• Alto punto de inflamación
• Bajas pérdidas por evaporación
• No interfiere en las reacciones de extracción y descarga
• Disponible y económico

Fuerza del Extractante

Los extractantes fuertes, como las aldoximas, forman complejos fuertes con el Cu, permitiendo la extracción a bajo pH. Los extractantes débiles, como las cetoximas, forman complejos más débiles y requieren un pH más alto para la extracción, pero la re-extracción es eficiente incluso a bajos niveles de ácido en el electrolito.

Tratamiento con Arcillas

El tratamiento con arcillas se realiza en dos etapas:

1. Adsorción

Contacto entre arcillas y orgánico en un estanque. Se requiere agitación, orgánico libre de agua y dosificación adecuada de arcillas.

2. Separación de Sólidos

Retiro de las arcillas saturadas con tensoactivos mediante filtración (filtro prensa). Se requiere una buena precapa y asegurar un máximo de 25 ppm de sólidos en los productos.

Conclusión

La extracción por solvente (SX) es una técnica esencial en la industria minera para la purificación y concentración de metales. Comprender los principios, variables y desafíos del proceso SX es crucial para optimizar su eficiencia y rentabilidad.