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INTRODUCCION La disolución de impurezas en lixiviación hace inevitable la purificación de las soluciones como etapa previa a la electroobtención. En la industria del cobre, y a partir de 1965, comenzó a aplicarse el proceso de extracción por solventes, cuyo xito se ha traducido en la instalación de numerosas plantas industriales !ue operan con el circuito Lixiviación " Extracción por #olventes " Electroobtención. El proceso de extracción por solventes $#%& se entiende como un proceso de purificación y concentración de soluciones basada en la separación del elemento desde los lixiviados por un medio medio de extrac extracció ción n tambi tambin n l'!uid l'!uido, o, !uedan !uedando do as' las soluci solucione oness aptas aptas para para su poster posterior ior tratamiento de precipitación electrol'tica y comercialización directa del c(todo producido. La aplicación de #% en la industria del cobre ha posibilitado el beneficio de menas oxidadas de cobre cobre !ue por mtodos mtodos tradiciona tradicionales les ser'a antieconó antieconómico mico de tratar. tratar. )s', ha permitido permitido tratar minerales de muy ba*a ley o botaderos de ripios existentes, cuyas soluciones diluidas o con alto nivel de impurezas pasan por etapas de #%, obtenindose soluciones concentradas y puras, aptas para electroobtención. +n caso t'pico lo representa una operación por eap o -ump Leachin " #% " E/, de ran aplicación en la industria del cobre de EE.++, 0anad( y otros pa'ses. tra ran venta*a del proceso es la de permitir una operación en electroobtención con altas densidades de corriente, y con eficiencias de corriente por sobre 92 a 93 4, obtenindose c(todos de alta pureza !u'mica y óptima óptima calidad f'sica, aptos para para la venta directa. )dem(s, permite extraer el cobre de soluciones !ue contienen otros valores recuperables. -e esta forma, el tratamiento de las soluciones en las !ue el cobre ya se ha extra'do permite recuperar mediante tcnicas similares o de intercambio iónico, otros elementos de valor comercial $uranio, molibdeno, etc.&. inalm inalment ente, e, el proces proceso o comple completo to $L%7#% $L%7#%7E/ 7E/&& no presen presenta ta proble problemas mas de contam contamina inació ción n ambien ambiental tal,, y en partic particula ular, r, un an(li an(lisis sis comparat comparativo ivo frente frente a la altern alternati ativa va tradic tradicion ional al de lixiviación cementación, le otorar'a venta*as debido principalmente al alto costo de la chatarra, mayores consumos de (cido, ba*a calidad y pureza del producto !ue se obtiene en cementación.
DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso de extracción por solvente se basa en una reacción reversible de intercambio iónico entre dos fases inmiscibles, la fase or(nica $reactivo o extractantes& y la fase acuosa, la reacción eneral es la siuiente8
( Cu+2 )A + 2 ( R )O
( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"#
El sentido de la reacción est( controlado por la acidez
( $ ) de la solución acuosa.
1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra En el proceso lobal de extracción por solventes intervienen 3 etapas8 17. Eta$a de etracci,n! 37. Eta$a de reetracci,n o -tri$$in*!
ETAPA DE E%TRACCION La solución impura de lixiviación, con ba*a acidez, $ p entre 1. y 1.9 & se contacta en mezcladores $ mixer & con la fase or(nica de muy ba*o contenido en cobre $ or(nico descarado descarado &. -ebido a la ba*a acidez de la solución solución acuosa, la reacción o ecuación :;1 se desplaza desplaza hacia la derech derecha, a, obteni obtenin ndos dosee despu despus s !ue ambas ambas soluci solucione oness han pasad pasado o por todas todas las etapas etapas de extracción, una fase or(nica con alto contenido en cobre $ or(nico carado & y una fase acuosa $ refino & !ue ha entreado ran parte del cobre !ue conten'a a la fase or(nica. En las etapas de extracción se transfiere parte del cobre de la fase acuosa al or(nico. -ado !ue los extractantes !ue se utilizan son selectivos para el cobre, las impurezas permanecen en la solución acuosa $ e, )l,
, etc. &. El refino es retornado a lixiviación. 0abe destacar !ue por cada 1 pl de 0u ?3 !ue se transfiere al or(nico, se reenera en la solución acuosa 1.5 pl de 3#.
( Cu+2 )A + 2 ( R )O
( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"2
ETAPA DE REE%TRACCION O STRIPPIN. El or( or(ni nico co car carad ado o obte obteni nido do en la etap etapaa ante anteri rior or se cont contac acta ta con con el elec electr trol olit ito o SPENT $electrolito pobre en cobre, pero alto en (cido& !ue retorna desde electroobtención a #%. -ebido a la alta acidez del electrolito (#/0 a #10 *$l 2SO 3 45 a 41 *$l Cu +2), se produce la reacción inversa, inversa, es decir, el cobre cobre de la fase or(nica or(nica es transferido transferido a la fase acuosa. acuosa. -e las etapas etapas de strippin strippin se obtienen obtienen 3 soluciones soluciones88 un or*6nico de-car*ado , !ue es enviado a las etapas de extracción para iniciar un nuevo ciclo y un electrolito car*ado o electrolito de A&ANCE (#50 a #70 *$l 2SO 3 5 a 55 *$l Cu +2)8 !ue es enviado a E/ para depositar el cobre extra'do.
( Cu+2 )A + 2 ( R )O
( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"4
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9I.URA N"#8 ES:UEMA .ENERAL DEL PROCESO LI%;S%;E< MINERAL
REDUCCION DE TAMA=O
A.LOMERADO
LI%I&IACION PLS ( $#!5 ; #!?)
RE9INO E%TRACCION
OR.ANICO CAR.ADO
OR.ANICO DESCAR.ADO STRIPPIN.
ELECTROLITO A&ANCE
ELECTROLITO SPENT ELECTROO>TENCION CATODOS
El es!uema eneral mostrado en la fiura :;1, est( constituido por > circuitos cerrados de soluciones8 17. Lixiviación " Extracción. 37. Extracción " #trippin. >7. #trippin " Electroobtención. El primer circuito corresponde a las soluciones provenientes de lixiviación !ue alimentan a las etapas de extracción, descar(ndose en cobre y constituyendo la solución refino, la cual retorna al proceso de lixiviación. El seundo circuito corresponde al circuito del or(nico carado, el cual se cara en cobre en las etapas de extracción al contactarse con las soluciones de lixiviación y se descara en las etapas de strippin, al contactarse con el spent, retornando a las etapas de extracción. El tercer circuito corresponde al circuito del electrolito de avance, el cual se cara en cobre en las etapas de strippin, constituyendo el avance, se descara en la etapa de electroobtención y retorna descara descarado do $electrolit $electrolito o de spent& spent& a las etapas de strippin. strippin. -e electroobte electroobtención nción se obtienen obtienen c(todos de buenas caracter'sticas f'sicas y !u'micas.
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E%TRACTANTES En la ecuación :;1, el sub'ndice @ O define a la fase or(nica y el sub'ndice @ A define a la fase acuosa. El reactivo or(nico, propiamente tal, se representa por R y CuR 2 el comple*o formado producto del intercambio, en la fase or(nica. La fase or(nica est( constituida por el reactivo or(nico, el cual se disuelve en una parafina $tride $tridecan cano o y @erose @erosene& ne& en un cierto cierto porcen porcenta* ta*ee en volume volumen, n, a fin de reduci reducirr la viscos viscosida idad, d, ravedad espec'fica y el costo volumtrico del extractante. El reactivo or(nico, !ue forma el comple*o con el elemento se denomina solvente y diluyente al compuesto en el !ue se disuelve el reactivo. -e esta forma se tiene8
9ASE 9ASE OR.ANICA B SOL&ENTE SOL&ENTE + DILUENTE DILUENT E En el caso de la extracción de cobre se emplean como tales, reactivos or(nicos formadores de !uelato, del tipo de las alfa " hidroxioximas. Estos compuestos tienen fuerte poder selectivo de unión a iones 0u ?3, !ue por ello pueden ser extra'dos de la solución. Los comple*os !uelato resultante presentan la mayor'a de las veces estructuras de tipo anular con un (tomo de nitróeno. La formación de estos comple*os va apare*ada en la extracción de cobre a la reacción de intercambio de iones entre los iones de 0u ?3 y los (tomos de hidróeno de un compuesto or(nico. Aara el tratamiento de las soluciones de lixiviación de minerales de cobre se emplean reactivos altamente selectivos para el cobre, como los reactivos de la conocida serie L% $L% " 6>, L% " 6, L% " 6:, L% " B2, etc.&, los productos )0CD) $A " 5252, A . 5122, A " 5>22, etc.& y otro otros, s, cuyo cuyo pode poderr de extr extrac acci ción ón para para el 0u?3 relati relativo vo a otros otros iones iones es muy fuerte. fuerte. Estos extractantes, para el caso espec'fico considerado, se conocen con el nombre de extractantes acidificadores o intercambiadores catiónicos l '!uidos.
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TA>LA >LA N"#8 N"#8 PRES PRESEN ENT TA EL PODE PODER R DE E%TR E%TRAC ACCI CION ON DEL DEL REAC REACTI TI&O &O LI%; LI%;7 7 N PARA DI9ERENTES ELEMENTOS8 A $ B 2!0
TIPO DE ION
PODER DE EXTRACCION
Cu+2 Fe+3
muy fuerte débil
Mo+6
muy débil
+5
V
muy débil
+2
nulo
+2
nulo
+2
Ca
nulo
Mg+2
nulo
+3
nulo
+3
Al
nulo
Fe+2
nulo
+
nulo
Zn
Sn
As
Si
+2
Co
+2
Ni
nulo nulo
-e la tabla se observa !ue sólo la presencia de iones frricos $e ?>& podr'a ocasionar alunos problemas en la pureza !u'mica de la solución a obtener. )Fn en este caso, la razón de extracción 0u?3Ge?>, estando ambos iones en presentes en la solución en la misma concentración ha demostrado ser de 62G1. 0omo 0omo se ha seHa seHala lado do,, la ecua ecuaci ción ón :;1 depend dependee del del p de la solu soluci ción ón.. En las las etap etapas as de reextracción, la extracción de cobre desde las soluciones disminuye si estas son fuertemente (cidas. +na representación r(fica !ue muestra el efecto del p, en la extracción de cobre y en la selectividad, se presenta en la iura :;3 para L% 6: se observa !ue a un p I 3, ni el 0o ?3, ni el :i?3 podr'an ocasionar problemas de pureza en la solución a obtener. -el mismo modo, en soluci solucione oness de lixivi lixiviaci ación ón !ue conten contenan an iones iones 0u?3 y :i?3, contro controlan lando do sólo sólo el p puede puede obtenerse una eficiente separación de los iones mencionados en las etapas de extracción. 0omo se observa en la iura :;3 todo el cobre es extra'do a p ba*o 1.5 a 3, de modo !ue una vez extr extra' a'do do ste ste,, a*us a*usta tand ndo o el p a valo valore ress m(s m(s alto altoss $.5 $.5 a 5.2& 5.2&,, el :i?3 puede puede ser extra'do extra'do posteriormente sin problemas mayores. Este tipo de operación se desarrolla comercialmente en la corporación El Aaso, exas, exas, para la recuperación de cobre y n'!uel.
En la abla abla :;3 se presenta presenta un listado de extractantes extractantes comerciale comerciales, s, estructuras estructuras !u'micas y 5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra aplica aplicació ción. n. En la abla :;> se presen presenta ta de forma forma m(s resumida resumida,, una lista lista de extrac extractan tantes tes comerciales selectivos para el cobre, disponibles en el mercado, su campo de aplicación y las condiciones de acidez en extracción y strippin. #e observa por e*emplo, !ue el L% 6> puede emplearse en la extracción de cobre de una solución levemente acidulada o amoniacal, L% B2 permite traba*ar con soluciones de alta acidez. El empleo del L% 6:, )0CD) A75122 y del reactivo #.
9I.URA N"2 @ LI% 7N or $ ISOTERMS g!l
3
Cu
+2
+2
Ni
2 Co Fe
+2
+3
" +2
Zn
"
2
3
5
!# 6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
6
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9I.!N"4 @ REACTI&OS DE E%TRACCION MECANISMO DE LA :UELACION
O N
O
C
C#2 25 2 idroil ; 5 Dodec D odecil il ; >enenoenoia >enenoenoia
O
?C
C C25
N
O
C
C
C
C?
C25
581 ; Dietil ; / idroil idro il ; 7 ; Dodecanonoia
B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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C#2 25
C#2 25
C O
N O
O
C
O
N
O + Cu+2
Cu O N
N
C
C C#2 25
O + 2+ O
C#225
K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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DILUENTES MODI9ICADORES El reactivo o aente de extracción no se emplea normalmente solo, sino !ue suele estar mezclado en una cierta proporción con un diluyente y en muchas ocasiones lleva un tercer componente o modifi modificad cador or para para me*ora me*orarr la separa separació ción n de fases. fases. Denera Deneralme lmente nte el diluye diluyente nte suele suele ser un hidrocarburo u otra sustancia inmiscible con el aua y sus propiedades son8 1. 7 -isolver el reactivo de extracción, tanto libre como en forma de comple*o met(lico. 3.7 #olubilidad en la fase acuosa muy pe!ueHa, para evitar o disminuir las prdidas por disolución en la fase acuosa. >.7 , y entre sus caracter'stica caracter'sticass destaca destaca la composici composición ón !u'mica. La relaci,n
ali6tica ' Aro6tico e- uno de lo- actore- a con-iderar $ara la elecci,n del dilu3ente $or la inluencia Fue $uede tener en el de-arrollo de un $roce-o de etracci,n en relaci,n a la a3or o enor -olubilidad del co$leGo et6lico Fue aecta a la $o-ici,n de eFuilibrio 3 a la cinHtica de etracci,n8 la cual $uede -er 6- r6$ida 3 aorecer el $a-o de la- e-$ecieetraJda-! La relaci,n ali6tica ' Aro6tico inluir6 de$endiendo del -i-tea 3 en *eneral $ued $uedee deci decirr-ee Fue Fue la $re$re-en enci ciaa de a3o a3orr conc concen entr trac aci, i,n n de aro aro6t 6tic icoo- decr decrec ecee la etractibilidad en lo- -i-tea- de cabio cati,nicoK $ero la auenta en lo- de cabio ani,nico! ) veces el diluyente, por s' solo, no es suficiente para evitar ciertos problemas en la separación de fases, y entonces se aHade un tercer componente para evitar la formación de una tercera fase. Este componente se llama <-0)-C y su función es facilitar la separación de fases. #e suele utilizar alcoholes de cadena lara, de K a 12 carbonos, y tambin el fosfato de tribut'o $A&.
9 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra 0omo se ha seHalado, en cada problema debe ensayarse de un modo adecuado la elección de un diluye diluyente nte y un modif modifica icador dor conven convenien iente, te, adem(s adem(s del extrac extractan tante, te, para para obtene obtenerr result resultado adoss favo favora rabl bles es,, por por la ran ran infl influe uenc ncia ia de esto estoss fact factor ores es en la sele selecc cció ión n de los los e!ui e!uipo poss y el dimensionamiento adecuado de los mismos.
COE9ICIENTE COE9ICIEN TE DE DISTRI>UCION DISTRI>UC ION SELECTI&IDAD En forma eneral, la reacción reversible de #% representada por la Ecuación :;1 puede escribirse de la siuiente manera8
M + + R
MR + +
Ec! N"
-onde8
M R M
Es el ión del metal !ue debe ser seleccionado. Cepresenta la fase or(nica. Es la valencia del ión <.
Lueo, la con-tante de la reacci,n8 representada por la ecuación :;3, !ue debido a la formación de un comple*o o !uelato como producto de reacción se denomina constante de formación comple*o !uelato, y !ue se define8
B MR O + A R O M+ A
Ec! N"5
-onde8
R O Es la concentración de extractante no transformado en la fase or(nica. MR Es la concentración del compuesto metal !uelato formado. )l contactar una solución acuosa !ue contiene a < con una fase or(nica inmiscible, el elemento se distribuir( entre las dos fases hasta alcanzar el e!uilibrio. La concentración del metal en el e!uilibrio depender( de su afinidad relativa por las 3 fases. En el e!uilibrio, la razón entre la concentración del metal en la fase or(nica y la concentración del metal en la fase acuosa, define al Coeiciente de Di-tribuci,n ( D ) .
D B Concentraci,n Concentraci,n del Metal 9a-e Or*6nica B MR O Ec! N"7 Concentraci,n del Metal 9a-e Acuo-a M+ A 12 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra Lueo reemplazando Ecuación :;6 en la Ecuación :;5, se obtiene la expresión para la constante M J M8
B D + A R O
Ec! N"/
-onde8
Es la constante termodin(mica del sistema en e!uilibrio y !ue solo depender( de la
temperatura. D Es el coeficiente de distribución. R O Es la concentración de extractante no transformado en la fase or(nica. + A 0oncentración de ión hidróeno del sistema. Tabla N"2 TIPO
CONCENTRACCION
DE
#2SO $ g !l%
&TI'IZ ACION
REAC TI TIV O
ET AP APA DE EXT RA RAC CI CION
ET AP APA DE ST RI RIPPIN(
'IX ) 63
" g !l* !# + 2,-
"6- g !l
Extracción de Cu+2 de solución amoniacal (Ni, Co).
'IX ) 6
3 g !l* !# + ",5"
"6- ) 2-- g!l
Extracción de Cu+2 de soluciones levemente acida.
'IX ) 6N
) "- g!l
"- ) "6- g!l
Extracción selectiva para Cu+2 sobre ión e+!.
'IX ) .-
3- ) - g!l
2-- ) -- g!l
En sol. " cidas o con alta c onc. Cu+2, select. e+!. e+!.
'IX ) ." $ .3%
"- ) "5 g!l
22- ) 23- g!l
En sol. " cidas o con alta c onc. Cu+2, select. e+!. e+!.
SM E
) "- g!l
"5- ) "6- g!l
Extracción de Cu+2 de soluciones levemente acida.
ACOR(A P ) 5"--
3 ) "- g!l
".- ) ".5 g!l
#ol. $ilu%da y&o concentrada en Cu+2 y #elect. e+!.
/E'EX "--
0 e no1 a "3 g !l
"6- ) 225 g!l
Extracción de Cu+2 de #ol. 'cida y selectivo en e+!
Lueo, en la Ec. :;B podemos observar !ue el coeiciente de di-tribuci,n est( controlado por el $ de la fase acuosa y por la concentraci,n del etractante en la a-e or*6nica! El coeficiente de distribución es la variable m(s importante en el proceso de extracción por solventes, ya !ue, al variarlo de una manera controlada se podr( obtener la separación deseada de los metales. )s', en las Etapas de Extracción deber( obtenerse la mayor extracción del metal desde la fase acuosa, hacia la fase or(nica. Aara ello, el p de la solución deber( ser moderadamente ba*o $ p I 1.5 &, para !ue M - N aumente. Aor el contrario, en las Etapas de Ceextracción o #trippin y para la reextracción del metal desde la fase or(nica, ser( necesario disminuir el coeficiente de distribución del metal. Esto se realiza, cont contac acta tand ndo o la fase fase or( or(ni nica ca car carad adaa con con una una solu soluci ción ón acuo acuosa sa de alta alta acid acidez ez,, es deci decirr, disminuyendo dr(sticamente el $ de la solución.
0omo se observa en la tabla :;3, la mayor'a de los extractantes comerciales catiónicos para 0u ?3 11 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra pueden ser reextra'dos reextra'dos por contacto con soluciones de alta acidez. acidez. -e acuerdo a la reacción inversa :;1, se observa !ue no solamente el metal es devuelto a la fase acuosa, sino !ue tambin se reenera el reactivo or(nico, el !ue se recicla a la sección de extracción. #i de una solución acuosa se extraen simult(neamente dos clases de iones met(licos mediante un reacti reactivo vo or(ni or(nico, co, se define define en tal caso caso el facto factorr de select selectivi ivida dad d como como el cuocie cuociente nte de los coeficientes de distribución respectivos8
B D# D2
Ec! N"1
-e esta esta forma, forma, en una solución solución de lixivi lixiviaci ación ón !ue contena contena iones cFpric cFpricos os y frric frricos, os, el ?3 coeficiente de distribución para el 0u estar( dado por8
D Cu+2 B Cu+2 O
Ec! N"?
Cu+2 A
O para el ión frrico, se define de iual manera8
D9e+4 B 9e+4 O
Ec! N"#0
9e+4 A
Aor lo tanto, la selectividad del extractante empleado para el ión cFprico con respecto al ión frrico estar( dado por8
B DCu+2 D9e+4 O si las concentraciones de 0u ?3 y e?> son inicialmente iuales,
Ec! N"## !ueda definido por8
B Cu+2 O 9e+4 A
13 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec! N"#2
Sociedad Contractual Minera El Abra )hora bien, la selectividad de un extractante por un ión determinado presente en una solución !ue contiene, adem(s otros iones <, est( dada por los valores de J, los !ue seHalan la fuerza de los comple*os formados y la selectividad respecto a diferentes iones.
E%TRACCION LI:UIDO ; LI:UIDO CON MULTIPLES ETAPAS 0onsiderando la Ec. :;1, tenemos8
( Cu+2 )A + 2 ( R )O
( CuR 2 )O + 2 ( + )A Ec! N"#
O la constante de esta reacción, expresada en trminos de concentraciones molares, resulta8
B CuR 2 O + A2 R O2 Cu+2 A
Ec! N"#4
Cealizando un an(lisis de las expresiones anteriores permite concluir, lo siuiente8
#! Un auento auento de la acide acide de-$la de-$laa a el eFuili eFuilibri brioo acia acia la iFuie iFuierda rda88 di-in di-inu3e u3end ndoo la eiciencia de la eta$a de etracci,n! 2! Si la concentraci concentraci,n ,n de ione- cQ$rico cQ$rico-- auenta auenta en la -oluci,n -oluci,n de liiiaci,n liiiaci,n88 el eFuilibrio eFuilibrio -e de-$laa acia la dereca8 aoreciHndo-e la etracci,n corre-$ondiente! 4! Si de-$uHde-$uH- de alcan alcanado ado el eFuili eFuilibri brio8 o8 -e ree$ ree$la laaa el reacti reactioo or*6ni or*6nico co $or otro con enor car*a en cobre8 o -in cobre8 H-te etrae una cantidad adicional de i,n Cu +2 de-de la a-e acuo-a8 tratando de Fue el -i-tea alcance un nueo eFulibrio! Los puntos :;1 y :;3 indican las limitaciones de extracción por solventes para las etapas de extracción y strippin respectivamente, y el punto :;> indica !ue el proceso debe realizarse por etapas, para aprovechar la m(xima capacidad de cara del reactivo or(nico, y por consiuiente aumentar el rendimiento del proceso. Esto Fltimo, unido al hecho de !ue la extracción del metal en una sola etapa es inconveniente por!ue debe emplearse un ran volumen de or(nico, hace !ue en la pr(ctica se utilice la extracción l'!uido G l'!uido con mFltiples etapas, empleando flu*o continuo de las fases en contracorriente. En este proceso, la fase or(nica or(nica va en dirección opuesta opuesta al flu*o de la fase acuosa. )s', )s', la fase or(nica opuesta al flu*o de la fase acuosa. )s', la fase or(nica descarada se pone en contacto con las soluciones de lixiviación semiaotadas, mientras !ue la fase or(nica carada se pone en contacto con las soluciones con alta concentración de ión met(lico, tratando de extraer una cantidad adicional del ión y cararse casi completamente.
1> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra En el diarama de flu*o :;1, se puede observar los flu*os en forma unitaria de una Alanta de idrometalFria L%7#%7E/. Esta Alanta L%7#%7E/ se caracteriza por mostrar sus flu*os enfrentados en contracorriente.
DIA.RAMA DE PLANTA 00# LI%;S%;E<
PILA DE LI% LI%I&IA I&IACI CI N
PLS
RE9INO
NA&E E< E! SPENT
ACUOSO
E! A&ANCE
OD
E;#
S;#
E;4 E;2
PLS
S;2 OD
OD
ACUOSO
ELECTROLITO
AREA DE T OR.ANICO
OR.ANICO CAR.ADO
DIA.RAMA DE 9LUO PARA PLANTA DE IDROMETALUR.IA8 PROCESO LI% S% EANDA DE DISPERSION
9ASE ACUOSA
9LUO DE OR.ANICO
ES:UEMA .ENERAL MI%ER ; SETTLER
15 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra +n mezclador " sedimentador, esta compuesto por tres secciones8 1.
MECLADOR (ier) ) esta sección entran la fase or(nica y la fase acuosa. Lueo, mediante aitación producida por un impeller, se produce la mezcla de estas dos fases, ocurriendo el intercambio del cobre desde la fase acuosa hacia la fase or(nicaP lueo la mezcla pasa por rebalse hacia la seunda sección.
3.
DECANTA DECANTADOR DOR (-ettler) (-ettler) En esta sección se separan las fases por efecto de la fuerza ravitacional debido a la diferencia de densidad de ambas fases. En la zona superior del settle settlerr se obtien obtienee la fase fase or(ni or(nica ca $menor $menor densi densidad dad&, &, en el (rea (rea media media se obtien obtienee una emulsión or(nica " acuosa !ue corresponde a la banda de dispersión, y en la zona inferior se obtiene una fase acuosa $mayor densidad&. #in embaro al final del decantador $settler& se obtienen las dos fases completamente separadas.
>.
RE>ASE RE>ASE SUPERI SUPERIOR OR O &ERT &ERTEDE EDERO RO DE OR.ANI OR.ANICO CO El l'!uido de menor densidad es separado en un vertedero, para lueo ser ser enviado hacia otra etapa. Lueo, Lueo, la fase acuosa es separada y se dirie hacia el vertedero de acuoso.
&ENTAAS DES&ENTAAS DES &ENTAAS DEL MECLADOR SEDIMENTADOR &ENTAAS 1. Ce!uie Ce!uieren ren de meno menorr costo costo de capi capital tal.. 3. #on #on esta establ bles es y f(ci f(cile less de opera operar. r. :o prese present ntan an ran ran sens sensib ibili ilida dad d condiciones de operación.
a vari variac acio ione ness en las
>. ienen ienen ran ran capacida capacidad d y presentan presentan pocos pocos rieso riesoss de inundaci inundación. ón. . Aermit Aermiten en obtener obtener un rado de dispers dispersión ión óptimo óptimo en cada mezclad mezclador or puesto puesto !ue stos se encuentran independizados. 5. El nFmero nFmero de etapas etapas es ba*o, ba*o, entre > y 5, con con eficienc eficiencia ia del orden orden del K54 o superior superior por por piso o por etapa. 6. Aermit Aermiten en relac relacion iones es de fases fases extre extremas mas.. B. ien ienen en una una alt altur uraa ba*a ba*a.. K. #on #on de con const stru rucc cció ión n simp simple le.. 9. Aermiten Aermiten un cambio cambio de escala escala sencillo sencillo a partir de los datos datos de laboratorio laboratorio yGo planta planta piloto. piloto. 12. (cil de incorporar incorporar etapas adicionales adicionales y facilidad facilidad de muestreo en flu*os de intermedio intermedioss y flu*os terminales. 16 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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DES&ENTAAS 1. Ce!uieren Ce!uieren traba*ar traba*ar con soluciones soluciones clarificad clarificadas. as. 3. :ecesitan :ecesitan m(s m(s (rea (rea y espacio espacio !ue las las columnas columnas y centr'fua centr'fuas. s. >. Emplean Emplean randes randes volFm volFmenes enes de de fases fases retenidas retenidas en los pisos. pisos. . En alunos alunos casos los costos costos de de fase fase or(nic or(nicaa son altos. altos. 5. &. 1B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra La extracción como la reextracción se produce por la dispersión de una fase en la otra en la forma de pe!ueHas otitas con ran superficie de contacto, !ue favorece la transferencia de masa y se realiz realizaa por medio medio de aitac aitación ión mec(ni mec(nica. ca. La turbul turbulenc encia ia del sistem sistemaa tambi tambin n afecta afectar( r( al coeficiente de transferencia, aun!ue, como se ver( despus, una aitación excesiva puede actuar en sentido contrario. La diferencia de concentraciones, !ue favorece la difusión del elemento met(lico M, depende de la concentración de e!uilibrio, la cual a su vez depende de la naturaleza del sistema. +n es!uem es!uemaa del perfil perfil de concen concentra tració ción n de un elemen elemento to met(li met(lico co en la interf interfase ase acuoso acuoso " or(nico se observa en la siuiente fiuraP en la cual8
%o 3 o
0oncentraciones de < en la fase acuosa y or(nica, en estado estacionario. B 0oncentraciones
INTER9ASE
CONCENTRACION POR DI9USION DE SOLUCION
o
9ASE ACUOSA 9ASE OR.ANICA
%
%o DISTANCIA
Aara una diferencia de concentración dada de <, puede lorarse una alta velocidad de transferencia de masa aumentando el coeficiente de transferencia de masa lobal o el (rea de reacción. )mbos aspectos se producen simult(neamente al aplicar una aitación adecuada en el mezclador. El tHrino tHrino @a*itaci,n @a*itaci,n adecuada adecuada -e reiere reiere a Fue -i la a*itaci,n a*itaci,n auenta auenta $or
-obre cierto- alore-8 auenta en ora con-iderable lo- tie$o- de -e$araci,n de a-e-8 la$Hrdida- de or*6nico $or oraci,n de icroeul-ione- e-table-8 a$arte de lo- a3orecon-uo- de ener*Ja! 1K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra En la pr(ctica industrial, es posible observar alunos extractantes, en la cual la cintica de transferencia es r(pida, siendo usuales tiempos de residencia en el mezclador menor a > minutos, lo !ue e!uivale e!uivale a una una velocida velocidad d tanencia tanenciall de operaci operación ón entre entre 1K2 " 3B2 mGmin mGmin o 622 " K52 K52 piGmin.
IN.ENI IN.ENIERI ERIA A >ASIC >ASICA A SOL&ENTES (S%)
EN
EL
DESARR DESARROLL OLLO O
DE
E%TRA E%TRACCI CCION ON
POR POR
PARAMETROS DEL PROCESO E%TRACCION POR SOL&ENTES Los par(me par(metro tross m(s import important antes es !ue deben deben definir definirse se cuando cuando se dimens dimension ionaa una Alanta Alanta de Extracción por #olventes, son los siuientes8 1.
9luGo de Soluci,n Acuo-a (9!A) -efine el flu*o de solución acuosa de lixiviación !ue se alimenta a las etapas de extracción. Aor se ste, normalmente, el dato de entrada en el sistema, y conociendo por otra parte, de datos de laboratorio yGo Alanta Ailoto, la cantidad de cobre a extraer en esta operación $ conocida tambin como el corte en cobre !ue se desea &, entonces permite predefinir la capacidad capacidad de la Alanta por unidad de tiempo, en base a8
9!A B Ca$acidad de de Pl Planta ' Tie$o Cu+2 Alientaci,n ; Cu+2 Reino Cu+2 S% B Cu+2 Alientaci,n ; Cu+2 Reino 3.
Ec! N"#5 Ec! N"#7
9luGo de Soluci,n S$ent (9!S) 0orresponde al flu*o de electrolito de alta acidez !ue se alimenta a las etapas de reextracción reextracción para descarar descarar el cobre y reenerar el reactivo or(nico. or(nico. #e define, por la capacidad de la Alanta y por el McorteN en cobre !ue se desea en el electrolito en las etapas de reextracción.
Cu+2 S$ent B Cu+2 Aance ; Cu+2 S$ent
Ec! N"#/
9!S B Ca$acidad de de Pl Planta ' Tie$o +2 Cu Aance ; Cu+2 S$ent
Ec! N"#1
>.
Ra,n O ' A .lobal Es la razón entre el flu*o de or(nico (9!O) y el flu*o de acuoso (9!A) !ue se alimenta a los mezcladores de cada etapa.
Ra,n (O'A)Etracci,n B 9!O 9!A 19 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec! N"#?
Sociedad Contractual Minera El Abra
Ra,n ( O ' A )Stri$$in* B 9!O 9!S 9!S
Ec! N"20
La determinación de las razones G) lobal para un circuito dado depende fundamentalmente del nFmero de etapas utilizadas, del corte de 0u deseado y de la concentración del extractante en la fase or(nica. El mtodo para para definir la razón G) loba lobal, l, es uno de los par(metros par(metros m(s importantes importantes en el sistema, cuyo valor debe ser encontrado en un estudio preliminar a escala de laboratorio.
.
9luGo de Or*6nico ( 9!O ) +na vez definido el flu*o de solución acuosa y la razón lobal, entonces el flu*o de or(nico !ueda dado por8
9!O 9!O B 9!A 9!A ( O ' A ).lobal
Ec! N"2#
tra expresión utilizada para determinar el flu*o de or(nico es la siuiente8
9!O B Ca$acidad de Planta ' Tie$o c ; d
Ec! N"22
La concentración de or(nico carado, O c, puede ser estimada conociendo la capacidad m(xima de cara, cara, 0<0 del extractan extractante te $capacidad $capacidad de saturación& saturación& y el factor factor o porcenta*e porcenta*e de empleo operacional m(ximo con respecto a dicho valor8
c B CMC $ V
Ec! N"24
O el valor de Od puede ser conocido desde datos de laboratorio. 5. NQero de Eta$a- o Pi-o- debe ser estudiado *unto con la razón G) lobal. -epende de ese par(metro y del corte de 0u deseado. La determinación del nFmero de etapas de una Alanta de #% se estudia en un cap'tulo posterior $ minutos son suficientes. K.
&elocidad de A*itaci,n ( & A ) +n punto clave en el diseHo de un aitador es el sistema de aitación para obtener una buena transferencia del elemento met(lico a la fase respectiva, y obtene obtener, r, adem(s, adem(s, un apropi apropiado ado tamaHo tamaHo de ota ota de la emulsi emulsión ón para para !ue la separa separació ción n ravimtrica de esa dispersión sea total y re!uiera poco tiempo y poca (rea de sedimentación. El mecanismo de aitación cumple con dos funciones8
31 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra K.1 Cealizar una aitación efectiva, es decir, producir una dispersión apropiada de las dos fases para !ue ocurra la reacción de intercambio y succionar las fases or(nica y acuosa de las etapas adyacentes para evitar la necesidad de instalar bombas de transferencia interetapas. 0on una velocidad de aitación ba*a, no se produce buena succión y la aitación es deficiente. Aara Aara valo valore ress muy muy alto altoss de la velo veloci cida dad, d, se obti obtien enee una una disp disper ersió sión n m(s m(s fina fina $dis $dispe pers rsió ión n secundaria secundaria&, &, y por tanto, tanto, me*ores me*ores eficienci eficiencias as por etapasP etapasP pero aumentan considerablem considerablemente ente,, las contaminaciones de una fase en otra, los consumos de ener'a y los tiempos de separación de fases en el sedimentador. sedimentador. +n criterio muy utilizado para efectos de diseHo es la relación de ELL:D)<, la cual ha sido comprobada experimentalmente. #eFn sta no se producen arrastres de otas muy pe!ueHas y se disminuyen sinificativamente las prdidas de extractante cuando se cumple8
20
( &A )4 D2
Ec! N"4#
-onde8
&A
Es la velocidad rotacional en $rev G se&.
D
Es el di(metro del aitador $pies&.
#' el valor de la Ec. :;>1, es mayor !ue 52, se obtienen otas finas, las cuales necesitan un mayor tiempo de sedimentación. #i el valor fluctFa entre 32 y 52, la formación de microotas disminuye en forma importante. En el valor seHalado como aceptable, menor o iual a 32, se obtienen otas MrandesN $dispersión primaria&, primaria&, !ue se separan f(cilmente f(cilmente disminuyendo, por tanto, tanto, los tiempos de separación de fases y las contaminaciones o prdida del reactivo or(nico. El rano normal de operación es de 522 a K22 r.p.m. El consum consumo o de ener ener'a 'a !ueda !ueda dado dado por la potenc potencia ia consum consumida ida en el sistem sistemaa mezcla mezclador dor,, fundamentalmente, y se le calcula por medio de las relaciones entre el :; de potencia y el :; de Ceynolds. ) esta potencia debe adicin(rsele la potencia necesaria para el bombeo del l'!uido, en base a8
Pbobeo B :
p
-onde8 p
-ensidad del l'!uido.
:
lu*o del l'!uido.
0ota o altura a vencer por el bombeo.
33 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec! N"42
Sociedad Contractual Minera El Abra En el escalamiento eneralmente se prefiere utilizar el criterio de mantener constante la razón potencia G volumen, es decir8
P# &#
B
P2 &2
Ec! N"44
-onde8
P# 3 P2
Aotencia total consumida.
&# 3 &2
Qolumen del mezclador.
En alFn caso se puede considerar el criterio de i ualdad de la velocidad perisfrica de la turbina, pero es menos seuro. seuro. tros autores )DEC# 7 -E MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra 9.
9luGo E-$ecJic E-$ecJicoo ( 9!E ) Es el flu*o total de solución por unidad de (rea transversal del sedimentador, y tiene fundamental importancia para su diseHo.
9!E 9!E B
:T Area Area Sedientador
Ec!N"45
-onde8 R I . ? .) ? C , para R iual a flu*o total. .) .) I .# .# si es en reextracción. Deneralmente .E se mide en $m > G m3 hr&, $al G min pie3& o en $lts G min m 3&. El flu*o espec'fico recomendable para una planta determinada debe ser definido en base a datos experimentales !ue se obtienen de la operación de una planta piloto. Aara Aara definirlo es necesario necesario determinar previamente la altura o espesor de la banda de dispersión con la !ue se desea operar. :ormalmente el rano de variación para el flu*o flu*o espec'fico est( entre 3,6 a ,K m> G m3 hr. 12.
>anda de Di-$er-i,n Es la zona donde se produce la separación de las dos fases en el sedimentador. +n es!uema !ue muestra la rotura de la dispersión se presenta en la siuiente fiura8
PASSI&E SEDIMENTATION INTER9ACE OR.ANIC
&S SEDIMENTIN. 9LUID
SEDIMENTIN. 9LUID >ED MO&IN. >OUNDAR
>ED PACED ONE &C A:UEOUS
ACTI&E COALESCENCE INTER9ACE
La mezcla resultante de la aitación en el mezclador pasa al decantador donde comienzan a ROTURAEntre DE LA DISPERSION formarse las fases acuosas y@ or(nica. ambas fases, !ueda la banda de dispersión !ue es una zona zona interm intermedi ediaa en la !ue se est( est( produc producien iendo do la separa separació ción n de fases fases.. )!u', )!u', la emulsi emulsión ón proveniente del mezclador $mixer& se @ro$e y el el or( or(nico nico se @iltra a travs de la banda, mientras !ue el acuoso ba*a a su fase. 0onviene recordar !ue una eul-i,n e- un -i-tea di-$er-o8 ine-table8 orado $or 2 a-e-
lJFuida- no i-cible-8 en la Fue una actQa coo a-e continua 3 la otra8 coo a-e 3 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra
di-continua o di-$er-a! El proceso de transformación de una emulsión a un sistema de 3 fases es espont(neo y tal fenómeno recibe el nombre de COALESCENCIA. #e debe mantener durante el proceso una altura determinada de banda de $ K " 1 cm &, !ue corresponde aproximadamente a un >24 de la altura total de la fase or(nica, de modo !ue sta produzca un buen buen efecto de MfiltroN y se reduzcan las contaminaciones. contaminaciones.
En $lanta- $iloto8 la altura de la banda de di-$er-i,n -e $uede ariar o$eracionalente a traH- de la co$uerta ,il del -e$arador8 lo Fue -e ace nece-ario cuando la- altura- de banda -on etrea- (bale-)! Cuand Cuandoo la altura altura de la banda banda de di-$er di-$er-i, -i,n n auen auenta8 ta8 $uede $uede lle*ar lle*ar-e -e al @lood @loodin* in*8 8 en,eno Fue ocurre cuando la banda de di-$er-i,n ocu$a todo el oluen de la a-e or*6ni or*6nica8 ca8 reba rebal-a l-ando ndo $or -obre -obre la co$ue co$uerta rta ,il8 ,il8 auent auentand andoo enore enoreen ente te lacontainacione- de la a-e acuo-a en la a-e or*6nica! En tal ca-o e- nece-ario correr la co$uerta de anera de alar*ar el -e$arador con lo Fue di-inu3e el luGo e-$ecJico 3 la altura de la banda! Con altura- de bandabanda- de di-$er-i, di-$er-i,n n $eFueXa-8 $eFueXa-8 no a3 buen eecto de @iltro @iltro 3 el acuo-o arra-tra or*6nico! Con altura- de banda- alta-8 $ero -in lle*ar al loodin*8 -e $roduce tabiHn un auento de containaci,n8 debido al arra-tre de acuo-o Fue $roduce el luGo de or*6nico -obrenadante -obrenadante $or -obre la co$uerta ,il! Las tres situaciones expuestas se es!uematizan a continuación.
9a-e Or*anica >anda Di-$er-i,n
9a-e Or*anica >anda Di-$er-i,n
9a-e Acuo-a 9a-e Acuo-a
>ANDA DE DISP ERSION >AA
>ANDA DE DISPERSION NORMAL
9a-e Or*anica
>anda Di-$er-i,n
9a-e Acuo-a
>ANDA DE DISPERSION ALTA
La relación entre la altura de la banda de dispersión y la contaminación estar'a dada r(ficamente por la siuiente fiura, en la cual la altura de banda se expresa como porcenta*e de la altura total 35 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra de la fase or(nica.
CONTAMINACION ($$) '- ALTURA >ANDA DE DISPERSION
#000 A R R A S T R E S ( A ' O ) $ $
500
#0
40
50
/0
?0
##0
#40 #50 #/0
#?0
>ANDA DE DISPERSION ( V )
El espesor de la banda de dispersión est( relacionado con el flu*o espec'fico a travs de la siuiente fórmula emp'rica8
b B Y : ' A n B Y (9!E)n En la cual8 b
I )ltura )ltura de la banda de dispersión $cm&.
R
I 0audal o flu*o total $m> G hr &.
)
I )rea del decantador $m3&.
.E
I lu*o espec'fico $m> G m3 hr&.
@ y n I 0ons 0onsta tant ntes es..
36 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec!N"47
Sociedad Contractual Minera El Abra #i se representa en en coordenadas lo " lo, b vGs .E, .E, se obtiene una l'nea recta cuya pendiente es MnN, como se presenta es!uem(ticamente en la siuiente i.
Relaci,n >anda de Di-$er-i,n con 9luGo E-$ecJico Lo* b
n
Lo* Y
Lo* (9!E) La altu altura ra de la band bandaa de disp disper ersi sión ón depe depend nde, e, adem adem(s (s,, de la temp temper erat atur ura, a, natu natura rale leza za y concentración del extractante, velocidad de aitación, densidad y viscosidad de las soluciones acuosas y de la continuidad empleada en el sistema.
3B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra El efecto particular de la velocidad de aitación, estudiada a travs del factor de ellinham, y de la continuidad, se presenta en la siuiente i.
Continuidad Acuo-a
#0!0 > a n d a d e d i - $ e r - i , n ( c E )
Continuidad Or*6nica
?!0 1!0 /!0 7!0 5!0 !0 4!0 2!0 #!0
5
#0
#5
20
25
40
45
0
5
50
9luGo E-$ecJico ( 4 ' 2 r) La i*ura anterior no- ue-tra el eecto -obre el e-$e-or de la banda de di-$er-i,n de actore- en la o$eraci,n en el eclador! Etracci,n de Cu+2 0805 *$l8 $ #85 $or LI% 7N 5V en Sell-ol T8 O'A B ##! 0on el caudal de fases, el flu*o espec'fico y el tiempo de retención m'nimo de la fase dispersa se calculan las dimensiones del sedimentador. #e debe procurar tener una altura m'nima de >2 cm de fase or(nica y acuosa claras con el fin de evitar el paso de la emulsión !ue contiene la banda de dispersión con las fases decantadas. Este hecho reviste especial importancia en las etapas de salida del proceso. 3K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra 11.
Reac Reacti tio o
3
selecc cció ión n fina finall del del reac reacti tivo vo y su conc concen entr trac ació ión n Conc Co ncen entr trac aci, i,n n La sele
depender(n depender(n de los resultados resultados preliminares preliminares !ue se obtenan obtenan de la investiac investiación ión a escala escala de laboratorio y su posterior comprobación a escala piloto. Aara la elección del reactivo or(nico es necesario tener en cuenta los siuientes factores8
##!#; ##!#; Di-$onibilidad 3 co-to del reactio! ##!2; Alta acilidad de oraci,n de un co$leGo con el etal Fue intere-a etraer! ##!4; ##!4; Solubilidad del co$ue-to or*6nico;et6lico en la a-e or*6nica! ##!; ##!; Selectiidad en la oraci,n del Fuelato con re-$ecto a la- i$urea- de la -oluci,n! ##!5; ##!5; 9acilidad de recu$eraci,n del etal de-de la a-e or*6nica! ##!7; ##!7; Recu$eraci,n del etractante! 13.
un aspecto altamente sinificativo sinificativo en las caracter'sticas de Te$eratura Esta variable tiene un separación de fases en el circuito $altura banda de dispersión, y por tanto, en la determinación del flu*o espec'fico recomendable y dimensionamiento de los settler&, y en menor medida sobre la cintica de las reacciones.
La temperatura recomendable de traba*o y la posibilidad de operar a temperatura ambiente durante todo el aHo se define en base a los resultados !ue se obtenan en la operación de una planta piloto. 0on temperat temperatura ura de 32; 0, el proces proceso o tiene tiene buen buen rendim rendimien iento. to. ay !ue consid considera erarr !ue un incremento en la temperatura de las soluciones no sólo encarece el proceso, por el costo !ue implica la calefacción de randes volFmenes de solución, sino tambin por el hecho de !ue se favorece la evaporación del diluyente, con lo !ue se concentra la fase or(nica haciendo variar las condiciones de cara m(xima.
1>.
Continuidad )l mezclarse en un mixer 3 fases inmiscibles, una de ellas debe encontrarse dispersa en la otra.
Aara explicar la continuidad, se presentar(n dos casos8
#4!#; Continuidad Or*6nica Se $roduce cuando la a-e acuo-a -e encuentra di-$er-a en la a-e or*6nica! #4!2; Continuidad Acuo-a Se $roduce cuando la a-e or*6nica -e encuentra di-$er-a en la a-e acuo-a!
39 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra
TIPOS DE CONTINUIDAD (OR.ANICA ACUOSA) 9ASE ACUOSA
9ASE ACUOSA
9ASE OR.ANICA
9ASE OR.ANICA
CONTINUIDAD ACUOSA
CONTINUIDAD OR.ANICA
La continuidad tiene ran importancia en los arrastres f'sicos de una fase en la otra despus de la separación, lo !ue se llama contaminación.
La conta containa inaci, ci,n n de or*6nic or*6nicoo en acuo-o acuo-o O'A8 O'A8 es el volumen de or(nico $ppm& !ue es arrastrado por la fase acuosa. Esta contaminación representa una prdida de or(nico, reactivo de alto precio, por lo !ue debe ser minimizada.
La contain containaci,n aci,n de acuo-o acuo-o en or*6n or*6nico ico A'O8 A'O8 es el volumen de acuoso $ppm& !ue es arrastrado por la fase or(nica. #in ser de tanta importancia como la anterior, debe ser controlada puesto !ue es el or(nico or(nico carado, carado, al pasar de las etapas etapas de extracción a las etapas de strippin, de contener altos arrastres de acuoso podr'a causar un aumento paulatino de los niveles de impurezas en el electrolito, solución !ue debe ser lo m(s pura posible. Aor otro lado, los arrastres de electrolito de alta acidez en el or(nico descarado !ue pasa de strippin a extracción, podr'an producir un aumento de la acidez en la Fltima Fltima etapa de extracción, extracción, disminuyendo la eficiencia. eficiencia. En l'neas enerales se puede decir !ue8
En continuidad or*6nica -e obtienen a3ore- banda- de di-$er-i,n8 baGa- containacioneO'A 3 alta- containacione- A'O! A'O! En continuidad acuo-a -e lo*ran enore- banda- de di-$er-i,n8 alta- containacione- O'A 3 baGa- containacione- A'O!
>2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra Es por lo anterior !ue normalmente se traba*a con continuidad or*6nica . ay solamente casos espec' espec'fic ficos os en los cuales cuales es conve convenie niente nte operar operar con conti continui nuidad dad acuosa acuosa.. #e puede puede conclu concluir ir entonces8
En la- eta$a- en Fue la- -olucione- acuo-a- -alen del circuito S% (Qltia eta$a de etracci,n 3 $riera eta$a de -tri$$in*)8 debe debe o$erar-e nece-ariaente nece-ariaente con continuidad or*6nica! En la- eta$a- en Fue el or*6nico $a-a de etracci,n a -tri$$in* 3 iceer-a8 e- recoendable o$erar con continuidad acuo-a! En la- eta$a eta$a-- inter interedi edia-8 a-8 la contin continuid uidad ad no tiene tiene *ran *ran i$ort i$ortanc ancia8 ia8 $rei $reiriH riHnd ndo-e o-e noralente o$erar con continuidad or*6nica!
ESQUEMA ESQUEM A GENER GENER AL PL ANTA ANTA BALANCE LIX-SX-EW DIAGR AMA DE FLUJ O Nº Nº2 2
PILA DE LI%I&IACIN
PLS
RE9INO
C O A N C T I U N O U S I A D A D
C O O R N . T I A N N U I I C D A A D
ACUOSO
NA&E E< E! SPENT
AE# OS#
OD
OC CONTINUIDAD OR.ANICA
OE4
E;#
CONTINUIDAD OR.ANICA
S;#
E;4 E;2
A%a
S;2
CONTINUIDAD OR.ANICA
CONTINUIDAD OR.ANICA
OE2
PLS
E! A&ANCE
C O A N C T I U N O U S I A D A D
CONTINUIDAD OR.ANICA
OS2 OD
OD
AE2
ACUOSO OC
AREA DE T OR.ANICO
AS2
ELECTROLITO
OC
CONTINUIDAD OR.ANICA
En el Dia*raa de 9luGo N"2 -e $uede ob-erar una Planta LI% S% E<8 dierenciando cada uno de -uluGo- $ara eta$a- de etracci,n eta$a- de reetracci,n 3 la- intereta$a-! Ade6- $ara cada eta$a8 la continuidad recoendada en el $roce-o!
>1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra
PROPIEDADES DE LOS E%TRACTANTES Los reactivos empleados en el proceso #% de iones 0u ?3 , se caracteriza principalmente por poseer un (tomo de hidróeno intercambiable y poseer un (tomo de nitróeno con un par de electrones libres, capaces de coordinar. Las propiedades f'sicas y !u'micas m(s deseables de los extractantes son las siuientes8 1.
E-$eciicidad 3 -electiidad ab-oluta , es decir, un reactivo capaz de unirse a un metal solamente. )ltamente )ltamente selectivo frente a las impurezas contenidas en la solución.
3.
E-tabilidad FuJica , necesaria por!ue cual!uier prdida por deradación debe ser repuesta con el consiuiente costo de operación, adem(s !ue los productos de deradación pueden interf interferi erirr en el proces proceso o mismo mismo de extrac extracció ción n y coales coalescen cencia cia.. El extrac extractan tante te debe debe ser iualmente estable ba*o condiciones de strippin, !ue involucran un contacto con soluciones fuertemente (cidas.
>.
Se$araci,n de a-e- r6$ida . La velocidad de separación de fases debe ser r(pida con el ob*eto de !ue las dimensiones de los settlers sean las m'nimas posibles. )s' se disminuyen los costos de inversión, inventario y evaporación de la fase or(nica.
.
ya !ue como en #% #% la fase >aGa -olubilidad en la a-e acuo-a . Esto es de ran importancia, ya or(nica or(nica s recircula recircula entre las etapas de extracción extracción y strippin, strippin, si el extractante extractante tiene una solubilidad apreciable en la fase acuosa, y debido a los randes volFmenes de solución acuosa tratadas, las las prdidas totales del reactivo reactivo en el refino y el electrolito pueden llear llear a determinar !ue el proceso no sea económico.
5.
Alta -olubilidad en el dilu3ente.
6.
Alta ca$acidad de car*a .
B.
Alta -olubilidad del reactio 3 del co$leGo en la a-e or*6nica .
K.
>aGa i-co-idad.
9.
Po-eer una a$ro$iada dierencia de den-idad con la- -olucione- acuo-a- .
12.
E-tar di-$onible a $recio raonable .
11.
No t,ico.
13.
>aGa inlaabilidad8 alto $unto la- .
>3 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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E&ALUACION PRELIMINAR DE E%TRACTANTES Las caracter'sticas de los extractantes !ue deben ser evaluados son8 1.
Ca$acidad de car*a , expresada en pl de 0u ?3 en la fase or(nica por unidad de volumen o de concentración del extractante en e!uilibrio como una fase acuosa de una determinada composición composición.. La capacidad capacidad de cara cara depende depende fundamenta fundamentalment lmentee de la concentra concentración ción de ?3 3# $(cido sulfFrico& y de la concentración de 0u $cobre& en la fase acuosa. :ormalmente se efectFan pruebas para determinar el efecto del p en esta propiedad.
3.
Selectiidad, se evalFa esta caracter'stica principalmente frente al ión frrico, !ue se ha seHalado, es el Fnico ión !ue se extrae en concentraciones de inters para el caso de las oximas a p S 3,5.
>.
CinHtica de etracci,n 3 -tri$$in* , se expresa como relación de caru'o del or(nico en contacto con una solución acuosa al cabo de un tiempo M t N de reacción a caru'o del or(nico en condiciones de e!uilibrio con la misma solución acuosa para un tiempo M tT N. Experimentalmente se utilizan tiempos de 1 a 5 minutos.
.
CaracterJ-tica- de -tri$$in* , en este punto se trata de evaluar la cantidad de cobre !ue es posible extraer de un or(nico carado al contactarlo con un electrolito de determinada composición.
5.
las prue prueba bass batc batch h de sepa separa raci ción ón de fase fasess no son son &elocid &elocidad ad de -e$araci -e$araci,n ,n de a-e-, las extrapolables a una operación en continuoP pero permiten comparar en forma preliminar el comportamiento de 3 o m(s extractantes.
6.
Te-t de e-tabilidad , debido a la alta acidez del circuito de strippin, las oximas sufren un lento proceso de descomposición por hidrolización a cetonas, el cual normalmente no tiene ninuna importancia económica debido a !ue a las temperaturas de operación en #% $ $;0&#% S 35; 0 &, este proceso proceso es extraordinariamente extraordinariamente lento. #in embaro, es un factor !ue conviene tener presente cuando se comparan dos extractantes para lo cual se los somete a un proceso de descomposición acelerada utilizando temperaturas sobre K2; 0.
B.
CaracterJ-tica- de la- i-otera- , tanto para extracción como para strippin, del or(nico con las soluciones acuosas a ser empleadas.
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PARTE E%PERIMENTAL Los siuientes datos corresponden al test Deneral de
ZCu+2 (*$l) EN LA 9ASE ACUOSA En la i*ura -e ob-era una i-otera de etracci,n en la cual -H *r6ica la- concentracione- de Cu+2 en la a-e acuo-a er-u- Cu+2 en la a-e or*6nica8 $ara una car*a A 3 >! El r(fico seHala una mayor capacidad de cara de M)N, por cuanto la estabilidad de la isoterma para MN se obtiene a concentraciones de cobre menores en el or(nico. or(nico.
>.
I-otera de -tri$$in* . #e emplea solución de strippin de una cierta concentración en (cido, por e*emplo8 152 pl 3#. #e contactan mezclas de or(nico caradoGacuoso en razones8 UP VP 3G1 y G1. #e da un tiempo de aitación $W12 min&, se de*an separar las fases y el acuoso se analiza por cobre. > MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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CAR.A @A Z C u
+ 2
( * $ l ) E N L A 9 A S E A C U O S A
CAR.A @>
ZCu+2 (*$l) EN LA 9ASE OR.ANICA
En la i*ura -e ob-era una i-otera de -tri$$in* en la cual -H *r6ica la- concentracione- de Cu+2 en la a-e or*6nica er-u- Cu+2 en la a-e acuo-a8 $ara una car*a A 3 >! El r(fico seHala el desplazamiento !ue se produce del 0u ?3 a la fase acuosa para una misma concentración en la fase or(nica.
.
Selectiidad, se usa una solución acuosa, de una determinada concentración en cobre, hierro y p. #e contacta una mezcla de or(nico frescoGacuoso en razón G) I 1G1 se aita durante $W12 min&, se de*a decantar y el acuoso se analiza por 0u ?3 y e?>.
A B Cu+2or*6nica 9e+4or*6nica > B Cu+2or*6nica 9e+4or*6nica
>5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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5.
CinHtica de etracci,n , se usa una solución acuosa de una determinada concentración en cobre y p. #e contacta or(nico frescoGacuoso en razón G) I 1G1. #e aita mec(nicamente a una cierta velocidad $WK22 rpm& y se toman muestras para tiempos distintos $1 y 5 minutos&, se de*an separar las fases y el acuoso se analiza por cobre.
Cu+2or*6nica (*$l)
Ti$o de Etractante
t B # inuto
t B 5 inuto
Etractante @A
a#
a2
Etractante @> V Etracci,n @A B a# a2
b#
b2
#00
V Etracci,n @> B
#00
b# b2
>6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra 6.
usa una una solu soluci ción ón acuo acuosa sa de una una dete determ rmin inad adaa &elocida locidad d de -e$ara -e$araci, ci,n n de a-ea-e-, se usa concentración en 0u ?3 y p. #e contactan iuales volFmenes de acuoso y or(nico. #e aita mec(nicamente a una cierta velocidad y durante un cierto tiempo MtN $W12 min&. #e mide el ascenso de la interfase acuoso7banda de dispersión.
CAR.A @A E E n , i r e i D e d a d n a > e d a r u t l A
CAR.A @>
CUR&A DE SEPARACION DE 9ASES
Tie$o (
B.
-e* )
solución acuosa de una determinada determinada concentración concentración en 0u ?3 y p. Car*a 6ia. #e usa una solución #e contacta un mismo volumen de or(nico y acuoso, y se aita durante un cierto tiempo. #e elimina el acuoso y se area un mismo volumen, y se aita durante el mismo tiempo anterior. Este procedimiento se puede repetir una cierta cantidad de veces $W5 veces&. El or(nico s MstripeaN y el acuoso !ue se obtiene es analizado en cobre.
A B a conc! Cu+2'ol! etract! (V etractante) > B b conc! Cu+2'ol! etract! (V etractante) El resultante de este test debe concordar con el obtenido en la isoterma de extracción. Aara el caso analizando, debe tener menor capacidad de cara. En efecto, como la isoterma de extracción de se estabiliza a ba*as concentraciones de 0u ?3 en la fase or(nica, el dato !ue en el test de cara m(xima se obtiene nos seHala !ue ello ocurre por!ue se alcanza la saturación del extractante, es decir, ste no est( en condiciones de aceptar o intercambiar m(s iones cFpricos.
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ESTUDIO DE APLICA>ILIDAD S% Las condiciones enerales de operación de una planta de #% dependen fundamentalmente del tipo de soluciones de lixiviación a ser tratadas, y de los resultados !ue se deseen obtener. 0omo ya se ha seHalado, el dimensionamiento de la Alanta depende de la capacidad de extracción de cobre proramada. Las condiciones de operación pueden variar sustancialmente de una Alanta a otra y muchos de los resultados no son extrapolables, siendo necesario efectuar pruebas a escala de laboratorio y Alanta Ailoto yGo experimental para definir la aplicabilidad del proceso #% y para definir los par(metros de diseHo.
ESTUDIO A ESCALA DE LA>ORATORIO El estudio de aplicabili aplicabilidad dad del proceso proceso #% comienza comienza en el desarrollo desarrollo de los test preliminares preliminares a escala de laboratorio. Estos consisten en contactos batch de uno o m(s tipos de extractantes con el acuoso !ue se desea tratar. El empleo de <%%C# es adecuado tambin a este nivel, como del )J+QE, de diseHo sueco, !ue consta de una c(mara de mezcla, con una aitación muy eficiente, seuida de un separador centr'fuo, de ran utilidad cuando se necesita la obtención de un ran nFmero de datos.
) este nivel se puede tener la información suficiente como para8
1. #elecc #eleccion ionar ar el o los extract extractant antes es m(s aprop apropiad iados os para el proces proceso, o, y tener tener una primera primera definición de la concentración recomendable del reactivo en la fase or(nica. 3. -efinir -efinir preliminarm preliminarmente ente el nFmero nFmero de etapas etapas de extracció extracción n y reextracció reextracción, n, y las razones razones G) overall. >. -eterm -etermina inarr las concen concentra tracio ciones nes posib posibles les de 0u?3 !ue tendr(n las soluciones acuosas como la or(nica, a la entrada y salida de la Alanta, y entre las etapas $interetapas&.
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ESTUDIO DE LA>ORATORIO DEL PROCESO CONTINUO +na vez realizadas las pruebas batch y todav'a a esta escala, es conveniente simular el proceso en e!uipos de pe!ueHa capacidad y ba*o costo, incluso hasta la obtención de cobre catódico. En este nivel se pueden comprobar los resultados de pruebas batch y definir la confiabilidad de las suposiciones !ue deben hacerse en el inicio del estudio en base a la información proporcionada por los fabricantes del reactivo, como tambin, las eficiencias por etapas y el contenido de cobre en el or(nico carado y descarado.
ESTUDIO EN PLANTA PILOTO Aor este nivel se definen a plantas de pe!ueHa escala y de capacidad de tratamiento de 3 a K ltsGmin. #u diseHo debe permitir una amplia flexibilidad para operar con distintos reactivos y diferentes condiciones de operación. En esta etapa pueden definirse con bastante exactitud los siuientes par(metros8
#! NQer NQeroo de eta$a eta$a-- (etrac (etracci, ci,n n 3 -tri$$i -tri$$in*) n*)!! 2! Ti$o Ti$o 3 concen concentra traci, ci,n n de etra etracta ctante nte-! -! 4! Tie Tie$o $o de rete retenc nci, i,n! n! ! Ra Rao one ne-- O'A O'A oer oeral all! l! 5! Te$erat $eratura ura de o$erac o$eraci,n i,n!! 7! &eloci locida dad d de a*it a*itac aci, i,n! n! La temperatura recomendable de traba*o y la posibilidad de operar a temperatura ambiente durante todo el aHo debe definirse a este nivel. Es posible, adem(s, obtener una idea preliminar sobre el comportamiento de la separación de fases $alturas en bandas de dispersión y estimación de flu*os espec'ficos&, estimación de las contaminaciones y aspectos inherentes a la operación misma de la Alanta. Los datos de separación de fases y contaminaciones no son completamente extrapolables a una Alanta de mayor tamaHo, aFn m(s, las prdidas de reactivo son normalmente muy superiores a las !ue se obtienen en una planta industrial. En la siuiente tabla, se presenta las prdidas de or(nico $extractantes y diluyentes& considerados normales en una Alanta ndustrial8
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PERDIDAS DE OR.ANICO LI% 7 ; N ( lt-' lt-' +4 )
0!04 ; 0!0
(lt-'T -'TM Cu +2 )
5!40 ; /!00
TRIDECAN CANO ( lt-' lt-' +4 )
0!01 ; 0!##
(lt-'T -'TM Cu +2 ) LI% 7 ( * ' +4)
#!5 ; #/!0 0!0#
a $ B #!/ 0on 0on los los resu result ltad ados os obte obteni nido doss en este este nive nivel, l, se defi define ne el cort cortee de cobr cobree !ue !ue se lor loraa con con determinadas condiciones de operación, lo !ue permite pre7dimensionar la Alanta. )ctualmente es posible arrendar Alantas de #% modulares transportables a terreno, para efectuar las pruebas de Alanta Ailoto a pe!ueHa escala.
ESTUDIO EN PLANTA E%PERIMENTAL -efinindose ste nivel a la operación de plantas con capacidad de B2 a >22 ltsGmin, y con la flexibilidad suficiente para cambiar las condiciones de operación. Los datos obtenidos a esta escala escala deben deben permit permitir ir la defini definició ción n comple completa ta de una Alanta Alanta ndust ndustria rial, l, establ estableci eciend endo o los par(metros ya definidos definidos en planta piloto, y los los siuientes factores8
#! 2! 4! ! 5! 7! /! 1!
DienDien-ion ionai aient entoo de de -ett -ettler ler-! -! E-tiaci,n E-tiaci,n de $Hrdid $Hrdidaa- en react reactio io (co-to (co-to de de o$eraci o$eraci,n)! ,n)! NieleNiele- de de conta containaci inaci,n ,n de de una una a-e a-e en otra! otra! NieleNiele- de oraci,n oraci,n de crud crud (ta-a de de crud)8 ateri ateriaa de a-$ecto a-$ecto *elatino-o *elatino-o Fue Fue -e ora en la intera-e de lo- -ettler-8 3 recu$eraci,n recu$eraci,n del or*6nico contenido en Hl! Deini Deinici, ci,n n de la te$er te$eratu atura ra 3 eloc elocida idad d de a*itaci, a*itaci,n n reco recoend endabl able-8 e-8 $or -u eecto eecto -obre la -e$araci,n de a-e- 3 -obre lo- arra-tre- (containacione-)! (containacione-)! Co$orta Co$ortaiento iento de deter deterinad inadoo- di-eXodi-eXo- de eFui$ eFui$o-! o-! Eecto Eecto de condicion condicionee- abie abientale ntale-- 3 cli6ticacli6tica-!! Co$atibil Co$atibilidad idad de de di-tintodi-tinto- ti$oti$o- de de ateriale ateriale-- con el $roc $roce-o! e-o!
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Este Fltimo punto resulta de particular inters para el circuito del electrolito. -ebido a la alta acidez acidez de las soluciones soluciones avance y spent, spent, alunos alunos recubrimi recubrimientos entos asf(lticos asf(lticos tradicionalmen tradicionalmente te util utiliz izad ados os para para prot prote eer er los los esta estan! n!ue uess de alma almace cena nami mien ento to son son inco incomp mpat atib ible less con con las las caracter'sticas de dichas soluciones. -el mismo modo, los (nodos insolubles de Ab " #b, Ab " #b " ) y Ab " 0a son atacados debido a la alta acidez del electrolito, contaminando los c(todos con Ab. La realización o no de los niveles seHalados para un estudio estudio de aplicabilidad del proceso #% y su dura duraci ción ón,, depe depend nder er(( fund fundam amen enta talm lmen ente te del del volu volume men n de inve invers rsio ione ness !ue !ue sin sinif ifi! i!ue ue la construcción de la planta industrial y de la confiabilidad !ue se debe obtener en los resultados. En la siuiente siuiente fiura se puede puede observar observar,, las confiura confiuraciones ciones t'picas t'picas de mixer " settler settler a escala escala piloto, experimental e industrial. industrial.
E-cala 4!0 #!0
0!40 2!00 0!40
Mier
Settler 0!#1
0!40 0!55
E-cala #' #!0 #2!20 4!00 2!00 4!00
Mier
Settler
1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
4!00
!#0
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MATERIALES DE CONSTRUCCION La eometr'a del mezclador puede ser cil'ndrica o rectanular, dependiendo del tipo de material para su construcción !ue se emplee. Aara eometr'a cil'ndrica se puede emplear el poliester reforz reforzado ado con con fibra fibra de vidrio vidrio,, acero acero " >16, >16, AQ0 u otros. otros. O para para eomet eometr'a r'a rectan rectanul ular ar,, el hormión armado. Aor lo !ue respecta al decantador, decantador, los los decantador m(s usuales usuales tienen una altura total entre 1,2 1,2 a 1,5 metros, y pueden ser circulares o rectanulares. rectanulares. En este Fltimo caso, la relación relación laroGancho suele estar próxima a 3.5 metros. El material m(s usual para la construcción de los sedimentadores o decantadores es el poliester refo reforz rzad ado o con con fibr fibraa de vidr vidrio io y le siu siuen en el acer acero o inox inoxid idab able le y el horm hormi ión ón arma armado do con con recubrimiento de protección !u'mica $-AE > a 5 mm&. El mezclador puede estar separado del decantado decantadorr o estar incorporado incorporado a ste. La elección elección entre uno y otro tipo depende de las dimensiones de ambos. Aara e!uipos muy pe!ueHos suele construirse un Fnico cuerpo. La disposición de los mezcladores " decantadores en el con*unto de la bater'a de extracción y reextracción suele ser alterada, consiuindose as' un menor recorrido de tuber'as y menos prdida de cara. ambin ambin se pueden pueden disponer todos los mezcladores en una misma l'nea, l'nea, al iual !ue los sedimentadores. La separación entre sedimentadores debe ser la suficiente para una buena ventilación y operación entre ellos, y adem(s, se debe proveer a cada sedimentador de un sistema eficaz de recoida de posibles vertidos y de detección de fuas. fuas. Aara tuber'as, el material m(s normal es el AQ0, y cuando se re!uiere mayor resistencia mec(nica y mayor temperatura yGo presión se puede usar la tuber'a de AQ0 recubierta de poliester CQ o la tuber'a de poliester CQ. Auede usarse tambin de acero inoxidable, pero es de mayor costo, limit(ndose su uso a tuber'as de tamaHo inferior a 1N puesto !ue para esos di(metros las tuber'as de AQ0 re!uieren un mayor costo en soportes e instalación. Aara v(lvulas y bombas existe una amplia ama de materiales emple(ndose b(sicamente los materiales pl(sticos $poliester&.
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E%TRAPOLACION DE RESULTADOS CINETICOS La cintica del proceso #% determina el tiempo de retención en las etapas de extracción o de reextracción, y por lo tanto, predefine el tamaHo del e!uipo a utilizar en el caso de un proceso con aplicación industrial. El punto en discusión est( en la confiabilidad de los resultados !ue se obtenan desde pruebas batch de laboratorio en su proyección a una operación en continuo, !ue permita un dimensionamiento razonable de los e!uipos involucrados en el proceso. +na metolo'a de extrapolación de datos cinticos, desde pruebas discontinuas, se analiza a continuación. Aara ello se considera !ue la cintica, !ue depende de la naturaleza del extractante y del metal a extraer, es de primer orden con respecto a la concentración del elemento acuoso, y !ue el mezclador continuo, a diseHar, !ueda caracterizado por un modelo de mezcla perfecta. Aara tal efecto, puede demostrarse !ue para pruebas batch, el rendimiento o eficiencia de la extracción est( dada por la siuiente expresión8
Eb B # e$ (;Yt)
Ec!N"4/
-onde8 E b t @
I 0orresponde a la eficiencia batch. I Es el tiempo de reacción. I Es la constante cintica ica de primer or orden.
O !ue para un proceso continuo suponiendo mezcla perfecta, la eficiencia est( dada por8
EC B
Y t" # ; Yt"
Ec!N"41
-onde. t;
I -efi -efine ne un tiem tiempo po medi medio o de de res resid iden enci ciaa en el mezc mezcla lado dorr.
Lueo8
t" B
& :
Ec!N"4?
-onde8 Q R
I Qolumen del mixer. I lu*o lu*o tota totall de alim alimeentac ntaciión al mezcl ezclad ado or. > MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra -e esta forma, desde pruebas batch es posible obtener el valor de la constante cintica M@N, raficando ln $1 " E b & versus MtN, cuyo caso, la pendiente de las rectas determina el valor de M@N. 0onocido el valor de M@N, y para una eficiencia deseada por etapa, se calcula Mt;N, de la ecuación :;>K. #i se define el flu*o de alimentación a la planta $o la razón G)&, entonces el volumen del mixer !ueda determinado completamente la ecuación :;>9.
TIME (-e*) 0!0
#0 0
20 0
40 0
0 0
50 0
#0!0
#
; E
b
0!#
?00 r$ 00 r$
400 r$
#200 r$ #00 r$
0!0# En i*ura -e $uede ob-erar8 la deterinaci,n de la cinHtica de etracci,n en el $roce-o de etracci,n $or -olente-!
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PRO>LEMAS DE COALESCENCIA Aor coalescencia se entiende al fenómeno natural de separación de fases y tiene ran importancia en el diseHo de una planta #%, por cuanto determina el tamaHo de la unidad respectiva, y por tanto, la inversión re!uerida para la instalación de la Alanta. +no de los mayores problemas en #% est( asociado a problemas de separación de fases. Estos pueden estar dados por formación de emulsiones estables, separación de terceras fases o por arrastre de microotas en las soluciones de salida del circuito #%. odo lo anterior se traduce en una disminución de la capacidad de tratamiento de la planta, contaminación de circuitos, atrapamiento de extractante, aumento en las prdidas de soluciones por arrastre y disminución disminución en el rado de extracción extracción del elemento de inters. La formación de emulsiones estables se produce en los settlers a nivel de la interfase or(nica " acuosa acuosa y pueden pueden ser emulsione emulsioness estabilizad estabilizadas as por componentes componentes tenso activos activos del sistema o por hidrosoles coloidales, como en el caso de extracción de cobre con extractantes tipo oximas. La separación de terceras fases en el or(nico se produce por una ba*a solubilidad del comple*o met(lico en el diluyenteP pero no constituye un problema de coalescencia en plantas de #% de cobre con los extractantes industriales comunes. El arrastre arrastre de microotas microotas,, debido debido a la formación formación de dispersion dispersiones es secundari secundarias, as, constituye constituye el principal factor de prdida del extractante or(nico y de contaminaciones de los circuitos adyacentes a #%. El orien de los problemas de coalescencia en plantas de #% para extracción del cobre con extractantes del tipo oximas se atribuyen8
#! A la $re-e $re-enci nciaa de e-tructu e-tructurara- $oco -oluble -oluble-- en abaaba- a-ea-e- lJFuidalJFuida-88 $or EGe$l EGe$lo o etale- etraJdo- coo i$urea- o oraci,n de co$leGo- -ecundario- $oco -oluble-K a baGa -olubilidad de $roducto- de alteraci,n del etractante o del dilu3ente o a la $re-encia de -,lido- ino- o coloidale-8 $re-ente- en la- -olucione- de liiiaci,n (SiO 28 arcilla-8 -,lido- en -u-$enci,n8 $olo)! 2! A la $re-enci $re-enciaa de e-tructurae-tructura- ten-o ten-o actia-8 actia-8 coo $or eGe$l eGe$lo o $roducto$roducto- de alterac alteraci,n i,n del etractante or*6nico or*6nico o del dilu3ente cu3a cu3a e-tructura e- ten-o actia actia 3 $re-encia de -uractante- contenido- en la- -olucione- de liiiaci,n!
5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra En las las plan planta tass de #% !ue !ue oper operan an con con oxim oximas as,, norm normal alme ment ntee se obse observ rvan an 3 prob proble lema mass de coalescencia8
#! 9or 9orac aci, i,n n de de CRU CRUD! D! 2! Arra-t Arra-tre re J-ic J-icoo de or*6n or*6nico ico en en acuo-o acuo-o!! El CRUD e- una eul-i,n acuo-a continua e-tabiliada $or coloide- a la ora de arcillaina-8 aluinio -ilicato- o -Jlice $roeniente de la eta$a de liiiaci,n . Aor el tamaHo de estos sólidos es muy dif'cil retenerlos por los mtodos tradicionales de separación #ólidoGL'!uido y en el circuito de #% se ubican a nivel de la interfase. Los niveles de formación del 0C+var'an considerablemente de una planta a otraP pero el rano eneral est( entre 12 " 65 ltsG1222 m> de solución tratada. Los arrastres de or(nico en acuoso tienen su orien en la formación de microotas, por una aitación muy alta en el mixer, y tambin durante coalescencia primaria. #u estabilidad no se debe a n'nun efecto espec'fico, sino m(s bien a una sedimentación deficiente por efecto de tamaHo. )mbos problemas son las principales causas de las prdidas del extractantes y de las prdidas económicas del proceso. En el caso del L% 6 " :, por cada 12 ppm de reactivo perdido, las prdidas anuales superan el millón de dólares para una planta !ue trate 12222 DA< de solución acuosa. La coales coalesce cenci nciaa puede puede verse verse afecta afectada da tambi tambin n por reacci reaccione oness !u'mic !u'micas as de las oximas oximas.. La estructura b(sica de los extractantes ox'micos comerciales tiene la forma siuiente8
O O
N C
R2
LI% 7 N R 2 B C75; SME ; 52? R 2 B C 4 ACOR.A ACOR.A P ; 5000 R 2 B ;
R# El rupo C1 es una cadena alif(tica !ue tiene por ob*eto aumentar la solubilidad del extractante y del comple*o met(lico en la fase or(nica, y C3 tiene incidencia en la reactividad de la oxima. 6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra -esde el punto de vista de la reactividad de las oximas en la pr(ctica se han detectado > medios por los cuales se deteriora deteriora la separación de fases8 1. Aor transfo transformaci rmación ón de las las oximas oximas en estructuras estructuras bensisoxa bensisoxazólica zólicass poco solubles solubles en la fase fase or(nica. 3. Aor formac formación ión de comple*o comple*oss poco poco solubl solubles es en la fase or(ni or(nica, ca, por e*emplo e*emplo88 comple comple*os *os de oximas con . Aor prdida prdida del rupo rupo hidrofobiz hidrofobizante ante C1, C1, aFn cuando cuando esta reacción reacción es poco poco frecuente frecuente.. 0omo se puede apreciar, los problemas de coalescencia oriinados por reacción !u'mica de las oxim(s derivan de una solubilidad deficiente de ciertos componentes en la fase or(nica.
B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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METODOS DE RECUPERACION DEL OR.ANICO DESDE EL CRUD DESDE LOS ARRASTRES Aara recuperar el or(nico del 0C+-, se emplean los siuientes mtodos industriales8
#!
DECA DECANT NTA ACION CION .RA .RA& &ITA ITACION CIONAL AL, este mtodo es el m(s sencillo y consiste en de*ar en reposo reposo el 0C+- en un estan!ue estan!ue y al cabo cabo de cierto cierto tiempo, tiempo, rebals rebalsar ar el or(n or(nico ico decantado decantado.. :o re!uiere de aditivos aditivos ni de ninFn tratamiento tratamiento especial. En alunos alunos casos se puede diluir el 0C+- con refino para favorecer la liberación del or(nico. La Fnica limitante de la decantación ravitacional es !ue si se trata de masas de 0C+- muy estables, las recuperaciones de or(nico son ba*as.
2!
CENTRI9U.ACION, el sistema de centrifuación es el m(s utilizado en plantas de #% para cobre. En eneral el mtodo consiste en acondicionar el 0C+- con aua o refino para ba*ar su viscosidad y lueo se env'a a centr'fuas continuas donde se separan las fases. Las recuperaciones son altas, cercanas al 924.
4!
9ILTRACION, se emplea desde varios aHos, consiste en diluir el 0C+- con aua y la ayuda de un filtro adecuado en un estan!ue de almacenamiento, lueo la mezcla se alimenta a un filtro prensa.
Aara Aara recupe recuperar rar el or(ni or(nico co arrast arrastrad rado o por el acuos acuoso o se han emplea empleado do indust industria rialme lmente nte los siuientes tres mtodos8 1.
9LOTACIN CON AIRE!
3.
ADSORCIN SO>RE CAR>ON ACTI&ADO ELUCION CON &APOR CALIENTE
>.
E:UIPOS COALESCEDORES! COALESCEDORES!
En el sistema de flotación con aire es fundamental el control del tamaHo de burbu*as para obtener una buena recuperación. :o es conveniente usar espumante o cual!uier otro aditivo por cuanto puede alterar las caracter'sticas de extracción de la resina y el comportamiento de separación de fases. El mtodo de adsorción con carbón activado ha demostrado ser un excelente sistema para captar los arrastres desde las soluciones acuosas, no as' la elución con vapor, el cual presenta el rieso de alterar la oxima por efecto de la temperatura. Los e!uipos coalescedores son eficientes cuando se tiene emulsiones inestables y sin sólidos coloidales. Estos e!uipos son cil'ndricos rellenos con fibras de un material hidrofóbico $por e*emplo8 el propileno& y un material hidrof'lico $por e*emplo8 acero inoxidable&, por el cual se hace pasar las soluciones de salida del circuito #%. Aor efecto de mo*abilidad se produce la coalescencia. En el caso de plantas de #% para cobre con oximas, estos e!uipos han obtenido ba*as recuperaciones.
K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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ES&EMA (ENERA' 'IX)SX)E
PLS
PILA DE DE LI%I&I LI%I&IAC ACII N ( AREA AREA DE LI%I&I LI%I&IAC ACII N )
PL S
RE9INO
DIA(RAMA DE F'&4O
NA&E E<
R E9 IN E! SPENT
PLS
E! A&ANCE
S;#
E;2 E;#
S;2 OD
A+:# -E <+E#CE E: AL):).
ELECTROLIT AREA DE T OR.ANICO
OR.ANICO
DIA.RAMA DE 9LUO EN EL CUAL SE REPRESENTAN AL.UNOS PUNTOS DE MUESTREO PARA UN >ALANCE .LO>AL DE PLANTA S%!
9 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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OPERACIN CONTROL DE PLANTAS S% El con*unto mezclador7decantador es un e!uipo estable y mientras se mantienen las condiciones de operación establecidas no se producen modificaciones sustanciales. )dem(s, el proceso lobal es de f(cil control autom(tico. Las variables !ue re!uieren un control fundamental en el mezclador son los caudales o flu*os de entrada a la unidad respectiva y la relación de fases G). El control de la fase al mezclador se puede hacer de forma manual con medidores de flu*os o autom(tica autom(tica con elementos de medida medida primarios primarios $sensor, $sensor, comparador comparador,, activador& activador& a travs travs de estrateias tipo feedbac@, manteniendo la relación G) eleido en función de un flu*o principal o de referencia. El control de la relación G) de la mezcla se puede hacer por una medida manual y periódica. Aara modificar esa relación, mantenida constante en la alimentación, se debe actuar sobre el flu*o de recirculación, el cual tambin se controla en la forma ya seHalada. La mayor' mayor'aa de las operac operacion iones es traba* traba*an an con fase fase or(n or(nica ica contin continua ua ya !ue produc producee menos menos prdidas de fase or(nica continua ya !ue produce menos prdidas de fase or(nica arrastradas por la solución acuosa. Aor tal razón, es importante en la operación controlar la continuidad de la fase fase en el mezcla mezclador dor88 or(n or(nica ica contin continua ua o acuosa acuosa contin continua. ua. +na invers inversión ión de fases fases indica indica instant(neamente una falla en aluna de las alimentaciones al mezclador. El e!uipo e!uipo m(s usual usual emplea empleado do para para su contro controll son las sondas sondas de conduc conductiv tivida idad. d. Estas Estas se sumeren en el mezclador a una altura media entre la turbina de mezcla y el nivel superior. A e n a li li 0e 0e n: n:a 8i 8i 9n 9n ? @l u u os os,
M a? a?o 1 e @i @i 8i 8i en en8i a ! la la n: n:a ? o B: B:e ne ne 1 u n
Me 7i 7i 7o 7o1 es es 7e 8a 8a u7 u7a l o
a 7e 8ua 7o Ba l a n8e 0 e :a l1gi8o,
@lu 90 e :1o,
Con:1ol 7e 1e 8i 18ul a 8i9n,
De 8a n:a 1 una 0ue s:1a e n una
Ra = 9n O> A en en l a 0 e = 8l a ,
!1oBe:a, Cono8e 1 si el el 0e 0e =8 =8l a7 a7o1 o! o!e 1a 1a 8o 8on
Te s: s:e 1 !a 1a 1a 0e 0e 7i 7i 1 8on7 u8 u8:i ;i ;i 7a 7a 7
e 0u 0ulsi 9n o1 o1g ni ni 8a 8o 8on: nua o a 8u 8uosa
Son7a s 7e 8o 8on7u8:i ;i 7a 7,
8on: 8on:nu nua a !a1a 7is 7is0inui1 0inui1 !17 !17i7as i7as 7e o1g, o1g,
A0!o A0!olle: lle:a a 8on ele8:1o ele8:1o7o 7o $+ $+ ? )%, )%,
!# solu8i 9n 7e 1e @i no,
Cua n:i @i 8a 1 Ba l a n8e 7e 8oB1e !o1 a u0 u0 e n:o
!# 0e :1 :1o o 0e 7i 7i 7a s 7e a 8i7e =
7e a 8i 7e = e n e l a 8uoso,
l iB1e !o1 nn li sis Gu0 i8o,
Te 0 !e 1a :u1a ,
Ne 8e si 7a 7 o no 7e !1e 8a le n:a 0 i e n:o
Te 1090e :1o,
Con7u8:i ;i7a 7 7e la la e0 e0 ul si 9n 9n,
!1e;io 7e solu8iones,
Al :u1a 7e @a se s,
A11a s:1e 7e o1g ni8o e n 1e @ino,
Cono Cono8e1 8e1 las las a:u1as a:u1as 7e a8uos a8uoso o ? o1gn o1gni8 i8o o
Manual* Manual* in:1o in:1o7u 7u8in 8in7o 7o ;a1il ;a1illas las 7e
8l a 1a s, Con:1ola 1 la a l:u1a 7e la Ba n7a 7e
;i 71i o e n los 7e 8a n:a 7o1e s, H 8on
7i s!e 1si 9n 7e ge l e s,
Son7a s 7e 8on7u8:i ;i 7a 7,
E; i: i:a 1 ! ! 17 17 i7 i7 as as 7 e a1 a1 1a 1a s: s:1e ? 0 e e o1 o1a 1
E< :1 :1 a8 a8 8i 8i 9n 9n 7e 7e s7 s7 e un un a al al i8 i8 uo uo :a :a 8 on on
8a l i7a 7 7e l 1e @i no,
CCl ? 8uan:i@i8a8i9n !o1 anlisis IR,
An li li si si s 7e M M e n @a se se o1 o1g ni ni 8a 8a
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An li li si s Gu 0 0 i8 i8o 7i 7i 1e 1e 8: 8:o ! o1 o1 FR FRX o
8a1ga7a Gue sale 7el " e1 se se 7i 0e n:a 7o1,
e < :1a 88i 9n,
a n l isi s Gu0 i 8o solu8i 9n 1ee<:1a7a,
Co11 Co11egi egi11 las ali0en ali0en:a :a8i 8ion ones es 7e o1gn o1gni8 i8o o Anlis nlisis is 7e M M en las in:e in:e1e: 1e:a!as a!as,
Anlis nlisis is Gu0i Gu0i8o 8o,,
7es8a1g 8a1ga7o a7o ? 7e agen: agen:e 7e 7e 1ee<: 1ee<:1a8 1a88i 8i9n 9n !a1a 0an:ene1 Balan8e 0e:al1gi8o,
51 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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DETERMINACION DEL NUMERO DE ETAPAS ETAPA IDEAL +na etapa ideal o teórica es a!uella en la cual la mezcla de las 3 fases $or(nica y acuoso& ha sido suficiente como para !ue la concentración del metal en la fase or(nica y en la solución acuosa sean las del e!uilibrio. +na etapa de extracción se puede representar como8
A (acuo-o) %
R (reino) %r ETAPA IDEAL
E (etracto) c
O (or*6nico) d
-onde8 % O ) %r Oc
I 0once ncentra ntraci ción ón del del meta metall en la fase ase acu acuosa osa. I 0once ncentra ntraci ción ón del del me metal tal en en la la fase ase or or(ni (nica ca.. I lu*o de solución acuosa. I lu*o de solución or(nica. I 0oncentración de e!uilibrio %. I 0oncentración de e!uilibrio O.
Deneralamente se desea calcular %r e Oc. Esto puede obtenerse de las dos ecuaciones siuientes8
DB
C %r
Ec!N"0
En !ue8 -
I 0oeficiente de distribución.
#' consideramos el siuiente balance de masa, obtenemos8
A% + Od B R%r + Ec 53 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra Lueo, como las dos fases son inmiscibles, se debe considerar lo siuiente8
ABR
3
EBO
Aor tanto8
A% + Od B R%r + Ec A% + Od B A%r + Oc A% ; A%r B Oc ; Od A (% ; %r ) B O ( c ; d ) ( % ; %r ) B O ( c ; d ) A
Ec!N"#
0ono 0onoci cien endo do los los flu* flu*os os volu volum mtr tric icos os de la fase fase or( or(ni nica ca $& $& y de la fase fase acuo acuosa sa $)&P $)&P la concentración del metal en la fase or(nica $O d& y en la fase acuosa $% f &P &P y el coeficiente de distribución M-N es posible determinar %r e e Oc resolviendo la ecuación :;1.
E%TRACCIN EN CONTRACORRIENTE 0omo ya se ha seHalado, la mayor'a de los procesos industriales de #% operan con un sistema de contracor contracorriente riente de contacto contacto multiple. multiple. El proceso proceso puede ser representa representado do r(ficame r(ficamente nte en el c llamado diarama de operación o de M Cabe Tiele , !ue permite realizar los c(lculos de diseHo en forma r(fica. En la siuiente fiura se muestra la representación es!uem(tica de la operación de una planta de #%, para lo cual se han supuesto dos etapas de extracción y dos de reextracción. Las interetapas se denominan con una sila en la !ue se indica, en primer luar, un nFmero !ue corresponde a la etapa de la cual sale la solución, seuida por una letra !ue corresponde al tipo de etapa $EI extracción&, $#I strippin&, y finalmente otra letra !ue indica si es or(nico $& u acuoso $)&. La razón G) experimental se obtiene del balance para cada etapa y del balance total.
5> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra SOLUCION ACUOSA8 PLS
O'A
LI%
OR.ANICO CAR.ADO
E;#
# EA
O'A
2 EO
E;2
RE9INO
OR.ANICO DESCAR.ADO
SPENT
OR.ANICO DESCAR.ADO
O'A
E<
S;2
2 SA
O'A
A&ANCE
# SO
S;# OR.ANICO CAR.ADO
LA 9I.URA REPRESENTA UN ES:UEMA DE LA OPERACIN EN UNA PLANTA DE E%TRACCION POR SOL&ENTES! SOL&ENTES!
RAON O'A PARA LA #[ ETAPA DE E%TRACCION ( # E ) #ean ) y los flu*os de acuoso y or(nico, en ltsGmin, respectivamente y las concentraciones de cobre, en pl. )plicando un balance balance de masa a esta etapa, se tiene8
A ( Cu+2 )ali! + O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! car*! O ( Cu+2 )2 EO ; O ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )# EA ; A ( Cu+2 )ali! O ( Cu+2 )2 EO ; ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )# EA ; ( Cu+2 )ali O ' A B A ( Cu Cu+2 )# EA ; ( Cu +2 )ali ( Cu+2 )2 EO ; ( Cu+2 )or*! car*! 5 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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RAON O'A PARA PARA LA 2[ ETAPA ETAPA DE E%TRACCION ( 2 E )
A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! de-c! B A ( Cu+2 )reino + O ( Cu+2 )2 EO O ( Cu+2 )or*! de-c! ; O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )reino ; A ( Cu+2 )# EA O ( Cu+2 )or*! de-c! ; ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )2 EO ( Cu+2 )# EA O ' A B ( Cu +2 )2 EO ( Cu +2 )# EA ( Cu+2 )or*! de-c! ; ( Cu+2 )2 EO RAON O'A PARA LA 2[ ETAPA DE REE%TRACCION ( 2 S )
A ( Cu+2 )-$ent + O ( Cu+2 )# SO B A ( Cu+2 )2 SO + O ( Cu+2 )or*! de-c! O ( Cu+2 )# SO ; O ( Cu+2 )or*! de-c! B A ( Cu+2 )2 SO ; A ( Cu+2 )-$ent O ( Cu+2 )# SO ; ( Cu+2 )or*! de-c! B A ( Cu+2 )2 SO ; ( Cu+2 )-$ent O ' A B ( Cu+2 )2 SO ; ( Cu +2 )-$ent ( Cu+2 )# SO ; ( Cu+2 )or*! de-c!
55 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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RAON O'A PARA LA #[ ETAPA DE REE%TRACCION ( # S )
A ( Cu+2 )2 SO + O ( Cu+2 )or*! car*! B A ( Cu+2 )aance + O ( Cu+2 )# SO O ( Cu+2 )or*! car*! ; O ( Cu+2 )# SO B A ( Cu+2 )aance ; A ( Cu+2 )2 SO O ( Cu+2 )or*! car*! ; ( Cu+2 )# SO B A ( Cu+2 )aance ; ( Cu+2 )2 SO O ' A B ( Cu +2 )aance ; ( Cu +2 )2 SO ( Cu+2 )or*! car*! ; ( Cu+2 )# SO
RAON O'A .LO>AL PARA ETAPA DE E%TRACCION Aara determinar la razón G) lobal para las etapas de extracción, se tiene8
A (Cu+2)alient! + O (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu+2)reino + O ( Cu+2 )or*! car*! O (Cu+2)or*! de-c! ; O ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu +2)reino ; A (Cu+2)alient! O (Cu+2)or*! de-c! ; ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu+2)reino ; (Cu+2)alient!
O ' A B (Cu ( Cu +2)reino ; (Cu +2)alient! (Cu+2)or*! de-c! ; ( Cu+2 )or*! car*!
56 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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RAON O'A .LO>AL PARA ETAPA DE REE%TRACCION Aara determinar la razón G) lobal para las etapas de reextracción, se tiene8
A (Cu+2)-$ent + O ( Cu+2 )or*! car*! B A (Cu+2)aance + O (Cu+2)or*! de-c! O ( Cu+2 )or*! car*! ; O (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu +2)aance ; A (Cu+2)-$ent O ( Cu+2 )or*! car*! ; (Cu+2)or*! de-c! B A (Cu+2)aance ; (Cu+2)-$ent O ' A B (Cu ( Cu +2)aance ; (Cu +2)-$ent ( Cu+2 )or*! car*! ; (Cu+2)or*! de-c! La razón G) es un par(metro importante en la operación de una planta #%, por cuanto determina el funcionamiento de sta con relación a lo proramado. -ependiendo del valor asinado a la razón razón G) en extrac extracció ción n yGo en stripp strippin in se obtend obtendr(n r(n soluci solucione ones, s, adem(s adem(s de purifi purificad cadas, as, concentración adecuada adecuada para la etapa de E/ $electroobtención&.
5B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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LINEA DE OPERACION #obre la base del es!uema de operación de #% planteado en la fiura anteriormente descrita, se puede construir la l'nea o recta de operación, estableciendo el balance m(sico para cada etapa y considerando !ue los flu*os de acuoso y or(nico permanecen constantes a lo laro del sistema. #i se desinan por %, las concentraciones de cobre en fase acuosa y por O, O, las concentraciones concentraciones de cobre en la fase or(nica, entonces para la etapa 1 se ti ene8
A ( Cu+2 )ali! + O ( Cu+2 )2 EO B A ( Cu+2 )# EA + O ( Cu+2 )or*! car*! A %0 + O 2 B A %# + O # Aara M n N etapas8
A %0 + O n + # B A %n + O # -e donde8
n+# B A ( %n ; %0 ) + # O
Ec!N"2
n+# y %0 son las composiciones composiciones de las fases respectivas !ue entran al sistema y los de # y %n las de las fases !ue lo abandonan.
En la cual,
-e acuerdo a los trminos dados anteriormente, se tiene8
n+# I d
0oncentración de or(nico descarado.
%0
B %
0oncentración en solución de alimentación.
#
B c
0oncentración de or(nico carado.
%n
B %r
0oncentración en solución de refino.
5K MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra Aor tanto, la Ecuación :;3, !ueda definida por8
d B
A O
( %r ; % ) ) + c
Ec!N"4
Rue es la ecuación de una l'nea recta con pendiente )G, )G, !ue pasa a travs de los puntos
8 c )
( %
(% 8 )
y r d y es conocida como l'nea de operación. Ella permite definir las concentraciones del metal en cada fase a medida !ue pase entre etapas.
ISOTERMA DE DISTRI>UCION La isoterma de distribución es un r(fico de la concentración de la especie extra'da en la fase or(nica versus la concentración de la misma en fase acuosa, en el e!uilibrio y a una temperatura dada. La isoterma de distribución puede ser preparada tanto para el proceso de extracción como de strippin, y se las denomina isoterma de extracción y de strippin, respectivamente. Existen dos maneras de obtener o construir las isotermas de extracción.
METODO N"# #e mezclan o contactan distintas relaciones relaciones volumtricas de acuoso y or(nico, y se analizan en condiciones de e!uilibrio. #ea %f la la concentración inicial del metal en el acuosoP % r , O c las concentraciones de e!uilibrio. -e un balance de masa se tiene8
% ; %r B
O A
( c ; d )
Ec!N"4
#i el or(nico no contiene masa de metal en un comienzo, Od I 2, por tanto8
c %r ; %
B ;
A O
59 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec!N"
Sociedad Contractual Minera El Abra Draficando los puntos, se tiene8
O8 3 (*$l)
ISOTERMA DE E%TRACCION
3# 32
Pend! B ; A'O
34
En el r(fico de la fiura se parte de una concentración determinada en el acuoso y se var'an los A8 (*$l) volFmenes del or(nico usado. Deneralmente se emplean las siuientes razones de or(nico G 4 2 # acuoso8 U, V, 1G1, 3G1 y G1.
METODO N"2 #e contacta una al'cuota de acuoso consecutivamente consecutivamente con al'cuotas de or(nico or(nico fresco. #e parte con un volumen M ) N de acuoso de una concentración inicial % f y y se coloca en e!uilibrio con un volumen M N de or(nico. #e retira el or(nico para an(lisis e irlo renovando ponindolo en contacto con el acuoso de concentración M % N. El mtodo :;1 es el m(s utilizado para la determinación de isotermas de extracción. Aara la construcción de la isoterma de strippin basta con determinar dos puntos, ya !ue la alta acidez !ue se emplea en esta parte del circuito, la isoterma corresponde en forma aproximada a una l'nea recta. Estos puntos se pueden obtener con datos de an(lisis de interetapa de strippin.
62 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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O8 3 (*$l)
ISOTERMA DE E%TRACCION
3# 32
Pend! B ; A'O B cte!
34
4 A8 (*$l)
2
#
A8 (*$l)
ISOTERMA DE STRIPPIN.
I N T E R ! # S O
A&ANCE
INTERETAPA 2 SA
O R . A N I C O C A R . A D O
LINEA DE OPERACION
SPENT
O8 3 (*$l) 61 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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DIA.RAMA DE OPERACIN (MC CA>E ; TIELE) La combinación de la isoterma de distribución y la l'nea de operación constituye el diarama de operación o diarama de Mc Cabe Tiele , el !ue es utilizado para estimar estimar el nFmero nFmero teórico de etapas para obtener resultados espec'ficos en un sistema de #%. La l'nea de operación se basa en la este!uiometr'a $balances de masa&, ya !ue las concentraciones de soluto $metal& en el or(nico !ue entra y la del refino !ue sale, son coordenadas de un punto sobre la l'nea de operación. #imilarmente, la concentración del elemento met(lico en la fase acuosa y en la fase or(nica !ue sale de cual!uier etapa son coordenada de puntos sobre la l'nea de operación. )lternativamente, puede obtenerse sólo con un punto y con la razón G) !ue se alimenta al sistema, la cual determina la pendiente de la recta. +n diarama t'pico de operación se presenta en la fiura, el cual corresponde al caso hipottico cuando se tiene etapas ideales. :ormalmente el sistema no llea al e!uilibrio, obtenindose la curva de pseudo e!uilibrio dada por las eficiencias reales loradas en las diferentes etapas o pisos. Aara obtener un delta de cobre deseado, en el caso de la fiura, iual a % f " " %> en el acuoso, son necesarias > etapas de extracción. 0omo punto de partida para esta serie de escalones se usa el punto sobre la l'nea de operación cuya abscisa corresponde a la concentración inicial de los iones met(licos en la solución acuosa $%f &, &, y la ordenada a la concentración final del metal en el or(nico $O c&. El punto de la l'nea de operación !ue da el nFmero total de escalones tiene como abscisa el contenido met(lico en el refino $% r & y como ordenada el contenido del metal !ue retorna de strippin en la fase or(nica $O, en este caso&. C O N C # B C E N T R A C I 2 O N D E M E T A L E N E 4 ( N) L PISO 4 O R . A N I C O
DIA.RAMA DE M C CA>E TIELE SOLUCION DE ALIMENTACION8 PLS OR.ANICO CAR.ADO
PISO # ISOTERMA DE E%TRACCION
SALIDA DE OR.ANICO PISO 28 ENTRADA PISO #
PISO 2
SALIDA DE SOLUCION PISO # ENT RADA PISO 2
RECTA DE OPERACI OPERACIN8 N8 PENDIENTE B ;A'O
ALIMENTACION DE DISOL&ENTE
RE9INADO
% 4 (% n) B % r
% 2 (% n;#)
%#
% 0 B %
CONCENTRACION DE METAL EN LA SOLUCION ACUOSA 63 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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CIRCUIT E%TRACTION ISOTERM OR.A NIC 7 ' V LI% 7N in Na$o le u u / /0> 0>
#!
A:UEOUS C u +2 B #!0 *$l8 *$l8 9e T O T A L B 4!7 *$l8 $ B 2!2
O R #! 2 . A N I 0! 1 C C u+ 2
( * $ l )
L!O!
0! 7 O'A B #
0!
9EED
0! 2 S!O! 0 0!2
0!
0 !7
0!1
#!0
A : U E O U S C u + 2 (*$l) En las fiuras anteriormente descritas se representan isotermas de extracción y strippin para L% 6:. La isoterma de extracción depende de las consideraciones !u'micas del sistema, y no se puede variarP pero s' la l'nea de operación, esta depende de8 1. La razón G). 3. La concentr concentració ación n de cobre cobre en la solución solución acuosa acuosa alimen alimentada tada $% $%f & y la concentración de cobre en el refino $%r &. &. >. La concen concentra tració ción n de de cobr cobree $0u $0u?3& en el or(nico carado y en el or(nico descarado. En la isoterma de extracción para dos razones G). :ótese la importancia de sta para lorar el corte deseado en cobre en las etapas de extracción. La variación de la pendiente de la l'nea de operación va a estar limitada por los siuientes 3 casos8
CASO N"# #i la pendiente aumenta, puede llear al punto en !ue la l'nea de operación to!ue la isoterma de extracción. En tal caso, se tendr'a un nFmero infinito de etapas, ya !ue el sistema estar'a en e!uilibrio.
6> MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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E:UILI>RIUM STRIPPIN. ISOTERM 7 ' V LI% 7 N er-u- Noral TanYou-e Electro l3te
55 A : U E O 5 U S C u + 2
( * $ 45 l )
S!E!
25 0
S!O ! 0!2 0! 0!7 0!1 #!0
#! 2 L!O!
OR.ANIC Cu+2 (*$l)
6 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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CASO N"2 #' la pendiente de la l'nea de operación es pe!ueHa, lo !ue sinifica la presencia de una ran cantidad de or(nico, el nFmero de etapas ser'a muy reducido, converiendo r(pidamente.
S o l u c i , n O r * 6 n i c a 8 C u
ISOTERMA DE E%TRACCION
Ra,n O'A baGa
+ 2
( * $ l )
CASO N"# Liitaci,n Liitaci,n en la ariaci,n de la ra,n O'A !
Soluci,n Ac uo-a8 Cu + 2 (*$l) Los cambios !u'micos !ue afectan a la isoterma de extracción del sistema son8 +na ba*a acidez en las soluciones de lixiviación !ue alimentan a #% produce una depresión de la isoterma !ue dificulta la extracción, siendo necesaria una mayor cantidad de etapas.
65 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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(Eecto alto $ o baGa acide) .
1.
IS O T E R M A D E E % T R A C C I O N S o l u c i , n
E #
O r * 6 n i c C a u+ 8
E 2
2
( * $ l )
E 4 E
E 9 E C T O A L T O $ 8 > A A A C ID E
%
S o l u c i, i, n A c u o - a 8 C u + 2 ( * $ l )
66 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Sociedad Contractual Minera El Abra
6B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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3. +n aume aument nto o en la conc concen entr trac ació ión n de extr extrac acta tant ntee tien tienee el efec efecto to cont contra rari rio, o, leva levant ntan ando do la isoterma de extracción y, por tanto, disminuye el nFmero de etapas. S o l u c i , n
O r * 6 n C i c u+ a 8 2 ( * $ l )
ISOTERMA DE E%TRACCION
Ra,n O'A alta
CAS O N"2 Liitac i,n en la ariaci,n ariaci,n de la ra,n O'A!
%
Soluci,n Acuo-a8 Cu +2 (*$l) ISOTERMA DE E%TRACCION S o l u c i , n O
r * 6 C n u i + c 2 a ( 8 * $ l )
E#
6K E2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C! E9ECTO DE ALTA CONCENTRACION DE REACTI&O OR.ANICO
%
Soluci, n Acuo-a8 Cu+2 (*$l)
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CUR&A DE E:UILI>RIO
DIA.RAMA DE E:UILI>RIO DE E%TRACCION
C u+
CUR&A DE PSEUDO E:UILI>RIO
E#
4
N B / V
2
( * $ l ) E N E L
O R . A N I C O
E2
2 N B 10 V E4 LINEA DE OPERACIN PENDIENTE O'A
N B /? V
# E
SISTEMA DE E:UILI>RIO EN REE%TRACCION N B /# V Cura de EFuilibrio Cura de P-eudo EFuilibrio
5
A C U OS O Cu
#0
LJnea de O$eraci,n #5
55
Cu+2 (*$l) EN EL ACUOSO
40
N B 1!/
+2
(*$ l)
25 R# 69 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
N B 1/!5
R2 20
#
2
4
OR.ANICO
C
5 +2
(*$l)
20
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CALCULO DE RENDIMIENTO E9ICIENCIAS POR ETAPAS +na vez representadas representadas las isotermas de extracción y strippin, con los an(lisis an(lisis de las soluciones de entr entrad ada, a, sali salida da e inte intere reta tapa pas, s, tant tanto o acuo acuosa sass como como or( or(ni nica cas, s, se pued pueden en repr repres esen enta tar r r(ficamente las distintas etapas reales como como se aprecia en las siuientes fiuras8 O R . A N I C O 8 ( * $ l )
ETAPA DE E%TRACCION ISOTERMA
A
LINEA DE OPERACION
>
C
ACUOSO8 % (*$l)
B2 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
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ETAPA DE REE%TRACCION
A C U O S O 8 ( * $ l )
ISOTERMA
LINEA DE OPERACION
9 D
E
OR.ANICO8 % (*$l)
La l'nea de unión entre entre los vrtices de ambas ambas etapas representa representan n la l'nea de operació operación, n, con pendientes )G )G para extracción y G) para strippin. La razón de trazos >C'AC representa la eficiencia de la representa la eiciencia de la eta$a de -tri$$in*!
eta$a de etracci,n y la razón DE'9E
al c(lculo r(fico !ueda numricamente representado por la ecuación eneral siuiente, !ue determina la eficiencia por etapa $ E &8 &8
E B B n;# ; n n;# ; n
Ec!N"5
La cual !ueda definida sólo por la concentración del elemento met(lico en la fase or(nica, para las etapas n71 y n, y el trrmino OXn se refiere al valor de e!uilibrio respectivo. Los rendimientos de la operación de extracción y reextracción se representan por las siuientes ecuaciones8
V E B % ; %r #00 % B1 MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
Ec!N"7
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V E B c ; d #00 c
Ec!N"/
#i %r e Od son los valores valores de e!uilibrio e!uilibrio,, las ecuaciones ecuaciones seHaladas seHaladas representa representan n los valores m(ximos de eficiencia para dichas etapas. -e este modo puede conocerse tambin la razón de aproximación al e!uilibrio o la eficiencia de extracción o reextracción total, en base a8
E B
Cu real #00 Cu te,rico
Ec!N"1
LIMITACIONES DEL PROCESO S% COMO TECNICA DE CONCENTRACION #e ha seHala seHalado do !ue el proces proceso o #% puede puede ser utilizado utilizado como tcnic tcnicaa de purifi purificac cación ión y de concentración de una especie de inters desde soluciones de lixiviación. La bifuncionalidad del proceso va a depender depender de la razón de flu*os or(nicoGacuoso or(nicoGacuoso de operación operación el sistema. #i sta es tal !ue la razón es 181, el proceso de #% es fundamentalmente un proceso purificador, y el xito de tal ob*eti ob*etivo vo va a !uedar !uedar condic condicion ionad ado o a las propie propiedad dades es select selectiva ivass del extra extracta ctante nte para para el elemento met(lico de inters con respecto a las impurezas contenidas en la solución. #i la razón or(nicoGacuoso es menor !ue la unidad, en extracción yGo mayor !ue la unidad en reextracción, el proceso, adem(s de purificar, servir( para concentrar al elemento acuoso M MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C!
#2
#
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En la i*ura La- liitacione- de la concentraci,n de Mo en S%! Eecto de Ca$acidad Car*a M6ia 3 $-$- del co$ue co$ue-to -to aina aina Molibd Molibdeno eno de Etrac Etracci, ci,n! n! Deinic Deinici,n i,n de la co$oco$o-ici ici,n ,n O$tia O$tia del Etractante! V alaine 447! 0onsidrese una solución de pl pl. Aor tanto, dado !ue no es posible sobrepasar esta concentración, sólo se puede concentrar al molibdeno desde a 3> pl, lo cual define una razón G) de extracción de aproximadamente aproximadamente 186.
)Fn cuando cuando este problema problema no se tiene normalment normalmentee con las oximas oximas en el caso del cobre, !ue presentan valores del J ps del compuesto órano " met(lico bastantes altos, su rol como factor limi limita tant ntee en un proc proces eso o lob lobal al de #%, #%, para para un elem elemen ento to ene enera rall < a extr extrae aerr, es de ran ran importancia. -ada la trascendencia de este comentario. tro factor limitante, y v(lido para la industria del cobre, cuando se emplea electroobtención como etapa final, se refiere a la razón G) a emplear en reextracción. 0omo se sabe, en esta parte del circui circuito to se emplea emplean n soluci solucione oness de alta alta acidez acidez,, necesa necesaria riass para para invert invertir ir la reacci reacción ón de intercambio ionico, reacción 1, reprotonando el or(nico !ue as' vuelve a extracción. -ebido a tan altos niveles de (cido, la razón G) va a !uedar limitada por la solubilidad del cobre en la solución avance, tal como se muestra en la fiura8 C u + 2
( * $ l )
?0
Cura de Solubilidad del Cobre 10
/0
50"
70
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#0" 0"
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0 0
B MANUAL DE E%TRACCION POR SOL&ENTES SOL&ENTES 'Realiado $or Ser*io Cru C! #00 200 400 00 500 700
/00 2SO (*$l)
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#e observa !ue a 152 pl 3# y a 12; 0, la m(xima concentración de cobre en solución es de >5 pl 0u ?3, aproximadamente, por tanto, la razón G) a emplear en reextracción debe debe ser tal, !ue en esas condiciones, sobrepase tal valor para evitar su precipitación como 0u# x 5 3. asado en este mismo es!uema opera el circuito #% " cristalización. al circuito es v(lido para pe!ueHos flu*os de alimentación, !ue hacen poco rentable el dimensionamiento de una planta de electroobtención, termin(ndose termin(ndose con una etapa de cristalización del cobre como sulfato sulfato de cobre pentahidratado. En este caso se persiue, *ustamente, alcanzar en reextracción niveles de satu satura raci ción ón tale taless !ue !ue prec precip ipite ite el cobr cobree como como sal sal en un sedi sedime ment ntad ador or adec adecua uado do para para tal tal circunstancia.
COLUMNA TIPO OLDSUE ; RUSTON (E%TRACCION POR SOL&ENTES) Y
CARACTERISTICA
Y
Ares Aresen enta ta baff baffle less vert vertic ical ales es..
Y
Arod Aroduc ucee se separa paraci ción ón de fase fasess.
-6#01 C1):E
#EA)C)061: -E 5)#E#
)55LE QEC60)L
6EL (E%TRACCION POR SOL&ENTES)
CELLE:1
Y
CARACTERISTICA
Y
Ares Aresen enta ta ait aitac ació ión n me mec( c(ni nica ca..
Y
Aresenta impulsor .
Y
La zon zonaa de de rell relleno eno,, me*o me*ora ra el con contac tacto to con con las las do doss mezclas y de esta forma me*ora eficiencia del e!uipo.
6
