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MCT RedbookReactivos de Extraccin por Solvente y sus Aplicaciones

Ir a los extremos es nuestro negocio.Hoy en da, la industria minera est enfrentada a una multitud de demandas, como tambin desafos. Esto incluye el mantenimiento de la seguridad ocupacional, asegurando una creciente compatibilidad ambiental y productos de mayor calidad y de costos menores. Cognis satisface estas demandas del mercado y contina profundizando la investigacin y el desarrollo de productos y procesos, y adaptando nuestros servicios para solucionar las necesidades especiales de cada cliente. El proceso de purificacin de metales puede alcanzar niveles ms altos de eficiencia y producir productos metlicos finales de mayor calidad a travs del valor agregado brindado por el servicio y los reactivos de Cognis. Con ms de cincuenta aos de experiencia en extraccin por solvente y en tecnologas relacionadas, Cognis entrega soluciones inteligentes de un elevado comportamiento para enfrentar los nuevos desafos de la industria minera y establece nuevos estndares para el futuro. Proveemos una lnea completa de reactivos quelantes y de intercambio inico lquido y sistemas diseados para recuperar metales de soluciones acuosas. Nos especializamos en recuperacin de metales bsicos y metales de energa y ofrecemos servicio de asistencia superior bajo la insignia de MSP para todos nuestros productos. La divisin de Cognis de Tecnologa de Productos Qumicos para la Minera es un socio confiable y estratgico de las principales compaas internacionales en la industria minera mundial.

MCT RedbookContenidosINTRODUCCION

01 07

03

DESCRIPCION DEL PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTE I. Especies Metlicas Extrables II. Requerimientos de los reactivos

TIPOS DE EXTRACTANTES I. Agentes quelantes A. Comentarios Generales B. Aplicaciones Comerciales para Recuperacin de Cobre 1. Soluciones de Lixiviacin con cido sulfricoa. Reactivos Comerciales LIX de Extraccin por Solvente para Cobre b. Reactivos Cognis LIX de Extraccin por Solvente para Cobre

2. Soluciones de Lixiviacin Amoniacal C. Reactivos Quelantes Cognis y Algunos de Sus Otros Posibles Usos D. Costo de Capital para SX/EW para Cobre E. Programa de Laboratorio para Evaluar Soluciones de Lixiviacin De Cobre 1. Isotermas de Extraccin y Reextraccin 2. Diagramas de McCabe-Thiele 3. Circuitos Continuos de SX para Cobre F. Isocalc, Diagramas de McCabe-Thiele Generados en Computador para Cobre

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II. Extractantes de Par de Iones A. Serie Alamine B. Serie Aliquat C. Programa de Evaluacin para Extractantes de Par de Iones D. Actuales y Posibles Futuros Usos de Extractantes Amina III. Extractantes Tipo Neutro o Solvatante IV. Extractantes Acido Orgnicos V. Substitucin de Enlaces

41

MCT RedbookREACTIVOS EN DESARROLLO, ORO

47 49 69

49 51

DILUYENTES DE EXTRACCION POR SOLVENTE

CONCLUSION

CONTROL DE CALIDAD COGNIS Y OTROS PROCEDIMIENTOS UTILESI. II. III. IV. V. VI. Pruebas estndar de control de calidad para reactivos LIX oximas Anlisis de cobre en el orgnico de las soluciones de SX Anlisis de cobre en las soluciones acuosas de SX Pruebas de control de calidad Cognis para reactivos LIX oximas para Nquel Procedimiento de pruebas de tratamiento con arcillas Determinacin colorimtrica directa de Uranio en aminas

BIBLIOGRAFIA

Fotos de minerales cortesa de Arizona Sonora Desert Museum.

MCT RedbookINTRODUCCIONUna creciente demanda por los metales en general y en particular mayor pureza de los metales, frente a las decrecientes leyes de los minerales y a regulaciones ambientales mas exigentes, estn continuamente conduciendo la investigacin a la bsqueda de mtodos mas efectivos y eficientes, para procesar los minerales que tenemos disponibles, como tambin el reciclaje de metales previamente usados. La Hidrometalurgia ha proporcionado y continuar proporcionando, muchos de los nuevos procesos. La tecnologa de extraccin por solvente por cierto juega un importante rol en muchos de estos nuevos procesos. La extraccin por solvente como tcnica simplificada para purificar y recuperar un metal se remonta a 1842 cuando Peligot extrajo nitrato de uranilo en ter etlico.1 La literatura qumica tiene cientos de referencias del uso de la extraccin por solvente como una tcnica en qumica analtica y una gran cantidad de conocimiento fundamental en extraccin por solvente, particularmente en el rea de la qumica de soluciones orgnicas basadas en extractantes, viene de la qumica analtica.2 La tecnologa de la extraccin por solvente se ha aplicado a escala comercial para la recuperacin de uranio, vanadio y molibdeno desde la dcada del 503 y al cobre y nquel desde fines de los 60 y principios de los 70.4,5 Por este mismo espacio de tiempo, Cognis Corporation (inicialmente General Mills, Inc.) ha estado comprometida en el desarrollo de la tecnologa de extraccin por solvente en general y de los reactivos de extraccin por solvente en particular. Este compromiso ha dado por resultado el desarrollo y manufactura de los reactivos LIX, Alamine y Aliquat. Reactivos usados exitosamente por muchas operaciones comerciales alrededor del mundo. Estos reactivos Cognis, se destacan por el amplio rango de condiciones en las que operan y por sus esquemas de trabajo libres de polucin ambiental. Mientras est en el dominio de la factibilidad tcnica que los hidrometalurgistas puedan alcanzar una ilimitada seleccin de reactivos qumicos comerciales disponibles para hacer separaciones eficientes de virtualmente todos los metales en solucin, esto ser difcil de alcanzar, una serie de otros procesos necesarios para obtener un metal desde el mineral. Por esta razn, la extraccin por solvente debe ser compatible y complementaria con el proceso de lixiviacin que le precede y con el proceso de recuperacin final del metal que le sigue. (Fig.1). El xito de la operacin global es entonces dependiente del xito de cada proceso individual. Este folleto esta diseado para familiarizar al lector con algunos de los conceptos pasados de la tecnologa de extraccin por solvente, como tambin de los LIX. Alamine y Aliquat (marcas de los reactivos de extraccin por solvente). Mas informacin detallada de reactivos especficos, metales, o sistemas de procesos est disponible a pedido en el sitio de red: www.cognis.com.LIX, Alamine, Aliquat, Isocalc, MSPTM, Cognis y el logo de Cognis (Cognis y el Diseo) son marcas registradas de Cognis Group.

debido a la parte econmica. El costo para desarrollar un nuevo reactivo, acrecentado por las regulaciones relativas a la toxicidad de los productos qumicos y por los pequeos mercados de muchos metales, juega en contra del desarrollo de nuevos extractantes para metales. Es importante para el lector comprender, que la extraccin por solvente es solo un proceso unitario entre

1Copyright 2008 by Cognis Group

MCT RedbookFigura 1. Esquema Generalizado de Recuperacin de Metales Incorporando Extraccin por Solvente y Reactivos Cognis

Lixiviacin metlica

So l

Extrac. Metal

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Lixiviacin.

extrado IX re oL tiv ac

Reextrac. Metal

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Proceso de Lixiviacin.

Extraccin por Solvente

Recuperacin Metlica Final.

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2www.cognis.com

MCT RedbookNotas:_____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________

Copyright 2008 by Cognis Group

DESCRIPCION DEL PROCESO DE SX

DESCRIPCION DEL PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTEI. Especies Metlicas Extrables II. Requerimientos de los reactivos

MCT RedbookDESCRIPCION DEL PROCESO DE EXTRACCION POR SOLVENTE.La Extraccin por Solvente (SX), es aplicable en cualquier caso donde es deseable remover selectivamente o extraer una especie desde una solucin a otra. Esto se puede aplicar ya sea a la remocin de un componente valioso desde contaminantes o a la remocin de contaminantes desde un componente valioso. La solucin que originalmente contiene las especies deseadas y la solucin en la cual estas especies o los contaminantes se van a extraer, deben ser inmiscibles para efectos de separacin fsica. En la operacin de recuperacin de metal, el componente valioso normalmente es un in metal o un in complejo metlico contenido en una solucin acuosa. La solucin acuosa se mezcla con una fase orgnica inmiscible que contiene el extractante activo, con lo cual el extractante transfiere el elemento deseado desde la fase acuosa a la fase orgnica. La dispersin acuoso/orgnico pasa del mezclador al decantador, donde las fases se separan. La fase orgnico cargado, que ahora contiene el metal deseado, se trasvasija entonces del decantador de extraccin al mezclador de reextraccin. Aqu la fase orgnico cargado, se mezcla con una solucin acuosa de reextraccin que contiene un producto qumico que proporciona la fuerza conductora requerida para reextraer el metal cargado desde la fase orgnica a la fase acuosa de reextraccin. La dispersin acuoso/orgnico pasa del mezclador al decantador desde el cual el orgnico descargado se recicla de vuelta a extraccin mientras la fase acuosa, que ahora contiene el metal deseado, va a la recuperacin final del metal. La recuperacin final del metal, generalmente tiene lugar en la solucin acuosa. La recuperacin del metal directamente desde la fase orgnica tambin es posible, pero se practica comercialmente solo en casos especiales, probablemente debido a que hay contaminacin orgnica del producto final.6,7,8 Por la semejanza del proceso de extraccin por solvente con la extraccin metlica con resina slida de intercambio inico, a veces se la denomina intercambio inico lquido. La Fig.2 muestra un tpico circuito contracorriente de mezcladores decantadores de extraccin por solvente, compuesto de 3 etapas de extraccin en contra corriente y 2 etapas en contra corriente de reextraccin. Un mezclador decantador individual se conoce como una etapa. En algunos sistemas, problemas especficos hacen deseable agregar una o ms etapas de lavado o de depuracion en la fase de orgnico cargado o del orgnico descargado, para prevenir la transferencia de especies contaminantes de extraccin a reextraccin o viceversa. La extraccin por solvente y los reactivos Cognis, como parte de un proceso integral de recuperacin, tienen tres objetivos principales: 1. La purificacin de un metal de impurezas indeseables ya sea extrayendo el metal valioso de las impurezas o extrayendo las impurezas del metal deseado. 2. La concentracin de metal para reducir los costos de proceso aguas abajo. 3. La conversin de los valores metlicos a una forma que simplifique su eventual recuperacin. En cualquier proceso de extraccin por solvente, uno, dos o los tres objetivos pueden acometerse. Estos objetivos pueden generalmente alcanzarse, seleccionando el reactivo adecuado y operando bajo condiciones ptimas. Un nmero variable de mezcladores decantadores, rangos de flujo ajustables y la habilidad de usar etapas de lavado, permite la optimizacin de las condiciones de operacin como tambin una flexibilidad de diseo.


MCT RedbookFigura 2. Unidad de Intercambio Inico Lquido para Cobre.ExtraccinOrgnico Descargado (O.D.)

Reextraccin

E-3

E-2

E-1

S-1

S-2

Acuoso

Estanque Pulmn de Orgnico Cargado Acuoso

Solucin de reextraccin

Electrolito Pobre (E.P.) Reno PLS

Electrolito Rico o de avance (E.R.)

4www.cognis.com

MCT RedbookI. Especies Metlicas ExtractablesSi un metal se va a extraer desde las impurezas o viceversa, es importante conocer los distintos metales y otras especies presentes en las soluciones. Con respecto a los metales, las especies extractables se pueden dividir en cuatro categoras: 1. Metales catinicos, tales como el Cu2+, Ni2+, and Co2+ 2. Complejos metlicos aninicos, por ejemplo UO2(SO4)34-, and Mo8O264-3. Complejos metlicos catinicos, como el MoO22+ 4. Especies metlicas neutras como el UO2(NO3)2 Los ejemplos anteriores, representan especies metlicas que han sido recuperadas comercialmente en plantas de extraccin por solvente. Existen muchas otras.


MCT RedbookII. Propiedades de los ReactivosEs obvio que si se va a transferir una especie metlica, desde una solucin acuosa de lixiviacin a una solucin orgnica, debe haber alguna interaccin qumica que provoque la ocurrencia de esto. El componente de la fase orgnica, que interacta qumicamente con el metal, se denomina propiamente extractante, pero tambin se le llama comunmente reactivo. En el presente hay extractantes orgnicos conocidos, para virtualmente todos los metales en una u otra forma9. Como se estableci anteriormente, este conocimiento global, se debe en gran medida a los qumicos analistas, aunque, los requerimientos de un extractante exitoso en qumica analtica, son muy diferentes de los requerimientos para un extractante exitoso en las operaciones de recuperacin de un metal a gran escala, especialmente lo relativo a la continuidad y economa del proceso. Para que un reactivo de extraccin de metal sea exitoso se requiere lo siguiente: a. Extraer selectivamente el metal(es) deseado desde las soluciones que lo contienen. b. Que se pueda reextraer el metal con una solucin, desde la cual despus sea factible recuperarlo. c. Que sea estable, bajo las condiciones del circuito, para que se pueda recircular muchas veces. d. Ser no inflamable, no txico, no cancergeno, etc. e. Ser soluble en un solvente orgnico econmico, o tener viscosidad suficientemente baja como para no requerir solvente. f. Cargar y descargar metal con una rapidez suficiente, que permita tiempos de mezcla econmicos. g. No promueva emulsiones estables. h. No transfiera especies contaminantes desde extraccin a reextraccin. i. Tener un costo aceptable. Normalmente, el comportamiento de los reactivos con respecto a lo anterior, no es un blanco y negro. Ningn reactivo es el mejor, con respecto a todas las propiedades, de la lista; mas bien, los reactivos exitosos poseen un buen balance de todas las propiedades indicadas. Los reactivos de Cognis poseen este balance de propiedades. Existen mal entendidos acerca de la selectividad de los reactivos, que merecen una discusin. Se debe entender que pocos reactivos, acaso ninguno, es selectivo por un metal, bajo todas las condiciones, sino que muchos reactivos son selectivos por un metal bajo ciertas condiciones. La selectividad es dependiente de las condiciones y el desafo es hacer calzar las condiciones que presenta una solucin dada de lixiviacin con las caractersticas de selectividad del reactivo disponible. Un perfecto calce no siempre es posible, de hecho es raro. La mayora de las veces el investigador ya sea opta por un reactivo, que aunque no sea perfecto, funciona bien, o el investigador trata de alterar el mtodo de lixiviacin para obtener una solucin de lixiviacin con la cual el reactivo sea mas selectivo. Para lograr esto con xito, se debe entender la qumica del proceso de extraccin.

6www.cognis.com



EXTRACTANTES QUELANTES

TIPOS DE EXTRACTANTESI. Agentes quelantes A. Comentarios Generales B. Aplicaciones Comerciales para Recuperacin de Cobre 1. Soluciones de Lixiviacin con cido sulfricoa. Reactivos Comerciales LIX de Extraccin por Solvente para Cobre b. Reactivos Cognis LIX de Extraccin por Solvente para Cobre

C. D. E.

F.

2. Soluciones de Lixiviacin Amoniacal Reactivos Quelantes Cognis y Algunos de Sus Otros Posibles Usos Costo de Capital para SX/EW para Cobre Programa de Laboratorio para Evaluar Soluciones de Lixiviacin De Cobre 1. Isotermas de Extraccin y Reextraccin 2. Diagramas de McCabe-Thiele 3. Circuitos Continuos de SX para Cobre Isocalc, Diagramas de McCabe-Thiele Generados en Computador para Cobre

MCT RedbookTIPO DE EXTRACTANTESHay cinco clases de extractantes de metales a caracterizarse por: la estructura, el mecanismo de extraccin y la especie metlica extrada: quelacin, cidos orgnicos, substitucin de enlaces, neutro o solvatante y par de iones, tambin se tiene inters en reactivos de substitucin de enlaces. levemente soluble a pH 5. Es importante darse cuenta que para hacer una comparacin directa de las isotermas de pH de dos reactivos diferentes con el mismo metal, o de dos diferentes metales con el mismo reactivo, las isotermas de pH deben determinarse, bajo exactamente las mismas condiciones.

I. Extractantes QuelantesA. Comentarios GeneralesQuelante se refiere a atenazar, que es una descripcin grfica del modo en que el extractante orgnico ata a un in metlico, como si el extractante enlazara qumicamente al in metal en dos lugares, de manera similar a coger un objeto entre los extremos del dedo ndice y el pulgar. En muchos casos, aparte de enlazarse con el in metal, el extractante libera un in hidrgeno en la solucin acuosa desde la cual extrajo el metal. La ecuacin simplificada que se muestra a continuacin es para la extraccin de un in metal con dos cargas.

Tabla I. Fuerza de Extraccin Relativa de Metales a pH 2.0 para el LIX 84-IMetal Cu(II) Fe(III) Mo(VI) V(V) Zn(II) Sn(II) Ca(II) Mg(II) As(III) Al(III) Fe(II) Si(V) Co(II) Ni(II) Fuerza de Extraccin Relativa Muy fuertemente extrado Dbilmente extrado Extraccin un poco fuerte Dbilmente extrado Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante Insignicante

Extraccin [2RH]org + [M2+SO4=]acu [R2M]org + [2H+ + SO4=]acu Reextraccin

Uno de los parmetros importantes que controlan la posicin de equilibrio de esta reaccin es el contenido de cido de la fase acuosa. Una representacin grfica de este comportamiento es referida como una isoterma de pH. Algunas isotermas tpicas de pH para el reactivo LIX 84-I se muestran en la Figura 3. Estas isotermas de pH se pueden usar para predecir las caractersticas de extraccin del reactivo con respecto a los metales que se muestran bajo una variedad de condiciones. Por ejemplo, de la Fig. 3, se nota que a pH 2.0 el cobre(II) es extrado fuertemente mientras que el fierro frrico se extrae dbilmente y el nquel (II) y cobalto(II) no se extraen por el LIX 84I. Sin embargo a pH 5, estos cuatro metales se extraen fuertemente, excepto que en este caso no es siempre importante la extraccin de fierro(III) ya que es

La qumica del Mo(VI) y V(V) es compleja en el lado cido, sin embargo, estos metales normalmente no presentan problemas en un circuito de extraccin por solvente para cobre.

El investigador coteja los reactivos contra los metales con mayor probabilidad de encontrar en las soluciones acuosas de inters, bajo condiciones similares a aquellas que se esperan en el proceso de extraccin por solvente. Esto est normalmente referido a los datos de selectividad y es vlido solo para las condiciones a las que se ha determinado.


MCT RedbookFigura 3. Extraccin de Metales en funcin del pH con LIX 84-ICu2+ 2 Ni2+ Co2+

(Metal) in g/l

1 Fe3+ Zn2+

1

2

3

4

5

6

pH

8www.cognis.com

MCT RedbookEstas condiciones incluyen las concentraciones de metal y de reactivo, el estado de oxidacin del metal, el pH de la solucin acuosa de alimentacin y el tiempo de contacto orgnico-acuoso. De la Tabla I, es obvio que el Cu(II) y el Mo(VI) son los nicos metales listados que extrae fuertemente el LIX 84-I a pH 2.0. Mientras que los datos de extraccin sugieren que el Mo (VI) podra ser un problema en un circuito de extraccin por solvente, usando LIX 84-I, en realidad, tpicamente no es un problema por dos razones: El cobre rpidamente desplazar al Mo (VI) del LIX 84-I y el Mo cargado en el LIX 84-I no se reextrae rpido con una solucin cida, como lo hace el cobre. En la mayora de los casos, solo el Fe (III) representa un potencial problema para la preparacin de una solucin pura de cobre a partir de una solucin normal de lixiviacin de cobre de pH 2.0.Esta informacin est en concordancia con las isotermas de pH mostradas en la Figura 3. La extraccin de metales desde soluciones amoniacales, tambin es un rea interesante, de este modo, se ha examinado el comportamiento extractivo de algunos metales desde soluciones amoniacales. En general, esta informacin se expresa como isotermas de extraccin amonio dependientes, varias de las cuales se muestran en la Figura 4 para el caso del LIX 84-I. La tendencia decreciente de la extraccin con el aumento de la concentracin de amonio puede explicarse rpidamente por la ecuacin de extraccin/reextraccin para un tpico metal +2 catinico, como se muestra a continuacin continuacin: informacin de selectividad, es posible desarrollar esquemas de separacin de metales. Por ejemplo, la isoterma de pH del LIX 84-I (Figura 3) con Cu(II) y Ni(II), sugiere que se puede hacer una buena separacin Cu-Ni con LIX 84-I, controlando el pH en las etapas de extraccin. Todo el cobre puede extraerse a bajo pH (1,5 a 2.0) antes de que el sistema se ajuste con amonio para pH mas alto (9.0 a 9.5) en el cual es extrado el nquel. Este tipo de esquema se ha usado a escala comercial en de la Corporacin S.E.C, en El Paso Texas, para la recuperacin de cobre y nquel de una corriente de purga de refinera, usando el extractante LIX64N.5 Las curvas de extraccin amonio dependientes del LIX 84-I en la Figura 4, muestran que el cobre(II) es extrado mas fuertemente de una solucin amoniacal que el nquel. Entonces, la separacin cobre-nquel de soluciones amoniacales podra ser factible, y en verdad se ha estudiado, para un reactivo similar.10 El estudio se concentr en un esquema de flujo en el que se extrae preferentemente el cobre desde una solucin amoniacal que contiene cobre y nquel, antes de la extraccin de nquel. Una alta relacin cobre/nquel en el orgnico cargado de cobre, se obtiene al usar una etapa extra de extraccin, con lo cual el cobre sobrepasa y desplaza al nquel del orgnico cargado, quiere decir, que el cobre contenido en una solucin amoniacal de cobre y nquel, cuando se contacta con un orgnico cargado con nquel, desplazar algo del nquel cargado. Despus de que el cobre y el nquel se cargan en operaciones separadas de extraccin, cada fase de orgnico cargado de metal, separadamente se lava y se reextrae para producir una fase acuosa de reextraccin rica en cobre y rica en nquel, respectivamente. La complejidad del circuito, la normalidad operacional global y el nmero de etapas requeridas son dependientes de la alimentacin acuosa. Un esquema de separacin alternativo para el mismo tipo de solucin, ha sido reportado11 y estudiado por Cognis.12 Este esquema engloba la coextraccin del nquel y cobre en la misma corriente de orgnico, seguido por un lavado a pH controlado para remover la pequea cantidad de amonio co-extrada. El orgnico

[M(NH3)42+]ac + [2RH]org

[R2M]org + [2NH3]ac + [2NH4+]ac

En esencia, el amonio en solucin con su par de electrones en el tomo de nitrgeno compite con el extractante por el in metal. La reaccin es reversible y la reextraccin con amonio puede ser prctica en algunas situaciones. El nmero de molculas amonio coordinadas al metal variarn dependiendo de las condiciones; siendo cuatro un nmero favorable. Considerando las isotermas de extraccin y la


MCT RedbookFigura 4. Extraccin de Metal por LIX 84-I como funcin del NH3 total.100 Ni Cu

80

% Metal Extracted

60

40

20 Zn

20

40

60

80

100+ 4

120

140

160

g/l Total NH3 (NH3/NH =2/1)

cargado de nquel y cobre se reextrae controlando el pH para obtener una solucin rica de nquel, libre de cobre y una solucin rica de cobre, con pequea cantidad de nquel. Este esquema de flujos se basa en las isotermas de amonio, las cuales muestran que el cobre y el nquel se extraen fuertemente desde las soluciones amoniacales con el LIX 84-I, y las isotermas de pH, que muestran que mientras el LIX 84-I carga muy bien cobre con pH 2.5 a 3.0, el nquel se reextrae rpidamente a ese pH. El estudio de las isotermas de pH, los datos de selectividad y las isotermas de amonio, conducen al desarrollo conceptual del proceso de separacin de

metales. Sin embargo, este tipo de informacin no indica de un modo detallado como hacer una separacin dada de metales, o la forma mas efectiva del circuito que se debe disponer para realizar la separacin, de manera mas econmica. Se requiere trabajo de laboratorio.

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MCT RedbookB. Aplicacin Comercial para la Recuperacin de Cobre1. Soluciones de Lixiviacin con Acido SulfricoEl uso de extractantes del tipo quelante, en intercambio inico lquido, ha sido el mayor xito comercial en la recuperacin del cobre de soluciones diluidas de lixiviacin sulfrica. Estas soluciones se generan de la lixiviacin de minerales oxidados y/o sulfurados de cobre, usando una variedad de tcnicas de lixiviacin, que incluyen botaderos, en pilas, in situ, en bateas, en capas delgadas y por agitacin. La lixiviacin de concentrados de cobre es un rea emergente en la actualidad. La tecnologa de Lixiviacin SX EW comienza con la lixiviacin y por ello Cognis recomienda que las compaas que estn considerando esta tecnologa, investiguen a fondo las caractersticas de la lixiviacin del mineral a tratar. El dinero invertido en los estudios de lixiviacin, generalmente reporta atractivos dividendos. Las soluciones tpicas de lixiviacin pueden contener desde menos de 1 gpl de Cu hasta alrededor de unos 50 gpl con rangos de pH entre 1.0 y 3.0. La solucin de lixiviacin puede tambin contener niveles altos de cloruros y otras impurezas, dependiendo del mineral tratado, de la disponibilidad de agua y de la tasa de evaporacin. Soluciones tpicas de lixiviacin sulfrica, exitosamente tratadas por extraccin por solvente se informan en la Tabla II. Otros constituyentes comunes de la solucin de lixiviacin incluyen: Fe, Mo, Mn, Al, Mg, Na, K, iones sulfato, a veces, iones cloruro. La mayora de las naves electrolticas combinadas con SX en el sistema cido sulfato, depositan cobre de un electrolito que sale de las celdas con un contenido de 32 a 40 g/l Cu y 150 a 185 g/l de cido sulfrico. Bajo estas condiciones, una nave electroltica debera producir ctodos de cobre de alta calidad. Con el tiempo, la densidad de corriente con la cual se deposita el cobre ha aumentado desde 160 amps/m2 a fines de los sesenta hasta sobre 300 amps/m2, que se usan actualmente. Para asegurar la alta calidad del cobre producido con alta densidad de corriente, el cobre en el electrolito que sale de la celda, es tpicamente >35 g/l Cu y a veces >40 g/l Cu. Tambin hay evidencia que una leve mejor calidad de cobre se obtiene cuando la acidez se maneja en los valores ms bajos del rango de concentraciones considerado. A Junio del 2006, operaban 55 plantas de cobre con SX (fuera de China), recuperando cobre desde soluciones diluidas de lixiviacin sulfrica de cobre, con varias nuevas plantas en etapa de ingeniera/ construccin y otras en proyecto. Los costos reales de operacin para una planta relativamente grande, como la de ripios de la Divisin Chingola, de Zambia Cosolidated Copper Mines Ltd, en Zambia, Africa,13 y una de las ms pequeas , como la de Cyprus Bagdad14 en Arizona, han sido publicados. Adicionalmente, Jenkins et. al. ha publicado informacin operacional de una gran cantidad de operaciones de cobre por L/SX/EW.15 Una ventaja de la tecnologa de L/SX/EW es su economa a gran escala o a pequea escala. Por ejemplo, Phelps Dodge Morenci, produce alrededor de 32.000 toneladas/mes de ctodos de cobre de gran calidad, y Dos Amigos en Chile tambin produce alrededor de 900 toneladas/mes de ctodos de cobre de alta calidad. Una segunda ventaja es que los costos operacionales de un proyecto de planta de L/SX/EW, se pueden predecir con bastante exactitud.

Tabla II. Soluciones Tpicas de Lixiviacin SulfricaTipo Botadero, Pila, In situ Curado Frrico, Capa Fina Bateas Agitacin Concentrados Cu (g/l) 95% del terico. Por esta razn, lo predicho por los diagramas de equilibrio de McCabeThiele para las fases orgnica y acuosa que salen de una etapa dada, raramente se dan en un circuito de operacin. Por ejemplo, compare los valores de orgnico y acuoso que se han predicho por el diagrama de McCabe-Thiele en la Figura 6, con los valores generados en un circuito continuo de laboratorio usando las mismas soluciones acuosas, orgnicos y acuosos de reextraccin (Tabla V, Figura 8). El circuito produjo un refino de 0.28 g/l Cu y un orgnico cargado de 4.08 g/l Cu, comparado con un refino de 0.22 g/l Cu y un orgnico cargado de 4.24 g/l Cu predicho por la primera aproximacin del diagrama de extraccin de McCabe-Thiele (Figura 6). El orgnico descargado de 1.80 g/l Cu es cercano al 1.77 g/l Cu predicho por el diagrama de reextraccin McCabe-Thiele (Figura 7). La pregunta natural que surge es: Para que realizar el trabajo requerido por una isoterma de equilibrio, cuando el circuito no producir los resultados predichos? Hay


MCT RedbookFigure 8. Isoterma de Equilibrio de Extraccin y Circuito Continuo de Datos de Laboratorio5.0

3.0

2.0

O.D.Ra. = 0.28

1.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Alimentacin = 2.50 g/l Cu

4.0

O.C.

Orgnico g/l Cobre

3.0

Acuoso g/l Cobre

Orgnico: 8.7 v/v% LIX 984N Acuoso: 2.5 g/l Cu, 1.3 g/l Fe (Total), pH = 1.8

varias buenas razones. Primero que todo, generar una isoterma ayuda a desarrollar una aproximacin del sistema. En segundo lugar, si el sistema tiene un comportamiento metalrgico inusual, la isoterma generalmente lo reflejar. En suma, se puede obtener una buena idea de los resultados reales del circuito, dibujando en la lnea de operacin como se describi anteriormente. Sin embargo, en lugar de completar las lneas horizontales y verticales para reflejar un 100% de eficiencia del mezclador, dibjelas solo para representar un 95% de eficiencia. Cuando se hace esto usando la Figura 6, se predice un refino de dos etapas de 0.28 g/l Cu-valor idntico al obtenido en el circuito de operacin.

La alimentacin elegida para el ejemplo anterior es tpica de muchas operaciones de lixiviacin de cobre y representa una de las alimentaciones ms simples de tratar. La recuperacin de cobre es muy buena, la selectividad de cobre sobre fierro es alta (en el circuito anterior es alrededor de 1100/1 en base a la transferencia) y hay una pequea contaminacin de metal por atrapamiento. Soluciones de alimentacin ms complicadas se analizan de una manera similar a la descrita, pero las isotermas de extraccin y de reextraccin y la configuracin del circuito, pueden ser y a menudo lo son, ms complejas. Con sistemas complejos de extraccin de metal, el circuito inicial puede tener que ser modificado varias veces antes de que se obtenga el mejor esquema de recuperacin.

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MCT RedbookF. IsocalcTM Diagramas McCabe-Thiele de Cobre Generados en ComputadorEl programa de simulacin Isocalc TM (Metalurgia Total) de Cognis ha sido desarrollado para proporcionar a los operadores de planta una herramienta rpida y exacta de simulacin de virtualmente cualquier proceso de extraccin por solvente de cobre que involucre lixiviacin con cido sulfrico seguida de extraccin de cobre con un extractante de tipo oxima fenlica. Las funciones del Isocalc TM incluyen: Desde la descripcin de una solucin comn (o compleja) de lixiviacin de cobre y de las condiciones de reextraccin, se calculan las isotermas de extraccin y de reextraccin, en base a una modelacin qumica comprensiva. Se puede entonces construir los diagramas de McCabe-Thiele, para muchas configuraciones de planta de extraccin por solvente. Los datos de extraccin o reextraccin generados en laboratorio para las isotermas, se pueden ingresar manualmente en lugar de confiar en los modelos qumicos proporcionados. Esto es til para composicin de reactivos que no se comportan exactamente igual como uno de los reactivos LIX frescos de Cognis. Este es a menudo el caso de reactivos orgnicos de planta envejecidos. Tambin pueden desarrollarse los diagramas de McCabeThiele para estas isotermas de extraccin y de reextraccin. Desde modelaciones qumicas o de isotermas de extraccin generadas en laboratorio para una planta en operacin, se pude insertar en el programa datos operacionales o perfiles para calcular exactamente eficiencias por etapas. Los resultados de cada diagrama de isotermas/McCabe-Thiele se pueden guardar como archivos de proyectos y ms tarde recuperar para volver a usarlos en otra simulacin. Se puede realizar una comparacin exacta de diferentes configuraciones y condiciones operacionales de planta. El programa Isocalc TM incluye una combinacin de modelaciones qumicas del proceso de extraccin y reextraccin y una manipulacin matemtica de los datos correspondientes a los puntos. Un valor de orgnico descargado, ya sea de la modelacin qumica o de los ingresados manualmente, se puede utilizar como punto de partida para cada isoterma de extraccin. Una vez que el programa ha generado una curva de extraccin o de reextraccin, permite la construccin de los diagramas de McCabe-Thiele para un amplio nmero de configuraciones de planta, incluyendo las ahora comunes configuraciones serie-paralelas y la nueva configuracin serie paralela OptimaTM de Cognis. Cualquier combinacin de una extraccin por una reextraccin [1E,1S] hasta [4E, 4S] etapas, pueden modelarse en modalidad serie. En la modalidad serieparalela, cualquier combinacin de [1E (serie), 1E (paralela), 1S] a [4E (serie), 4E (paralela), 3S] etapas, se pueden modelar. Las razones orgnico/acuoso de cada circuito se puede variar independientemente y las eficiencias de etapas pueden variar en un amplio rango para cada etapa en la configuracin, independiente de las otras etapas. Las eficiencias de las etapas generalmente se correlacionan con el tipo de mezclador que se est usando en la planta, la temperatura del circuito, y la cintica de extraccin del extractante relativo a la temperatura. El efecto en la recuperacin final de cobre por el cambio de una o ms variables en la configuracin, puede determinarse rpida y exactamente. El modelo qumico para las curvas de extraccin est basado en las constantes de equilibrio de varias reacciones qumicas importantes del proceso. Usando estos criterios qumicos para la modelacin, es posible tomar en cuenta la mayora de las variables que se encuentran en un proceso de extraccin por solvente de cobre.



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MCT RedbookEjemplo: Resultados de Isocalc TM versus Datos Generados en Laboratorio.El modelo de Isocalc TM se puede usar para predecir los resultados metalrgicos que se obtendrn en una evaluacin de laboratorio o de una planta comercial SX. Tome el ejemplo que usamos en el Programa de Evaluacin de Laboratorio para una Solucin de Lixiviacin de Cobre de la pgina 21. En este ejemplo, un reactivo LIX 984N al 8.7 % v/v produjo un refino de 0.28 g/l Cu desde una solucin de lixiviacin (PLS) con contenido de 2.50 g/l Cu a pH 1.8 en un circuito de laboratorio consistente en 2 etapas de extraccin y una etapa de reextraccin. La eficiencia del mezclador de extraccin fue 95 % y se produjo un electrolito rico de 51.2 g/l Cu a partir de uno pobre de 30.7 g/l Cu y 190 g/l H2SO4. Los mismos parmetros operacionales usados en la evaluacin de laboratorio anterior (valores del PLS, concentracin del LIX 984N, valores del electrolito, etapas y eficiencia de mezcladores), ms estimaciones del sulfato total y los valores de actividad del sulfato, se ingresaron en el programa Isocalc. Los resultados de laboratorio versus Isocalc se presentan en las Tablas VI y VII, aunque no idnticos son similares. Esto demuestra que el programa Isocalc es una herramienta confiable y que puede usarse para generar isotermas representativas, para construir diagramas de McCabe-Thiele y predecir rangos de recuperacin de cobre en circuitos de extraccin por solvente. En la Figura 9 estn el texto de los datos de salida de extraccin y reextraccin y los resultados del perfil Isocalc para esta comparacin. La Figura 10 es el diagrama de extraccin de McCabeThiele y la Figura 11, el diagrama de McCabe Thiele para reextraccin.

Tabla VI: Comparacin de Isotermas de ExtraccinExtraccin Isoterma de Laboratorio O/A 10/1 5/1 2/1 3/2 1/1 1/2 1/5 S.O. Orgnico g/l Cu 2.04 2.28 2.96 3.26 3.70 4.19 4.35 1.80 Acuoso g/l Cu 0.07 0.09 0.17 0.26 0.51 1.24 1.94 2.50 Isoterma Isocalc Orgnico g/l Cu 2.047 2.287 2.956 3.268 3.705 4.128 4.299 1.803 Acuoso g/l Cu 0.064 0.085 0.196 0.303 0.599 1.338 2.001 2.50

Solucin de Lixiviacin (PLS)

Tabla VII: Comparacin Perles del CircuitoPerl Laboratorio Etapa Extrac. 1 Extrac. 2 Reextr. 1 Orgnico g/l Cu 4.08 2.88 1.80 Acuoso g/l Cu 1.31 0.28 51.2 Perl Isocalc Orgnico g/l Cu 4.049 2.904 1.803 Acuoso g/l Cu 1.355 0.255 51.2


MCT RedbookFigura 9. Datos de Isoterma de Extraccin y de Reextraccin y Resultados de Perfil en Isocalc TMIsocalc TM Ver. 8.00 Copyright 2006 Cognis Corporation Isotherm Point Calculations and Graphics / McCabe-ThielesNOTICE: Please read Cognis Disclaimer of Warranty and Limitation of Liability statements

Extraction Data Client: LIX Reagent Customer Project: New Copper Property Reagent Selected: LIX 984N PLS g/l Cu: 2.5 PLS g/l SO4: 90 Stripped Organic, g/l Cu: 1.803 Number of Strip Stages: 1 Spent Elec., g/l H2SO4: 190 Temperature: 25C Others Parameters / Information: Extraction Isotherm Points O/A=10.0 O/A=5.0 O/A=2.0 O/A=1.5 O/A=1.0 O/A=0.5 O/A=0.2 O/A=0.1 Org., g/l Cu 2.047 2.286 2.955 3.268 3.704 4.128 4.299 4.342 Aq., g/l Cu 0.064 0.085 0.196 0.302 0.599 1.338 2.001 2.246

Reagent Volume Percent: 8.7% PLS pH: 1.80 PLS SO4 Activity: 12.5% Max Load, g/l Cu: 4.380 Spent Elec., g/l Cu: 30.7 Preg. Elec., g/l Cu: 51.2

Strip Isotherm Points Aq., g/l Cu 30.700 34.800 38.900 43.000 47.100 51.200 Org., g/l Cu 1.000 1.170 1.330 1.470 1.590 1.700

================== McCabe-Thiele Calculations ================== Net Transfer: 0.258 g/l Cu per 1 vol. % LIX 984N Series Circuit Recovery: 89.810% Loaded Organic is 92.43% of Max Load PLS 2.500 g/l Cu pH = 1.80 Spent. Elec. 30.7 g/l Cu 190 g/l H2SO4

Ranate 0.255 g/l Cu

Preg. Elec. 51.2 g/l Cu

O/A= 1.0 Mixer E 95%

1.355 g/l Cu Mixer E 95%

E1

2.904 g/l Cu

E2

Stripped Org. 1.803 g/l Cu

O/A= 9.131 Mixer E 98%

S1

Loaded Org. 4.049 g/l Cu

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MCT RedbookFigura 10. Diagrama de Extraccin de McCabe-Thiele Isocalc5 8.70 v/v% LIX 984N Info base para ExtraccinAlimentacin = 2.5 g/l Cu pH = 1.8 O.C. = 4.049 g/l Cu O.D. = 1.803 g/l Cu E.P. = 30.7 g/l Cu Acido en E.P. = 190 g/l E.R. = 51.2 g/l Cu Recuperacin = 89.81%

4

Orgnico g/l Cobre

3

Extraccin en serie 2E1-S = 95.0% E2-S = 95.0% O/A = 1.0 Reno = 0.255 g/l CuAVISO: Favor de leer La Declaracin de Ausenca de Garanta y Limitacin de Responsabilidad de Cognis.

1

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Acuoso g/l Cobre

Mientras el programa de computacin Isocalc predice los comportamientos del circuito asociados con el equilibrio de extraccin/reextraccin, este no predice la selectividad Cu sobre fierro ni maneja las propiedades fsicas de un circuito, tales como: a) separacin de fases rapidez con que la dispersin orgnico/acuoso que sale de un mezclador se separa, en fases orgnica y acuosa discretas. b) atrapamientos las pequesimas gotas de una fase transportadas en la otra fase, despus que la separacin primaria de las fases ha ocurrido.

c) generacin de borras el trmino crud o gunk se usa para describir un material interfacial, usualmente una emulsin estabilizada por slidos, que se presenta en casi todos los circuitos de extraccin por solvente. El crud a menudo contiene slidos finamente divididos (ya sea transportados al circuito con los licores de lixiviacin o precipitados en el circuito), alguna emulsin estable, volumen de solucin de lixiviacin y volumen de orgnico, slice coloidal y a veces, bacterias. El Crud es una cosa difcil de describir ya que la composicin de este en una planta puede ser muy diferente al de otra planta.


MCT RedbookFigura 11. Diagrama de Reextraccin de McCabe-Thiele Isocalc TM70 8.70 v/v% LIX 984N 65 60 55 Datos Esenciales para ReextraccinO.C. = 4.049 g/l Cu E.R. = 51.2 g/l Cu E.P. = 30.7 g/l Cu Acido en el E.P. = 190 g/l S1-S = 98.0% O/A + 9.13 O.D. = 1.803 g/l Cu Temp = 25C Transferencia Neta = 0.258 g/l/Vol%AVISO: Favor de leer La Declaracin de Ausenca de Garanta y Limitacin de Responsabilidad de Cognis.

Orgnico g/l Cobre

50 45 40 35 30 25 20 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

Acuoso g/l Cobre

Como se mencion previamente, el programa Isocalc debiera usarse en conjunto con, pero no como un reemplazo total, de las evaluaciones de laboratorio. Como tal, puede ahorrar un montn de tiempo proporcionando rpidamente informacin sobre preguntas del tipo que pasara si, que es muy til durante las etapas preliminares del proyecto. Hay una versin del programa disponible para los clientes de Cognis, pero no est disponible para distribucin general.. Bajo ciertas condiciones, su especialista de extraccin por solvente de Cognis, estar feliz de correr

programas Isocalc para su proyecto de lixiviacin sulfrica de cobre. Para ms informacin sobre el programa de modelacin de extraccin por solvente Isocalc de Cognis, llame a su representante local de Cognis.

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EXTRACTANTE DE PAR DE IONESA. Serie Alamine B. Serie Aliquat C. Programa de Evaluacin para Extractantes de Par de Iones D. Actuales y Posibles Futuros Usos de Extractantes Amina

EXTRACTANTE DE PAR DE IONES

MCT RedbookII. Extractantes de Par de IonesUna segunda clase de extractantes se basa en el principio de asociacin de iones, con lo cual, una gran cantidad de orgnicos cargados positivamente, causa la extraccin de un metal aninico complejo en la fase orgnica, con la expulsin concomitante de un anin comn en la fase acuosa. Cognis Corporation comercializa dos clases de compuestos que caen en esta clasificacin general. reextraccin con el menor nmero de etapas. La ecuacin abajo muestra la reextraccin con Na2CO3: La mayor aceptacin comercial para los reactivos tipoc. 2[R3NH+B]org + [Na2+CO3=]ac 2[R3N]org + H2O + CO3 + 2[Na+B]ac

A. Serie de las AlaminasLos reactivos Alamina contienen un nitrgeno bsico capaz de formar sales amina con una variedad de cidos orgnicos e inorgnicos. Las aminas terciarias de frmula R3N, donde R representa una variedad de cadenas hidrocarbonos, encuentra el ms amplio uso en procesos de recuperacin de metal por extraccin por solvente. Las ecuaciones a continuacin son representativas de la qumica de extraccin de la Serie Alamina de Reactivos:a. [R3N]org + [HA]ac b. [R3NH+A]org + [B]ac [R3NH+A]org [R3NH+B]org + [A]ac

Alamina ha sido en la recuperacin de uranio, sin embargo cualquier metal capaz de formar complejos aninicos en solucin acuosa es candidato para extraccin por extractantes tipo amina. La Figura 12 muestra algunos de los datos que se han generado usando Alamina 336 y/o aminas similares.35 La informacin est lejos de ser todo incluido, pero si muestra la amplia variedad de sistemas metal-acuoso que son susceptibles de tratamiento con extractantes tipo amina.

B. Serie AliquatLa serie de reactivos Aliquat est basado en la cuaternizacin del respectivo reactivo Alamina con cloruro de metilo. Debido a que una amina cuaternaria siempre est positivamente cargada, la extraccin aninica con reactivos Aliquat, no es dependiente del pH, como sucede con las aminas terciarias. Como resultado, algunas soluciones de lixiviacin de metales bsicos pueden tratarse exitosamente con reactivos tipo Aliquat, sin ajuste de pH. La mayor desventaja de usar un reactivo Aliquat es que estos reactivos no se deprotonan, de ah que la reextraccin es usualmente ms difcil que con los reactivos similares tipo amina.

La ecuacin a representa la formacin de una sal amina y la ecuacin b representa un intercambio inico real. La extensin a la cual B se intercambiar por A es una funcin de la afinidad relativa de los dos aniones por el catin orgnico y la estabilidad relativa de los aniones en el medio acuoso. Tpicamente, la extraccin favorece a los aniones ms grandes de baja carga sobre los aniones ms pequeos altamente cargados. Puesto que las aminas terciarias forman sales con una amplia variedad de cidos, la eleccin de reactivos para un proceso de intercambio inico lquido es bastante grande, por ejemplo la sal de bisulfato, el cloruro, etc.,de los reactivos Alamina. Los extractantes del tipo amina se pueden reextraer con una amplia variedad de soluciones de sales orgnicas, tales como NaCl, Na2CO3 y (NH4)2SO4. La eleccin del agente de reextraccin depende del proceso global de recuperacin, pero en general, los agentes bsicos de reextraccin que desprotonan la amina dan la mejor


Figura 12 . Extraccin de Elementos (a) con Aminas Terciarias de Alto Peso Molecular

Li Na Sc Ti IV b Zr IV vc Hf IV bc Ta V cg W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi III b Nb V bcdg Mo VI c Tc Ru VII IV abcdlm b Rh Pd Ag I bh Cd In Sn Sb Te I V V c Cr VI bk Mn Fe III b Co II b Ni Cu II b Zn II bh Ga Ge As Se Br

Be Mg

B AI

C Si

N P

O S

F CI

K

Ca

Rb

Sr

Y III hj La* III h Ac Ce III h Gd Th Pa IV V abcdh abcd Cm III hj Bk III hj U IV VI ab ab cd ef gi Np IV VI ab ab Pu Am IV VI III ab abf hj Cf III hj Pr III h Nd III h Pm III h Sm III h Eu III Tb Dy Ho Er Tm III h Es III hj Fm Md

Cs

Ba

Po IV b

At

Fr

Ra

* Elementos 58-71

Yb

Lu

Elementos 90-103

No

103

Clave aHNO3 bHCI cH2SO4 dH3PO4 eHF fCH3COOH

Elementos enmarcados son extraidos desde los medios cidos mostrados a continuacin. g(COOH)2 jNH4SCN kH2CrO4 hLiCI, LiCI, LiCIHCI, CsCI idiferentes cidos organicos. lHBr mHI

Elemento Valencia Sistema

(a) Obtenido del Estndar de Mtodos de Analisis Quimco, Volumen ll A, Sexta Edicin, pagna 190. Van Nostrad Reinhold Company, 1963.

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MCT RedbookC. Programa de Evaluacin de Laboratorio para Extractantes de Par de IonesLos programas de evaluacin con extractantes tipo amina se realizan en forma muy similar a aquellos descritos anteriormente para reactivos del tipo quelante. El sistema amino tiende a ser ms complicado que el sistema quelante por una variedad de razones: a. La gran cantidad de sistemas acuosos aninicos donde un extractante amina puede ser aplicable, b. Las aminas protonadas y cuaternarias deben aparearse con un anin y como resultado estos reactivos a menudo son muy selectivos, c. La gran variedad de potenciales agentes de reextraccin en comparacin a las oximas cargadas de cobre, donde por ejemplo, la reextraccin con cido sulfrico es la norma, d. Las tres variables: pH, el estado de oxidacin del metal y la concentracin del anin, contribuyendo al complejo del metal aninico, todo lo cual es importante en el esquema de separacin del metal con aminas. An, la meta del programa de evaluacin sigue siendo el mismo, desarrollar las mejores condiciones para la extraccin, reextraccin y recuperacin final del producto consistente con el esquema metalrgico global. Un ejemplo que ilustra la importancia de las variables citadas anteriormente es la separacin de Co, Fe y Ni desde una solucin clorhdrica. Al referirnos a la Figura 13, notemos que el Ni (II) es extrado dbilmente a concentracin de 200 g/l de in cloruro, el Co (II) y el Fe (II) se extraen fuertemente a concentracin de 150 a 200 g/l de in cloruro y el Fe (III) es fuertemente extrado a 50 g/l de in cloruro. Como resultado se puede efectuar una excelente separacin de Co, Ni y Fe, tomando una aleacin de los metales en una solucin de cido clorhdrico concentrado, oxidando el fierro a frrico, coextrayendo el Co (II) y Fe (III) y dejando al Ni en la solucin original, y luego reextrayendo selectivamente el Co (II) del Fe (III) con agua. Este esquema se ha estudiado en nuestro laboratorio. Varios otros esquemas levemente diferentes, tambin se han reportado.36,37 El mejor esquema para este tipo de alimentacin depende de las cantidades relativas de Co, Ni y Fe presentes. En general, el uso de modificadores de fase orgnica, normalmente en molculas orgnicas que contiene oxigeno polar tales como alcoholes de cadena larga, se requiere con las aminas para mantener los complejos solubles de metal amina, para prevenir la formacin de tercera fase y/o para tener aceptable separacin de fases.


MCT RedbookFigura 13. Isotermas de Extraccin de Soluciones Clorhdricas a 40C y pH 2.0 con Alamine 336100 Mo Zn

Fe3+

80

Extraction (E), %

60 Fe2+ Cu 40 Sn Co Mn

20 Ni, Cr 0 100 200 300

[CL-], g/l.

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MCT RedbookD. Presente y posibles futuros usos de Extractantes AminaUno de los mejores caminos para ilustrar el valor de las aminas como extractantes de par inico metal es entregar una lista de las aminas de alta pureza comercialmente disponibles de Cognis Corporation con algunos de sus usos conocidos: 1. Alamine 300 (tri-n-octilamina): extraccin de cobalto desde soluciones de lixiviacin clorhdrica.38 2. Alamine 308 (tri-isooctilamina): separacin de Co, Ni desde licores clorhdricos.39 3. Alamine 336 [tri-(C8C10) amina]: recuperacin de uranio desde soluciones de lixiviacin sulfrica40 o soluciones de la elusin de resinas de intercambio inico,41, 42 separacin cobalto-nquel de cido clorhdrico,43 extraccin de fierro desde soluciones de cloruro de aluminio,44 extraccin de vanadio,45 extraccin de cromo,46 separacin de metales del grupo del platino47 y de recuperacin del tungsteno. 4. Alamine 310 (tri-isodecilamina): extraccin de uranio y vanadio de licores de lixiviacin sulfrica y separaciones de metales del grupo del platino. 5. Alamine 304 (trilaurilamina): extraccin de uranio y molibdeno de licores de lixiviacin acdica, teniendo la ventaja de que el complejo amino molibdeno es altamente soluble. 6. Aliquat 336 {tri-(C8C10) metil cloruro de amonio]: extraccin de vanadio,45 separacin de metales del grupo del platino,47, 48 extraccin de tierras raras,49 recuperacin de renio,50 y extraccin de arsnico desde electrolitos de refineras.51 7. Aliquat 336 Nitrato: la sal nitrada de Aliquat 336, es un producto especial para la separacin de tierras raras. El futuro crecimiento en el uso de estos reactivos puede estar en las reas de: a) recuperacin de metales de catalizadores previamente utilizados52 b) separaciones de niobio, tntalo, titanio y zirconio53 c) purificacin cidos inorgnicos54 d) separacin de cobalto, cobre y zinc del nquel



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OTROS EXTRACTANTESIII. Extractantes Tipo Neutro o Solvatante IV. Extractantes Acido Orgnicos V. Substitucin de Enlaces

OTROS EXTRACTANTES

MCT RedbookIII. Extractantes Tipo Neutro o SolvatanteUna tercera clase de extractantes se conoce como neutros o solvatantes. Los extractantes de esta clase son bsicos en naturaleza y coordinarn a ciertos complejos metlicos neutros reemplazando agua de hidratacin, provocando de ah como resultado que los complejos organometlicos se transformen en orgnico soluble y acuoso insoluble. Los extractantes de solvatacin tienen un tomo capaz de donar electrn a un metal en la formacin de una aduccin y se clasifican de acuerdo a esa habilidad:R3PO > (RO)3PO > R2CO > ROH > R2O

Requiere un poco de imaginacin ver que la lista anterior es solo una breve representacin de los compuestos orgnicos que podran funcionar como extractantes solvatantes. En general, las extracciones con extractantes solvatantes estn limitadas por: 1) la habilidad de los metales para formar complejos neutros con aniones, 2) la co-extraccin de cido con altas concentraciones de cido, y 3) la solubilidad de los complejos organometlicos en el vehculo orgnico. Un importante extractante de este tipo es el tri-n-oxido octilfosfina (C8H17)3PO, llamado TOPO. Se han investigado las caractersticas de extraccin del TOPO con una amplia variedad de metales56 y se resumen en la Figura 14. Una importante aplicacin comercial del TOPO en extraccin por solvente es la combinacin sinergsta con el cido di2-etilhexil fosfrico (DEHPA) para la extraccin del uranio del proceso hmedo del cido fosfrico.57, 58 Otros importantes extractantes de esta clase son tributilfosfato (TBP), dibutil butilfosfato (DBBP), 2,2dibutoxi dietil eter (di-butil carbitol) y metil isobutil cetona (MIBK). El di-butil carbitol y el MIBK se usan para la extraccin de oro desde soluciones de cido clorhidrico. Es interesante notar que muchos de los modificadores de fase y de equilibrio comunmente usados en extraccin por solvente provienen de esta clase de extractantes. Esto no es una sorpresa puesto que ambos requieren un grupo que tenga la habilidad de donar electrones y en algunos casos, ser un aceptador de enlace de hidrgeno y/o dador.

Oxidos Trialquilfosfine > trialquilfosfatos > cetonas > alcoholes > teres


Figura 14 . Extraccin de Elementos con Tri-n-Octilfosfine Oxido (TOPO)B AI Ti IV ac abc Tc VII acde Re Os Ir Pt IV a Au III a Hg II a TI Pb Bi III b Po IV b Ru Rh Pd Ag Cd II a In III a Sn IV a Sb III V aa Te I Zr IV ab Hf IV ab Ta V a W Nb V a Mo VI abc V V a Cr VI ac Mn Fe III a Co Ni Cu II a Zn II a Ga III a Ge IV a As III a Se Br C Si N P O S F CI

Li Na

Be Mg

K

Ca

Sc

Rb

Sr

Y

Cs

Ba

La*

At

Fr Ce IV bc Th IV ab Cm Bk Cf abcd Pa U VI ab Np IV bc Pu IV VI ab ab Am Es Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er

Ra

Ac Tm Yb Lu

* Elementos 58-71

Elementos 90-103

Fm

Md

No

103

Clave

Elementos enmarcados son extraidos desde los medios cidos mostrados a continuacin.

Elemento Valencia Sistema

aHCI bHNO3 cH2SO4 dHBr EH3PO4

(a) Taken from Standard Methods of Chemical Analysis, Volume II A, Sixth Edition, page 192. Van Nostrand Reinhold Company, 1963.

42

MCT Redbook

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MCT RedbookIV. Extractantes Acido OrgnicosUna cuarta clase de extractantes es la denominada extractantes cido. La qumica de esta clase de extractantes tiene algunas caractersticas de similitud con los extractantes quelantes y algunas que son similares a las de los extractantes neutros o solvatantes. El Di-2etilhexil cido fosfrico (DEHPA), mostrado a continuacin, es representativo de esta clase de extractantes.O (C8H170)2POH Di-2-cido etilhexilfosfrico (D2EHPA)

1. Insuficiente selectividad para la mayora de los metales 2. El Fierro es tan fuertemente extrado que la reextraccin puede ser un problema.

Los reactivos que pertenecen a esta clase son los cidos organofosfrico, fosfnico y fosfnico, su respectivo mono y di-thio derivados, cidos organosulfnico y carboxlico. La siguiente ecuacin muestra las caractersticas duales de comportamiento:O 4(RO)2POH + Zn2+ [(RO)2PO2]2Zn[(RO)2PO2H]2 + 2H+

Note que dos de las molculas DEHPA pierden un protn ms como un extractante quelante mientras otras dos molculas DEHPA solvatan al zinc igual que los extractantes del tipo solvatante. Las caractersticas del pH de extraccin del DEHPA con respecto a varios metales se muestran en la Figura 15.59 Una de las caractersticas ms interesantes del comportamiento de extraccin de los extractantes basados en el cido fosforoso, es su fuerte afinidad por el fierro (III) sobre otros metales. Esto es desafortunado ya que limita el uso de estos reactivos, por dos razones:

A pesar de estas limitaciones, los extractantes cidos han encontrado uso comercial para la recuperacin de metales. El DEHPA se ha usado para la recuperacin de uranio,3,60 vanadio,3,60 y zinc.59,61 Mientras los tres tipos de compuestos de cidos organo fosforosos se han usado para la extraccin selectiva del cobalto sobre el nquel,62,63 los extractantes del tipo cido fosfrico tales como el LIX 272 encuentran el ms amplio uso en esta aplicacin. El extractante activo en el LIX 272 es cido (2,4,4trimetilpentil) fosfrico. Es el reactivo seleccionado para la separacin del cobalto del nquel tanto en matrices sulfato como cloruro. Dependiendo del pH otros metales pueden tambin extraerse. El orden tpico de selectividad es: Fe(III)(pH0.50= Ni >> Cu ~ Fe.65 La recuperacin de oro desde soluciones de lixiviacin cianhdrica clarificadas puede ofrecer ciertas ventajas sobre los procesos de recuperacin existentes, particularmente: 1. donde se necesita recuperacin de oro muy alta o, 2. en el caso de soluciones de lixiviacin que arrastran ya sea altos niveles de cobre o de compuestos orgnicos que ensucian el carbn. Adems, el inventario de oro llevado al proceso de de recuperacin SX-EW es menor que aquel en las tpicas columnas de carbn o en el proceso de recuperacin Merril Crowe. Esta funcionalidad tambin est disponible como resina de intercambio slida llamada Aurix 100.66 Esta resina ha mostrado excelente cintica de extraccin y alta carga de oro en laboratorio y en pruebas de planta piloto. Tambin ha mostrado ser resistente a la ruptura, en aplicaciones tpicas de resina en lixiviacin o resina en pulpa. El Aurix 100 puede mostrar significativas ventajas sobre el carbn activado para la extraccin de oro, desde pulpas ricas o desde licores de biolixiviacin que ensucian al carbn.



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DILUYENTES DE SX Y CONCLUSIONES

DILUYENTES DE EXTRACCION POR SOLVENTE/CONCLUSIONESDILUYENTES DE EXTRACCION POR SOLVENTE CONCLUSION

MCT RedbookDILUYENTES DE EXTRACCION POR SOLVENTELa discusin de este punto se ha centrado en los reactivos usados para la extraccin de metales. En la mayora de las plantas comerciales de SX el diluyente se usa como vehculo para que tanto el reactivo y los complejos metlicos estn presente en cantidades mucho mayores que el reactivo. Adems, el diluyente puede alterar tanto las propiedades qumicas como las fsicas del sistema SX. Dado esto, es apropiada una breve discusin sobre los diluyentes. En muchos casos el rol del diluyente en la qumica del sistema es menor y la eleccin del diluyente se hace por las propiedades fsicas del diluyente, tales como separacin de fases, punto de inflamacin, solubilidad del reactivo y del complejo metlico. Es una suerte que con muchos de los grandes sistemas de SX, por ejemplo en el sistema cobre oxima, lo anterior es cierto. En otros casos, en los que el diluyente tiene un rol mayor en la qumica del sistema, la eleccin del diluyente depende tanto de las propiedades qumicas como las fsicas. En cualquier caso los esfuerzos para elegir el adecuado diluyente y para monitorear la calidad de los continuos suministros, es importante. Estos esfuerzos deben incluirse como parte de un buen programa de evaluacin de laboratorio. Debe notarse en esta discusin, que la funcin del diluyente se asume estar separada de la del modificador. En sistemas reales no es una presuncin vlida, pero las interacciones diluyente-modificador son complejas y por razones de brevedad, este tpico no ser discutido.

CONCLUSIONESEl potencial de la extraccin por solvente est bien documentado por la amplia variedad de soluciones con contenidos metlicos que estn sujetas a recuperacin, purificacin y concentracin por extraccin por solvente. Sin embargo, queda mucho trabajo tanto en la sntesis de reactivos como en el desarrollo del proceso. Cognis tiene planes de continuar como un lder en este campo de la industria, por la va de sus vigorosos programas de investigacin y desarrollo. Este programa incluye estrechas relaciones de trabajo con los actuales y potenciales clientes, en un esfuerzo conjunto, para resolver problemas de comn inters en la recuperacin de metales. Los esfuerzos en el rea del servicio tcnico para los actuales y potenciales clientes han hecho una significativa contribucin para el xito global de Cognis en Extraccin por Solvente. Cognis est conciente de no tener todas las respuestas ni de estar enterado de todos los problemas. Pero, Cognis cree firmemente que cooperando con los clientes podemos llegar a estar enterado de ellos y poder ayudarlos a encontrar soluciones a muchos de estos problemas. Los ms de 50 aos de experiencia de Cognis en extraccin por solvente es una importante ventaja para poder ayudar en resolver problemas. La informacin entregada en esta literatura tcnica se cree que est acertada. Sin embargo, Cognis no asume responsabilidad ni garantiza que la informacin sea correcta y completa. La definicin final de conformidad de cualquier material y ejemplares por infraccin de patentes son de sola responsabilidad del usuario, quien conoce las condiciones a que est destinado su uso.



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CONTROL DE CALIDAD COGNIS Y OTROS PROCEDIMIENTOS UTILESI. Pruebas estndar de control de calidad para reactivos LIX oximas II. Anlisis de cobre en el orgnico de las soluciones de SX III. Anlisis de cobre en las soluciones acuosas de SX IV. Pruebas de control de calidad Cognis para reactivos LIX oximas para Nquel V. Procedimiento de pruebas de tratamiento con arcillas VI. Determinacin colorimtrica directa de Uranio en aminas

CONTROL DE CALIDAD

MCT RedbookCONTROL DE CALIDAD y otros procedimientos tilesEsta seccin contiene, seis procedimientos de Cognis usualmente utilizados, que han sido incluidos para ayudar a los clientes y potenciales clientes con su operacin de planta y con evaluaciones de laboratorio. Los procedimientos incluidos en esta seccin son:

I. Pruebas Standard de Control de Calidad Cognis para Reactivos Oxima LIXA. Introduccin B. Equipamiento y Reactivos1. Depsito de Pruebas 2. Dispositivo de Muestra

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C. Preparacin de Fase Orgnica1. Para Reactivos LIX de Formulacin Normal 2. Para Reactivos LIX Concentrados excepto LIX 860-IC 3. Para LIX 860-IC

D. Preparacin de Fase Acuosa1. Fase Acuosa Standard de Extraccin 2. Fase Acuosa Standard de Reextraccin

E. Cintica de Extraccin, Punto de Isoterma de Extraccin, Separacin de Fases de Extraccin y Selectividad Cu/Fe de Extraccin F. Cintica de Reextraccin, Punto de Isoterma de Reextraccin, Separacin de Fases de Reextraccin G. Carga Mxima de Cobre H. Clculos

II. Anlisis de Cobre en Soluciones Orgnicas de SXA. B. C. D. Introduccin Equipamiento y Calibracin de Instrumentos Reactivos Anlisis

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III. Anlisis de Cobre en Soluciones Acuosas de LixiviacinA. B. C. D.51Copyright 2008 by Cognis Group

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Introduccin Equipamiento y Calibracin de Instrumentos Reactivos Anlisis

MCT RedbookIV. Pruebas de Control de Calidad de Reactivos Oxima LIX para NquelA. Introduccin B. Equipamiento y Reactivos1. Depsito de Pruebas 2. Dispositivo de Muestra. . . . . . . . . . . . . . . . .63

C. Preparacin1. Preparacin de Orgnico 2. Fase Acuosa Standard de Extraccin 3. Fase Acuosa Standard de Reextraccin

D. Cintica de Extraccin, Punto de Isoterma de Extraccin, Separacin de Fases de Extraccin y Selectividad Ni/Zn en Extraccin E. Cintica de Reextraccin, Punto de Isoterma de Reextraccin y Separacin de Fases de Reextraccin F. Carga de NH3 G. Mxima Carga de Nquel H. Clculos

V. Procedimiento de Prueba para Tratamiento con ArcillaA. B. C. D. E. Introduccin Equipo y Soluciones Procedimiento de Tratamiento con Arcilla Procedimiento de Prueba de Extraccin y Reextraccin Clculos

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VI.Determinacin Colorimtrica Directa de Uranio en AminasA. Introduccin B. Determinacin Colorimtrica Directa de Uranio en Aminas1. Soluciones

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C. Procedimiento General1. Solucin Cromognica 2. Equipamiento: Espectrofotmetro 3. Procedimiento

D. ClculosLa anterior no es una lista completa de los procedimientos Cognis. Por favor contacte su representante Cognis si tiene alguna consulta relacionada con estos procedimientos y de otros disponibles a travs de Cognis.

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MCT RedbookI. Pruebas Standard de Control de Calidad Cognis para los Reactivos Oxima LIXA. IntroduccinLas pruebas standard de Control de Calidad Cognis para reactivos LIX, basados en oxima, estn diseadas para ser una forma simple y fcil de asegurar que estos reactivos LIX de Cognis, cumplan con sus especificaciones para todas aquellas propiedades crticas, para el comportamiento de estos reactivos como extractantes de cobre. Las especificaciones de los reactivos estn enlazadas a las condiciones de especificas de las Pruebas Standard de Control de Calidad de Cognis y por esta razn, es muy importante ceirse estrictamente a las condiciones del equipamiento de prueba, las condiciones de los reactivos y los procedimientos descritos en este boletn. largo abierto en los extremos. Una pipeta volumtrica de 10 ml con la punta cortada o una pipeta sexolgica de 10 ml son equipos satisfactorios.

C. Preparacin de la Fase Orgnica1. Para reactivos LIX de formulacin Normal Prepare 500 ml de solucin de exactamente 10 % v/v de reactivo LIX en diluyente Escaid 100 o su equivalente aprobado. Si la dilucin v/v no es conveniente, se puede calcular la dilucin p/v y hacerlo, usando la densidad del LIX que se va a probar. 2. Para Reactivos Concentrados excepto LIX 860-IC Prepare 500 ml de solucin de exactamente 7.143 % v/v de reactivo LIX en diluyente Escaid 100 o su equivalente aprobado. Si la dilucin v/v no es conveniente, se pueden calcular diluciones p/v, utilizando la densidad del reactivo LIX que se va probar. 3. Por LIX 860-IC Prepare 500 ml de solucin de exactamente 8.00 % v/v de LIX 860-IC en diluyente Escaid 100 o en su equivalente aprobado. Si la dilucin v/v no es conveniente, se puede calcular diluciones p/v utilizando la densidad del reactivo LIX que se va probar.

B. Equipo y Reactivos1. Depsito de Pruebas Vaso precipitado de vidrio de 1000 con un dimetro de 10 cms en el interior, limpio y libre de jabn o detergente. Este vaso tiene en el interior un baffle metlico inoxidable con las siguientes caractersticas 12 cm de altura, con 4 barras de 1 cm y de 9,8 cm de dimetro. Posee un impulsor de polipropileno de 1.75 pulgadas (4.45 cm) de dimetro, con 6 ranuras de 0.125 pulgadas (0.32 cm) de profundidad y 0.125 pulgadas de ancho, la parte superior est 1 cm sobre la parte superior del impulsor, y el eje de acero inoxidable 316 L es de 23 cm de longitud. La velocidad del mezclador se ajusta a 1750 25 rpm. Aunque Cognis usa agitador tipo RZRI disponible de Caframo (Wiarton, Notario, Canad NOH 2TO), Cualquier buen agitador, capaz de mantener velocidad constante de 1750 25 rpm es aceptable. El depsito de prueba y el impulsor estn disponibles para los clientes de Cognis libres de cargo por parte de Cognis Corporation. 2. Dispositivo de Muestra Cuando se muestrea la emulsin es importante que no ocurra un mezclamiento adicional. Se debe usar un tubo


MCT RedbookD. Preparacin de la Fase Acuosa1. Fase Acuosa Standard de Extraccin La fase acuosa de extraccin contiene 6 0.1 g/l Cu+2 , 3 0.1 g/l Fe+3 (ambos) como sulfatos a pH 2.0 0.1. 2. Fase Acuosa Standard de Reextraccin La fase acuosa de reextraccin contiene 35 0.7 g/l Cu (como sulfato) y 160 2 g/l H2SO4. Todas las soluciones se preparan a partir de reactivos qumicos puros disueltos en agua deionizada. Las temperaturas de todas las soluciones se equilibran a 23 1C, antes de usar. Antes y despus de cada prueba, todo el equipamiento debe lavarse y enjuagarse varias veces con agua deionizada seguida por metanol o acetona y secado completamente antes de usar. Fallas en un adecuado lavado y secado pueden resultar en resultados errneos. un pequeo vaso o embudo separador. Despus de que las fases se han separado, filtre la muestra de orgnico a travs de filtro Whatman 1PS o equivalente, rotlela como muestra E30 y djela para anlisis. Contine mezclando por un total de 300 segundos, al final de los cuales se detiene el agitador. De inmediato ponga en marcha un cronmetro y determine el tiempo requerido para la completa separacin de las fases. La separacin de Fases se considera completa cuando solo una mono capa de burbujas permanezca en la interfase. Tome muestra de la fase orgnica, filtre el orgnico a travs de filtro Whatman 1PS o equivalente, rotule como muestra E300 y djela para anlisis. Remtase a los procedimientos de anlisis de cobre en acuoso y orgnico. Para el LIX 84, LIX 84N, LIX 84-I y LIX 84-IC se toma una segunda muestra para cintica a los 60 segundos (E60), como sigue: a partir de los 59 segundos, se retiran suavemente 10-15 ml de muestra de la emulsin de los 2 cms superiores del depsito de prueba y se transfiere la muestra en un pequeo vaso o embudo separador. Despus de que las fases se han separado, filtre la muestra de orgnico a travs de Filtro Whatman 1PS o equivalente, rotule como muestra E60 y djela para anlisis. Contine mezclando por un total de 300 segundos y al final detenga la agitacin. Inmediatamente a continuacin haga partir un cronmetro y determine el tiempo requerido para completar la separacin de fases. La separacin de fases se considera completa cuando queda una mono capa de burbujas en la interfase. Tome muestra de la fase orgnica, filtre la muestra de orgnico a travs de papel filtro Whatman 1PS o equivalente, rotule como muestra E300 y djela para anlisis. Refirase a los procedimientos de anlisis de cobre en acuoso y en orgnico.

E. Cintica de Extraccin, Punto de Isoterma de Extraccin, Separacin de Fases de Extraccin y Selectividad Cu/Fe en ExtraccinContacte vigorosamente 400 ml de fase orgnica, con 400 ml de fase acuosa de reextraccin, durante dos minutos en embudo separador. Despus de que las fases se han separado, filtre la fase orgnica a travs de papel filtro Whatman 1PS o equivalente. Agregue 350 ml de orgnico filtrado en

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