Evaluación y Caracterización de Extractantes Alternativos Para Planta de Extracción Por Solventes de Mel

Evaluacin de extractantes alternativos para planta de extraccin por solventes de MEL

Ricardo Carvajal Bruna, 2013

i

UNIVERSIDAD CATLICA DEL NORTE

FACULTAD DE INGENIERA Y CIENCIAS GEOLGICAS

Departamento de Ingeniera Metalrgica y Minas

EVALUACIN Y CARACTERIZACIN DE EXTRACTANTES

ALTERNATIVOS PARA PLANTA DE EXTRACCIN POR SOLVENTES DE

MEL.

Memoria para optar al grado de Licenciado en Ciencias de la Ingeniera y al

ttulo de Ingeniero Civil Metalrgico

RICARDO ALBERTO CARVAJAL BRUNA

Profesor gua: Dr. Oscar Benavente Poblete

Antofagasta, Chile

2.013



ii

Profesor Gua

Oscar Benavente Poblete

Doctor en Qumica

MBA

Ingeniero Civil Metalrgico



iii

Dedicada a la memoria de Miriam

Con infinito amor.



iv

RESUMEN

A travs de CICITEM se recibe el requerimiento de Minera Escondida

Ltda. con el fin de mejorar el rendimiento metalrgico de la planta de extraccin

por solventes, propone evaluar extractantes orgnicos alternativos disponibles

en el mercado, para determinar oportunidades de mejoras en el desempeo

actual de la planta de extraccin por solventes.

El trabajo se realiza en dos etapas. La primera consiste en la

caracterizacin metalrgica del orgnico de planta, reactivo A, reactivo B y

mezclas del orgnico de planta con reactivos A y B. La segunda etapa

contempla la evaluacin del orgnico de planta y los reactivos alternativos en

planta piloto, como reactivos puros y mezclado con orgnico de planta al 20% y

50%.

De las caracterizaciones y evaluaciones en planta piloto, se concluye lo

siguiente:

El orgnico de planta presenta en la mayora de sus propiedades fsico-

qumicas valores inferiores al reactivo A y reactivo B, debido a su uso en planta

y a la degradacin inicial que presenta.

El reactivo A, adems de poseer caractersticas de densidad,

viscosidad y tiempos medios de separacin de fases adecuados para la

utilizacin de planta, presenta una alta eficiencia de extraccin (96% en ambas

mezclas), en comparacin a las mezclas del reactivo B.



v

Las mezclas del orgnico B, presentan una re-extraccin promedio de

14,4 puntos porcentuales ms altos que las mezclas del reactivo A.



vi

AGRADECIMIENTOS

Le agradezco a mis padres Rene y Nury, por alentarme continuamente

a ser mejor, por ser mi pilar mi pilar principal de educacin, gracias porque

siempre han estado all, para amarme y comprenderme en mis buenos y malos

momentos. A mis hermanos Marcela, Rene y Miriam (Q.E.P.D.), de quienes

espero se sientan muy orgullosos de m, as como yo de ellos, ya que este logro

no es tan slo mo, sino de cada uno de ustedes.

Agradezco a mi novia Lilian por sus consejos y darme la oportunidad de

amarla y darme fuerzas para poder lograr lo que en este da he hecho.

Agradezco a mi tutor, el Sr. Oscar Benavente, quien me ha dado

instruccin, apoyo y consejo en la realizacin de este proyecto. Al CICITEM y la

Universidad Catlica del Norte por darme la oportunidad de realizar mi trabajo

de tesis.

A Nanette, Evelyn, Larry, Camilo, Felipe y Luis Araya por sus

correcciones, enseanzas, amistad y apoyo incondicional. A mis amigos que

me han acompaado en este camino: Carla Segovia, Carlos Araya, Claudio

Bordones, Felipe Henrquez, Francisco Cortes, Francisco Ros y Luis Daz.

Tambin Le agradezco profundamente a la familia Larrondo-Vilches por todos

los servicios prestados en esta ltima etapa y a mi to Gonzalo por su constante

preocupacin e insistencia.

Finalmente le agradezco a Dios por permitirme llegar hasta este punto,

lo enaltezco por todo lo que me ha brindado en esta vida y a l le entrego todo

lo que soy y lo que ser.



vii

TABLA DE CONTENIDOS

CAPTULO I. INTRODUCCIN. ............................................................................................................ 1

1.1. JUSTIFICACIN DEL ESTUDIO. ............................................................................................... 1

1.2. OBJETIVOS. ...................................................................................................................... 2

1.2.1. Objetivo general. ....................................................................................................... 2

1.2.2. Objetivos especficos. ................................................................................................ 2

1.3. ANTECEDENTES GENERALES DE LA EMPRESA. .......................................................................... 3

1.3.1 Descripcin de la empresa. ........................................................................................ 3

CAPTULO II. MARCO TERICO ......................................................................................................... 5

2.1. FUNDAMENTOS DE PLANTA PILOTO. ............................................................................................... 5

2.1.1 Modelo de escalamiento. ........................................................................................... 6

2.1.2 Principio de similaridad. ............................................................................................. 7

2.1.3 Anlisis dimensional. .................................................................................................. 9

2.1.4 Criterios generales de diseo. .................................................................................. 11

2.2. FUNDAMENTOS DE LA HIDROMETALURGIA. .................................................................................... 11

2.3. EXTRACCIN POR SOLVENTE........................................................................................................ 13

2.3.1. Objetivos del proceso de extraccin por solventes. ................................................ 14

2.4. DESCRIPCIN DEL PROCESO DE EXTRACCIN POR SOLVENTES. ............................................................ 14

2.4.1. Fase acuosa. ............................................................................................................ 17

2.4.2. Fase orgnica. ......................................................................................................... 18

2.5. EXTRACTANTE ORGNICO. .......................................................................................................... 18

2.5.1. Caractersticas de los extractantes. ........................................................................ 19

2.5.2. Tipos de extractante. .............................................................................................. 20

2.5.3. Diluyente de la fase orgnica. ................................................................................. 23

2.5.4. Modificadores. ........................................................................................................ 25

2.6. MECANISMOS DE EXTRACCIN. ................................................................................................... 25

2.6.1. Tipo quelante. ......................................................................................................... 26

2.6.2. Tipo cido orgnico. ................................................................................................ 26

2.6.3. Tipo sustitucin del ligante. .................................................................................... 27



viii

2.6.4. Tipo extraccin neutra o solvatante. ...................................................................... 27

2.6.5. Tipo con formacin de par inico. ........................................................................... 28

2.7. CONCEPTOS IMPORTANTES EN EXTRACCIN POR SOLVENTES.............................................................. 28

2.7.1. Transferencia de cobre............................................................................................ 28

2.7.2. Selectividad del extractante. ................................................................................... 29

2.7.3. Factor de carga. ...................................................................................................... 29

2.7.4. Carga mxima. ........................................................................................................ 29

2.7.5. Razn de transferencia. .......................................................................................... 30

2.7.6. Razn de rechazo de cobre a hierro. ....................................................................... 30

2.7.7. Razn de flujos orgnico/acuoso (O/A). ................................................................. 30

2.7.8. Transferencia neta de cobre. .................................................................................. 31

2.8. CONTROLES OPERACIONALES EN EXTRACCIN POR SOLVENTES. .......................................................... 31

2.8.1 Tiempos de separacin de fases. ............................................................................. 31

2.8.2. Altura de las capas de orgnico. ............................................................................. 33

2.8.3. Altura de las bandas de dispersin. ........................................................................ 33

2.8.4. Continuidad de fases. .............................................................................................. 33

2.8.5. Arrastres de orgnico en acuoso............................................................................. 34

2.8.6. Arrastres de acuoso en orgnico............................................................................. 35

2.8.7. Velocidad de agitacin. ........................................................................................... 35

CAPTULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL ....................................................................................36

3.1. DISEO DEL EXPERIMENTO. ............................................................................................... 36

3.2. CARACTERIZACIN DE SOLUCIONES. .................................................................................... 37

3.2.1. Carga mxima. .................................................................................................... 37

3.2.2. Tensin superficial e interfacial. .......................................................................... 38

3.2.3. Viscosidad. ........................................................................................................... 41

3.2.4. Densidad. ............................................................................................................. 43

3.2.5. Punto de inflamacin (flash point). .................................................................. 44

3.2.6. Degradacin acelerada. ...................................................................................... 46

3.2.7. Tiempo separacin de fases. ............................................................................... 47

3.3. ACONDICIONAMIENTO DE SOLUCIONES................................................................................ 49

3.3.1. Orgnico A. .......................................................................................................... 49



ix

3.3.2. Orgnico B. .......................................................................................................... 50

3.3.3. PLS. ...................................................................................................................... 51

3.4. DESCRIPCIN PLANTA PILOTO. ........................................................................................... 52

3.5. CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO. .................................................................................. 57

3.6. INSTALACIN DE PLANTA PILOTO. ....................................................................................... 58

3.7. PUESTA EN MARCHA DE PILOTAJE. ...................................................................................... 59

3.7.1. Protocolos de operacin. ..................................................................................... 59

3.5.2. Puesta en marcha y obtencin de muestras. ....................................................... 61

CAPTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES .....................................................................................63

4.1. CARACTERIZACIN DE ORGNICOS. ..................................................................................... 63

4.1.1. Carga mxima. .................................................................................................... 63

4.1.2. Tensin superficial. .............................................................................................. 64

4.1.3. Tensin Interfacial. .............................................................................................. 65

4.1.4. Viscosidad. ........................................................................................................... 66

4.1.5. Densidad. ............................................................................................................. 67

4.1.6. Punto de inflamacin. .......................................................................................... 68

4.1.7. Degradacin acelerada. ...................................................................................... 69

4.1.8. Tiempo de separacin de fases............................................................................ 70

4.2. PLANTA PILOTO. ............................................................................................................. 74

4.2.1. Resultados operacionales. ................................................................................... 74

4.2.2. Resultados fsico - qumicos. ................................................................................ 77

4.3. RESULTADOS METALRGICOS. ........................................................................................... 86

4.3.1. Recuperacin. ...................................................................................................... 86

4.1.1. Re-extraccin de cobre. ....................................................................................... 87

4.1.2. Transferencia neta. .............................................................................................. 88

4.1.3. Razn de transferencia global. ............................................................................ 88

4.1.4. Selectividad de cobre. .......................................................................................... 89

CAPTULO V. CONCLUSIONES ...........................................................................................................91

CAPTULO VI. RECOMENDACIONES ..................................................................................................94

CAPTULO VII. REFERENCIAS ............................................................................................................95



x

CAPTULO VIII. ANEXOS ...................................................................................................................98

ANEXO A: PRUEBAS EN PLANTA PILOTO. ............................................................................................ 98

A.1. Prueba en planta piloto, 100% planta. ...................................................................... 98

A.2.1. Control Operacional. ............................................................................................... 98

A.2.2. Control fsico. ........................................................................................................ 101

A.2. Prueba en planta piloto, 20% A +80% Planta. ......................................................... 103

A.3.1. Control Operacional. ............................................................................................. 103

A.3.2. Control fsico. ........................................................................................................ 106

A.3. Prueba en planta piloto, 20% B +80% Planta. ......................................................... 108


A.3.2. Control fsico. ........................................................................................................ 111

A.4. Prueba en planta piloto, 50% A +50% Planta. ......................................................... 113


A.4.2. Control fsico. ........................................................................................................ 116

A.5. Prueba en planta piloto, 50% B +50% Planta. ......................................................... 118


A.5.2. Control fsico. ........................................................................................................ 121

ANEXO B: MANUAL DE SEGURIDAD DE LA PLANTA PILOTO.................................................................... 123

ANEXO C: ECUACIONES. ................................................................................................................ 125

ANEXO D: MATERIALES Y EQUIPOS. ................................................................................................. 126



xi

NDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. ESQUEMA DEL CIRCUITO LIX-SX-EW. ................................................................................................... 17

FIGURA 2. ESTRUCTURA QUMICA CETOXIMA Y ALDOXIMA (ALGUACIL,1997). ............................................................. 21

FIGURA 3: CONTINUIDAD ACUOSA Y ORGNICA. ..................................................................................................... 34

FIGURA 4. ADICIN DE PLS AL EMBUDO SEPARADOR (PASO 1). ................................................................................. 38

FIGURA 5. AJUSTE DE POSICIN DEL ANILLO (TENSIN INTERFACIAL, PASO 6). .............................................................. 41

FIGURA 6. MEDICIN DE VISCOSIDAD (PASO 4). ..................................................................................................... 42

FIGURA 7. MEDICIN DE LA DENSIDAD (PASO 5). ................................................................................................... 43

FIGURA 8. APLICACIN DE LA FUENTE DE IGNICIN (PASO 7). ................................................................................... 46

FIGURA 9. PLS Y ORGNICO EN BAO TERMOSTTICO A 5 C. .................................................................................. 48

FIGURA 10. MEDICION TSF. A LA IZQUIERDA: PASO 4; A LA DERECHA: PASO 6. ............................................................ 49

FIGURA 11. DILUCIN DE SULFATO DE COBRE PARA AJUSTAR LA CONCENTRACIN DE PLS. ............................................. 51

FIGURA 12. PLANTA PILOTO EXTRACCIN POR SOLVENTES UCN. ............................................................................... 52

FIGURA 13. BOMBAS UTILIZADAS. ....................................................................................................................... 53

FIGURA 14. AJUSTE DE ALTURA DE BANDAS MEDIANTE REGULADOR DE NIVEL. .............................................................. 54

FIGURA 15. PULMONES DE ORGNICOS EN FUNCIONAMIENTO. ................................................................................. 55

FIGURA 16. SISTEMA DE MEDICIN DE FLUJOS. ...................................................................................................... 56

FIGURA 17. PLANTA PILOTO (VISTA LATERAL SUPERIOR). .......................................................................................... 58

FIGURA 18. PLANTA PILOTO (VISTA FRONTAL). ....................................................................................................... 59

FIGURA 19. CARGA MXIMA, VALOR ESPERADO Y OBTENIDO. ................................................................................... 64

FIGURA 20. DEGRADACIN ACELERADA REACTIVOS ORGNICOS. ............................................................................... 70

FIGURA 21. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ORGNICA. ....................................................... 72

FIGURA 22. EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ACUOSA. .......................................................... 72

FIGURA 23. UBICACIN DE LOS DATA LOGGER. ...................................................................................................... 75

FIGURA 24. TEMPERATURA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS (PRUEBA ORGNICO DE PLANTA). ............................................ 76

FIGURA 25. TEMPERATURA MEDIA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS. ............................................................................... 76

FIGURA 26. ARRASTRE DE ACUOSOS EN ORGNICO CARGADO. .................................................................................. 78

FIGURA 27. ARRASTRE DE ACUOSOS EN ORGNICO DESCARGADO. ............................................................................. 78

FIGURA 28. CONCENTRACIN DE COBRE EN EL REFINO. ........................................................................................... 79

FIGURA 29.CONCENTRACIN DE COBRE EN ORGNICO CARGADO. ............................................................................. 80



xii

FIGURA 30. CONCENTRACIN DE COBRE ORGNICO DESCARGADO. ............................................................................ 81

FIGURA 31. CONCENTRACIN DE COBRE ELECTROLITO RICO. ..................................................................................... 82

FIGURA 32. CONCENTRACIN DE COBRE ELECTROLITO POBRE. .................................................................................. 82

FIGURA 33. CONCENTRACIN DE FE EN EL ORGNICO CARGADO. .............................................................................. 83

FIGURA 34. CONCENTRACIN DE FE EN ORGNICO DESCARGADO. ............................................................................. 84

FIGURA 35. CONCENTRACIN DE FE EN ELECTROLITO RICO. ...................................................................................... 85

FIGURA 36. CONCENTRACIN DE FE EN ELECTROLITO POBRE. ................................................................................... 85

FIGURA 37. RECUPERACIN DE COBRE. ................................................................................................................ 86

FIGURA 38. RE-EXTRACCIN DE COBRE................................................................................................................. 87

FIGURA 39. TRANSFERENCIA NETA DE COBRE. ........................................................................................................ 88

FIGURA 40. RAZN GLOBAL O/A. ...................................................................................................................... 89

FIGURA 41. SELECTIVIDAD DE COBRE. .................................................................................................................. 90

FIGURA 42. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGNICAS. .................................................................................... 99

FIGURA 43. BANDAS DE ORGNICO. .................................................................................................................. 100

FIGURA 44.TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER ............................................................................... 101

FIGURA 45. FLUJOS DE CORRIENTES ACUOSAS Y ORGNICAS ................................................................................... 104

FIGURA 46. ALTURA DE BANDAS DE ORGNICO. ................................................................................................... 105

FIGURA 47. TEMPERATURA MONITOREADA CON DATA LOGGER. ............................................................................. 106


FIGURA 49. ALTURA DE BANDAS DE ORGNICO. ................................................................................................... 110










xiii

NDICE DE TABLAS

TABLA 1. COMPARACIN DE LAS CETOXIMAS, ALDOXIMAS Y MEZCLAS DE AMBOS (ALGUACIL, 1997). ............................... 23

TABLA 2. DISEO DE PRUEBAS DE CARACTERIZACIN. .............................................................................................. 36

TABLA 3. DISEO DE PRUEBAS DE PILOTAJE. .......................................................................................................... 37

TABLA 4. VOLMENES DE OXIMAS Y DILUYENTES A UTILIZAR EN CARACTERIZACIN. ....................................................... 50

TABLA 5. VOLMENES DE OXIMAS Y DILUYENTES A UTILIZAR EN PLANTA PILOTO. ........................................................... 51

TABLA 6. CONDICIONES DE OPERACIN DE LAS CELDAS. ........................................................................................... 57

TABLA 7. CONDICIONES DE OPERACIN DE LAS BOMBAS. ......................................................................................... 57

TABLA 8. COMPARACIN CARGA MXIMA. ............................................................................................................ 63

TABLA 9. COMPARACIN TENSIONES SUPERFICIALES. .............................................................................................. 65

TABLA 10: COMPARACIN TENSIN INTERFACIAL. .................................................................................................. 66

TABLA 11: COMPARACIN DE VISCOSIDADES. ........................................................................................................ 66

TABLA 12: COMPARACIN DE DENSIDADES. .......................................................................................................... 67

TABLA 13: COMPARACIN DE LOS PUNTOS DE INFLAMACIN DE LOS REACTIVOS ORGNICOS. ......................................... 68

TABLA 14. PORCENTAJE DE DEGRADACIN DE LOS REACTIVOS PLANTA, A Y B. .............................................................. 69

TABLA 15.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ORGNICA. ......................................................... 71

TABLA 16.EFECTO DE LA TEMPERATURA EN EL TSF EN CONTINUIDAD ACUOSA. ............................................................. 71

TABLA 17. FLUJOS PROMEDIOS DE ALIMENTACIN, ML/MIN. ................................................................................... 74

TABLA 18. ALTURA DE BANDA DE ORGNICO, CM. .................................................................................................. 75

TABLA 19. TEMPERATURA MEDIA AMBIENTAL Y DE LAS CELDAS, C. ........................................................................... 77

TABLA 20. ARRASTRES DE ACUOSOS EN ORGNICO PROMEDIO, ML/H. ....................................................................... 77

TABLA 21. CONCENTRACIN DE COBRE PROMEDIO EN EL REFINO, G/L. ....................................................................... 79

TABLA 22. CONCENTRACIN DE COBRE PROMEDIO EN EL ORGNICO, G/L. .................................................................. 80

TABLA 23. CONCENTRACIN PROMEDIO DE COBRE ER Y EP, G/L. ............................................................................. 81

TABLA 24. CONCENTRACIN PROMEDIO DE HIERRO OC Y OD, G/L............................................................................ 83

TABLA 25. CONCENTRACIN PROMEDIO DE HIERRO ER Y EP, G/L. ............................................................................ 84

TABLA 26. RECUPERACIN DE COBRE PROMEDIO, %. .............................................................................................. 86

TABLA 27. RE-EXTRACCIN DE COBRE PROMEDIO, %. ............................................................................................. 87

TABLA 28.TRANSFERENCIA NETA PROMEDIO DE COBRE, G/L. .................................................................................... 88

TABLA 29. RAZN DE TRANSFERENCIA O/A. ......................................................................................................... 89



xiv

TABLA 30. SELECTIVIDAD DE COBRE. .................................................................................................................... 90

TABLA 31. FLUJOS PROMEDIO DE ACUOSOS Y ORGNICO EN ML/MIN. ........................................................................ 98

TABLA 32. ALTURA DE BANDA DE ORGNICO, CM ................................................................................................... 99

TABLA 33. TEMPERATURA, C .......................................................................................................................... 100

TABLA 34. RESUMEN MEDICIONES FSICAS, VISCOSIDAD. ........................................................................................ 101

TABLA 35. RESUMEN MEDICIONES FSICAS, DENSIDAD........................................................................................... 102

TABLA 36. FLUJOS PROMEDIO DE ACUOSOS Y ORGNICO EN ML/MIN ....................................................................... 103

TABLA 37. ALTURA DE BANDA DE ORGNICO, CM ................................................................................................. 104



TABLA 40. RESUMEN MEDICIONES FSICAS, DENSIDAD. .......................................................................................... 107

TABLA 41. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGNICO EN ML/MIN ...................................................................................... 108





TABLA 46. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGNICO EN ML/MIN ...................................................................................... 113





TABLA 51. FLUJOS DE ACUOSOS Y ORGNICO EN ML/MIN....................................................................................... 118





TABLA 56. POSIBLE PROBLEMA Y SU MEDIDA PALIATIVA. ........................................................................................ 123



xv

NOMENCLATURA

A/O: Razn entre la solucin acuosa y la solucin orgnica.

C.M.: Carga mxima.

CICITEM: Centro de Investigacin Cientfico Tecnolgico para la

Minera.

CONICYT: Comisin Nacional de Investigacin Cientfica y Tecnolgica

de Chile.

Crud: Borras.

E: Etapa de extraccin.

EP: Electrlito pobre.

ER: Electrlito rico.

EW: Electro obtencin.

Flash point: Punto de inflamacin.

IBC: Contenedor Internacional a granel.

LIX: Lixiviacin

MEL: Minera Escondida Ltda.

O/A: Razn entre la solucin orgnica y la solucin acuosa.

OC: Orgnico cargado.

OD: Orgnico descargado.

P.I.: Punto de inflamacin.

PLS: Solucin impregnada de cobre.

PVC: Policloruro de vinilo.

REF: Refino.

S: Etapa de re-extraccin.

SX: Extraccin por solvente.

TSF: Tiempo separacin de fases.

UA: Universidad de Antofagasta.



xvi

UCN: Universidad Catlica del Norte.

v/v: Razn volumen-volumen.



1

CAPTULO I. INTRODUCCIN.

1.1. Justificacin del estudio.

A travs de CICITEM se recibe el requerimiento de Minera Escondida

Ltda. la que consiste en evaluar extractantes alternativos para la planta de

extraccin por solventes, esto debido principalmente a una disminucin del

desempeo en la operacin de planta, manifestndose en un aumento en el

tiempo de separacin de fases y prdida de orgnico por arrastre, ya sea por

contaminacin y/o degradacin del reactivo orgnico. Es por sta razn que es

importante realizar controles de calidad estndar en forma peridica, que

comprende la medicin de los siguientes parmetros: carga mxima, tensin

superficial e interfacial, viscosidad, densidad, degradacin del extractante y

tiempo de separacin de fases.

La contaminacin y degradacin del extractante produce una deficiencia

de estas propiedades, la que trae como consecuencia la prdida de

caractersticas extractivas o de coalescencia por descomposicin en su

estructura molecular, y puede ser por oxidacin del grupo activo, por hidrlisis o

por ocupacin de los sitios activos con algn elemento envenenante que no se

extrae de forma normal.



2

1.2. Objetivos.

1.2.1. Objetivo general.

Evaluar tcnicamente extractantes alternativos para planta de

extraccin por solvente de Minera Escondida Ltda.

1.2.2. Objetivos especficos.

Estudio bibliogrfico.

Caracterizacin de los reactivos planta, orgnico A, orgnico B y

mezclas al 20 y 50% del reactivo de planta con A y B.

Evaluacin en planta piloto para cada extractante y sus

respectivas mezclas.



3

1.3. Antecedentes generales de la empresa.

1.3.1 Descripcin de la empresa.

El Centro de Investigacin Cientfico Tecnolgico para la Minera

(CICITEM), es una corporacin sin fines de lucro, fundada por la Universidad

Catlica del Norte (UCN), la Universidad de Antofagasta (UA), el Gobierno

Regional de Antofagasta y CONICYT. Sus oficinas comerciales y de recurso

humano se encuentran en Av. Jos Miguel carrera 1701 piso 4, Antofagasta.

Sus laboratorios se emplazan tanto en la Universidad Catlica del Norte como

en la Universidad de Antofagasta. Aunque el centro inici sus actividades el ao

2006, fue el 5 de mayo de 2008 cuando obtuvo la personalidad jurdica que le

permiti iniciar operaciones oficiales. En enero de 2009 se desarroll la

planificacin estratgica del centro, definiendo su visin como sigue:

Consolidarse como un centro de investigacin cientfico tecnolgico, referente

nacional en el mbito de la minera, con clara proyeccin internacional, y su

misin Apoyar la innovacin, desarrollo y sustentabilidad de la industria minera

y sectores productivos asociados, nacionales y regionales, a travs de

investigacin cientfica y tecnolgica de alto nivel.

Los objetivos generales de CICITEM son Contribuir a la materializacin

del proyecto del cluster minero regional mediante la creacin de un centro de

investigacin cientfico tecnolgico para la minera e Impulsar el desarrollo de

la regin de Antofagasta, regin minera, a travs de la generacin de

investigacin y desarrollo cientfico tecnolgico para la minera.

El CICITEM defini como lneas de investigacin la ingeniera de

procesos y la biominera, que para sus inicios, uni las capacidades disponibles



4

en las Universidades de Antofagasta y Catlica del Norte. No obstante tambin

considera el desarrollo de investigacin en temas precompetitivos de la minera

como recursos hdricos, energa y sustentabilidad.

La primera lnea de investigacin abarca las siguientes reas: equilibrio

de fases en sistemas multicomponentes, procesos de separacin slido-lquido,

reologa de pulpas, lixiviacin (cuprfera, de caliches, etc.), electroqumica,

pirometalurgia, modificacin de matas, optimizacin, diseo y mejora de

procesos, desarrollo de modelos y estudios fenomenolgicos, sistemas acuosos

bifsicos y cristalizacin. Mientras que la lnea de la biominera contempla:

biolixiviacin, optimizacin, caracterizacin gnica, interaccin microorganismo

mineral, tratamiento de aguas y efluentes, control arsnico, metales (Cu2+),

fitoremediacin, biocorrosin, biosorcin y bioenerga.



5

CAPTULO II. MARCO TERICO

2.1. Fundamentos de planta piloto.

Una planta piloto es una planta de proceso a escala reducida. El fin que

se persigue al disear, construir y operar una planta piloto es obtener

informacin sobre un determinado proceso fsico o qumico, que permita

determinar si el proceso es tcnica y econmicamente viable, as como

establecer los parmetros de operacin ptimos de dicho proceso para el

posterior diseo y construccin de la planta a escala industrial.

La investigacin para el estudio de nuevos procesos fsico-qumicos, o

para la mejora de procesos ya existente se lleva a cabo en plantas a escala

piloto, reducindose as los costos asociados a la inversin y a los gastos fijos

de operacin inherentes a una planta industrial, siempre y cuando hayan sido

diseadas y operadas correctamente.

El trmino planta piloto abarca un amplio rango de escalas, desde

plantas a escala laboratorio hasta plantas a escala semi-industrial. Los avances

tecnolgicos en distintas reas han hecho posible que hoy da se disponga de

instrumentacin y dispositivos adecuados para el diseo y construccin de

plantas a escala muy reducida, plantas a micro-escala, capaces de operar en

idnticas condiciones de presin y temperatura que las plantas industriales.

Estos avances ha conducido igualmente a que estas plantas a micro-escala

cuenten con sistemas de adquisicin de datos, supervisin y control y puedan

ser automatizadas, de manera que la produccin experimental se multiplique y



6

se reduzca, as, considerablemente el tiempo necesario para el estudio y la

optimizacin de un proceso fsico-qumico concreto. (Gonzlez, 2010).

Una planta piloto debe ser mucho ms flexible que una planta a escala

industrial en cuanto al rango permisible de sus parmetros de operacin o

variables de proceso, ya que una planta industrial opera siempre en las mismas

condiciones, mientras que una planta piloto, por el hecho de estar destinada a

la investigacin o estudio de un proceso, debe permitir trabajar en un amplio

rango de valores de temperatura, presin, entre otros parmetros, de manera

que puedan realizarse experimentos o ensayos con valores distintos de las

variables de proceso y poder determinar, as, los valores ptimos.

Aunque, en los ltimos aos se han desarrollado diversas herramientas

para simulacin de procesos por ordenador, estos sistemas no pueden sustituir

a las plantas piloto, ya que no son capaces de predecir el comportamiento de

nuevos procesos, de los que no existen datos disponibles, ni de procesos

complejos.

2.1.1 Modelo de escalamiento.

El paso fundamental en el escalamiento (Anaya-Durand y Gutirrez,

1999) consiste en pasar los datos obtenidos en la planta piloto a un modelo que

puede ser:

Fenomenolgico: Fundamentado en algunos razonamientos tericos

pero de tipo microscpico. No involucra consideraciones moleculares y



7

permite hacer prediccin en rangos o intervalos de operacin no

estudiados experimentalmente.

Emprico: El cual se postula sin bases tericas y se espera solamente

que ajuste la interaccin entre los datos en el rango o intervalo de

experimentacin.

De similaridad: Obtenido a partir de un anlisis de similaridad con

respecto a analogas fsicas de tipo trmico, mecnico, geomtrico,

qumico, etc.

El tipo de modelo de escalamiento depende tanto del proceso en

cuestin como de la geometra de los equipos involucrados.

2.1.2 Principio de similaridad.

El principio de similaridad hace referencia a la relacin que existe entre

sistemas fsicos y el tamao de los mismos, siendo bsico en el escalamiento

de procesos fsicos y qumicos.

Este principio de similaridad est relacionado con el concepto de forma

a partir del hecho de que sta es independiente del tamao y la composicin.

En trminos ms precisos, este principio establece lo siguiente:

La configuracin espacial y temporal de un sistema fsico est

determinada por las relaciones de las magnitudes dentro del propio sistema y



8

no dependen del tamao ni de la naturaleza de las unidades en las cuales se

miden esas magnitudes (Anaya-Durand et al, 2008).

Dentro de la ingeniera qumica son de inters cuatro tipos de

similaridades:

Similaridad geomtrica: La similaridad geomtrica se define con mayor

precisin en trminos de correspondencia. Considerando dos cuerpos

slidos, cada uno provisto de tres ejes imaginarios en el espacio que los

intersectan a fin de ser descritos de igual forma en todos los sus puntos

en un mismo sistema de coordenadas. Con esto se define que: Dos

cuerpos son geomtricamente similares cuando para todo punto en el

primer cuerpo existe un punto en el segundo.

Similaridad mecnica: La similaridad mecnica comprende en su rea a

las similaridades esttica, cinemtica y dinmica. Cada una de stas

puede considerarse como una extensin del concepto de similaridad

geomtrica en sistemas fijos o en movimiento sujetos a fuerzas externas

o internas.

Similaridad trmica: Esta similaridad involucra a los sistemas en los

cuales se presenta flujo de calor por lo que se introduce la dimensin

temperatura adems de la longitud, fuerza y tiempo. El calor puede fluir

por conveccin, conduccin y radiacin y la diferencia de temperaturas a

tiempos correspondientes entre un par de puntos de un sistema y entre

el par de puntos de otro se definen como temperaturas correspondientes.

Los sistemas que presentan similaridad geomtrica son trmicamente

similares cuando la diferencia de temperatura conserva una relacin



9

constante entre ellos y cuando los sistemas, si estn en movimiento, son

cinticamente similares.

Similaridad qumica: Esta similaridad est relacionada con sistemas

que presentan reacciones qumicas donde la composicin vara de un

punto a otro, ya sea en procesos intermitentes o continuos, en diferentes

instantes. No se introduce ninguna nueva dimensin, no es necesario

que las composiciones qumicas de ambos sistemas sean las mismas,

sino solamente que exista una relacin fija entre las concentraciones

puntuales de algunos componentes de las cuales se realiza la

comparacin. Cuando un sistema tiene un componente A y otro B y se

desea establecer la similaridad entre A y B, estas sustancias sern

constituyentes correspondientes.

2.1.3 Anlisis dimensional.

El anlisis dimensional es una poderosa herramienta que permite

simplificar el estudio de cualquier fenmeno en el que estn involucradas

magnitudes fsicas. Su resultado fundamental, el teorema de Vaschy-

Buckingham (ms conocido como teorema ), permite cambiar el conjunto

original de parmetros de entrada dimensionales de un problema fsico por otro

conjunto de parmetros de entrada adimensionales ms reducido.

Estos parmetros adimensionales se obtienen mediante combinaciones

adecuadas de los parmetros dimensionales y no son nicos, aunque s lo es el

nmero mnimo necesario para estudiar cada sistema. De este modo, al obtener

uno de estos conjuntos de tamao mnimo se consigue analizar con mayor



10

facilidad el sistema objeto de estudio y reducir drsticamente el nmero de

ensayos que debe realizarse para averiguar el comportamiento o respuesta de

un sistema determinado (Anaya-Durand et al, 2008).

El anlisis dimensional tambin es la base de los ensayos a escala

reducida utilizados en muchas ramas de la ingeniera, tales como la qumica,

aeronutica, la mecnica o la ingeniera civil. A partir de dichos ensayos se

obtiene informacin sobre lo que ocurre en el fenmeno a escala real cuando

existe similaridad fsica entre el fenmeno real y el ensayo.

Finalmente, el anlisis dimensional tambin es una herramienta til para

detectar errores en los clculos cientficos e ingenieriles. Con este fin se

comprueba la congruencia de las unidades empleadas en los clculos,

prestando especial atencin a las unidades de los resultados. Para reducir un

problema dimensional a otro adimensional con menos parmetros, se siguen

los siguientes pasos generales:

1. Contar el nmero de variables dimensionales n.

2. Contar el nmero de unidades bsicas m (longitud, tiempo, masa,

temperatura, etc...).

3. Determinar el nmero de grupos adimensionales. = n - m.

4. Hacer que cada nmero dependa de n - m variables fijas y que cada

uno dependa adems de una de las m variables restantes (se

recomienda que las variables fijas sean una del fluido, una geomtrica y

otra cinemtica).

5. El nmero que contenga la variable que se desea determinar se pone

como funcin de los dems nmeros adimensionales.



11

6. El modelo debe tener sus nmeros adimensionales iguales a las del

prototipo para asegurar similitud.

7. Se determina la dependencia del nmero adimensional requerido

experimentalmente.

2.1.4 Criterios generales de diseo.

El modelo a seguir utiliza el principio de similaridad qumica, adems

fsicamente la planta piloto que se quiere disear debe cumplir una serie de

condiciones generales:

Manejabilidad: La planta piloto debe limpiarse por completo antes de

iniciar cada prueba, por ende el acoplamiento de bombas, mangueras y

vlvulas debe ser sencillo.

Autonoma: Debe funcionar sin intervencin externa el mayor tiempo

posible.

Flexibilidad: Debe permitir trabajar en un amplio rango de valores

(flujos, temperaturas, fases orgnicas o acuosas, entre otros) de manera

que puedan modificarse sin tener que cambiar los equipos que

componen la planta piloto.

2.2. Fundamentos de la hidrometalurgia.

La hidrometalurgia ha experimentado en las ltimas dcadas un gran

desarrollo, y ha ampliado enormemente su rango de aplicacin. Este reciente

desarrollo de la hidrometalurgia se debe en parte a la demanda siempre



12

creciente de metales, que junto con el agotamiento de los yacimientos hace

necesario usar nuevas fuentes de metal, fundamentalmente menas pobres y

complejas, las cuales, por razones tcnicas y/o econmicas son tratadas de

forma ms conveniente por mtodos hidrometalrgicos que por mtodos

pirometalrgicos (Ruiz, 2009).

La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia extractiva que estudia

todos los procesos extractivos que ocurren en medios acuosos, que permiten la

extraccin y obtencin de metales y/o compuestos desde sus minerales o

materiales de reciclaje (chatarras, escorias, cementos metlicos, barros

andicos, etc.) (Simpson, 2003).

La hidrometalurgia se subdivide en tres ramas importantes, las cuales

son:

a.- Lixiviacin.

b.- Concentracin y purificacin.

c.- Precipitacin.

En lneas generales las principales ventajas de los procesos

hidrometalrgicos de acuerdo a Simpson (Simpson, 2003) son:

Sus procesos tienen un menor impacto ambiental en comparacin a

otros procesos extractivos.

Bajos costos de inversin para un tamao de planta dado, en

comparacin a otros procesos extractivos.

Posibilidad de expansin desde una operacin pequea a otra de

tamao mediano, conservando siempre la economa de una operacin



13

en gran escala. Esto debido al carcter modular de las plantas

hidrometalrgicas.

Algunos procesos hidrometalrgicos permiten un ahorro considerable de

combustible, como es el caso de tratar los minerales directamente en sus

yacimientos o los que evitan el proceso de molienda. Estos ahorros de

energa representan una fraccin apreciable del consumo total de un

proceso convencional.

Existe un gran control sobre las reacciones, debido a las condiciones

cinticas en que se desarrollan los procesos.

Es posible una gran automatizacin.

Las operaciones hidrometalrgicas son muy selectivas, en lixiviacin por

ejemplo, slo parte de la mena se disuelve dejando el resto sin

reaccionar, permitiendo su eliminacin en una etapa inicial del proceso.

La selectividad de la extraccin por solventes es raramente obtenida por

otros procesos no hidrometalrgicos.

Gran flexibilidad para combinar operaciones unitarias con el objeto de

lograr un proceso ptimo.

2.3. Extraccin por solvente.

La extraccin por solventes (SX) es el nombre que se le asigna a un

proceso fsico-qumico o qumico de separacin que, en general, trae como

consecuencia una purificacin y concentracin- en el cual las especies solubles

que estn en una cierta fase lquida se distribuyen preferencial y selectivamente

en una segunda fase, tambin lquida, siendo ambas fases completamente

inmiscibles entre s (Domic, 2001).



14

2.3.1. Objetivos del proceso de extraccin por solventes.

El proceso de extraccin por solventes se incorpora como parte de un

sistema integral de recuperacin hidrometalrgica, generalmente, para cumplir

por los menos con alguno de estos tres objetivos principales (Domic, 2001):

La separacin y purificacin de uno o ms metales de inters

de las impurezas que les acompaan, sea extractando el o los

metales deseados desde las soluciones que quedan con las

impurezas, o bien extractando las impurezas dejando en las

soluciones el o los metales deseados.

La concentracin de los metales disueltos con el objetivo de

disminuir los volmenes a procesar y as reducir los costos para

el proceso siguiente.

La transferencia de los metales disueltos, desde una solucin

acuosa compleja a otra solucin acuosa diferente, para que

simplifique el proceso siguiente.

2.4. Descripcin del proceso de extraccin por solventes.

El fundamento bsico del proceso de extraccin por solvente (SX) es la

reaccin qumica de intercambio inico, entre el in del elemento metlico y un

in H+ del compuesto orgnico (resina extractante), que da origen as a un

complejo rgano-metlico o quelato, que es soluble en la fase orgnica y que se

separa entonces por esta va de los otros elementos o impurezas, que

permanecen solubles en la fase acuosa residual, o refino como se le denomina

(Cognis, 2003).



15

La reaccin que gobierna la formacin de este complejo insoluble no es

difcil de entender y responde bsicamente a la ecuacin general:

+ + +

+ (1)

Donde:

2+: Representa la concentracin del in cobre disuelto en la fase

acuosa (fase lquida cuya base es el agua).

2: Representa la concentracin de cobre disuelto en la fase

orgnica (solvente + extractante) y que ha sido atrapado por el extractante.

: Representa la concentracin del extractante en la fase orgnica.

+ : Concentracin de cido (libre) en la fase acuosa.

En la reaccin se simboliza R-H para indicar que slo es el protn H+ el

que se intercambia con el Cu2+.

En el proceso de extraccin, el equilibrio se desplaza hacia la derecha,

mientras que en la etapa de re-extraccin el cobre pasa a una fase acuosa (que

formar el electrlito de avance) por desplazamiento del equilibrio a la izquierda

(Alguacil, 1997).

En la etapa de extraccin, la solucin impura que proviene de la

lixiviacin con baja acidez (pH entre 1,4 y 2,5) conteniendo al cobre,

denominada PLS (solucin rica en cobre), se contacta con la fase orgnica de

muy bajo contenido en cobre (orgnico descargado), debido a la acidez del PLS

la reaccin (1) se desplaza hacia la derecha, obtenindose despus de que



16

ambas soluciones han pasado por todas las etapas de extraccin, una fase

orgnica rica en cobre (orgnico cargado) y una fase acuosa (refino) que

presenta una baja concentracin de cobre. La solucin refino obtenida retiene la

mayor parte de las impurezas (Fe, Al, Mn, Mg, Zn, Ni, Cl -, entre otros.) sale con

una alta acidez, por lo cual, es recirculada a la lixiviacin (Gutirrez, 2001).

En la etapa de re-extraccin se descarga el cobre presente en la fase

orgnica. Este traspaso se logra cuando se contacta la fase orgnica cargada

con una solucin acuosa de alta acidez (180 a 200 g/L). La solucin de alta

acidez proviene de la electro-obtencin, y se le conoce por el nombre de

electrlito pobre (Gutirrez, 2001).

De la etapa de re-extraccin se obtienen dos soluciones: una orgnica

pobre en cobre que vuelve a la etapa de extraccin y una solucin acuosa rica

en cobre, denominada electrlito rico, que es enviada al proceso de electro-

obtencin (Gutirrez, 2001).

El esquema presente en la Figura 1 describe las partes esenciales del

proceso de extraccin por solventes y nomenclatura ms corriente asociada a

los flujos que participan del circuito LIX-SX-EW.



17

Figura 1. Esquema del circuito LIX-SX-EW.

2.4.1. Fase acuosa.

La caracterizacin de la fase acuosa es de primordial importancia en el

proceso de extraccin por solventes de metales. As, el tipo y concentracin del

metal de inters y de otros metales disueltos (o impurezas), el tipo y

concentracin de aniones presentes, el pH de la solucin, su potencial de

oxidacin y la temperatura de la solucin son todos factores que van a

determinar el tipo de extractante a usar y las condiciones en que debe

realizarse el proceso de extraccin. Algunos metales pueden existir en solucin

parcialmente como especies catinicas y aninicas o neutras y las cantidades

relativas de cada especie presente estn determinadas por las constantes de

estabilidad de reacciones de complejacin o formacin de pares inicos, por el

pH y por la concentracin del ligando (Ruiz, 2009).



18

2.4.2. Fase orgnica.

En general, la fase orgnica est constituida por un reactivo que es el

responsable qumico de las reacciones de extraccin y descarga- y de un

diluyente, que acta esencialmente como medio fsico disolvente y portador. En

forma complementaria el diluyente tambin puede participar en las reacciones

de extraccin y descarga, modificando el comportamiento qumico del reactivo.

Ocasionalmente, tambin se puede encontrar la participacin de otras

sustancias que actan como modificadores, sea de tipo fsico actuando sobre

las caractersticas propias del diluyente- como tambin del tipo qumico, al

interactuar directamente sobre el reactivo (Domic, 2001).

En el caso de la extraccin de cobre se emplean como tales, reactivos

orgnicos formadores de quelato, derivados de las oximas. Estos compuestos

tienen fuerte poder selectivo de unin a iones Cu2+, que por ello puede ser

extrado de la solucin. La formacin de complejos orgnicos, va aparejada en

la extraccin de cobre a la reaccin de intercambio de iones entre los iones

Cu2+ y los tomos de hidrgenos de un compuesto orgnico. Los extractantes

se denominan HR sin reaccionar, al extraer cobre se forma el complejo orgnico

CuR2, disuelto en la fase orgnica. Al formar el complejo metlico orgnico

(CuR2) se libera H+ en el acuoso que constituir el refino que vuelve a

lixiviacin; el H+ (se puede hablar de recuperacin de cido sulfrico) es el

agente lixiviante de los minerales oxidados de cobre (Simpson, 2006).

2.5. Extractante orgnico.



19

En la actualidad se conocen y existen extractantes orgnicos

prcticamente para todos los metales, en una u otra forma. Sin embargo, para

que el extractante sea viable tcnicamente, se deben considerar los siguientes

aspectos: volumen utilizado, el tratamiento continuo y el inters econmico.

2.5.1. Caractersticas de los extractantes.

Para que un reactivo pueda ser econmicamente aceptable debe contar

con una buena combinacin de la mayor parte de las siguientes caractersticas

ideales para un reactivo extractante orgnico (Domic, 2001):

Extraer el o los metales deseados con la mxima selectividad

posible desde la solucin que los contiene.

Ser descargable hacia una solucin desde donde pueda ocurrir,

en forma sencilla, la recuperacin del metal.

Ser de fcil regeneracin en sus caractersticas fsico-qumicas,

permitiendo una expedita recirculacin a la etapa de extraccin.

Ser lo ms inmiscible posible en las soluciones acuosas que

contiene el (o los) metal (es) de inters y que la separacin se

logre eficientemente en tiempos razonablemente breve.

Ser estable a las condiciones del circuito de manera que pueda

ser reciclado muchas veces. Para ello debe ser qumicamente

estable frente al ataque de ambientes cidos o alcalinos.

Ser soluble en diluyentes orgnicos econmicos, o ser capaz de

funcionar l mismo, adems, como diluyente.

Cumplir con una capacidad de carga aceptable para lograr una

transferencia neta eficaz del metal extrado.



20

No debe promover emulsiones estables.

No debe transferir especies nocivas desde la descarga a la

extraccin y viceversa.

Debe tener un costo econmicamente aceptable.

Normalmente el comportamiento de los reactivos en relacin a los

requerimientos impuestos por el listado anterior no es nunca de cumplimiento

completo. Ni tampoco absoluto. Ms bien, los reactivos comercialmente

exitosos cuentan con un adecuado equilibrio de la mayor parte de las

propiedades enumeradas.

2.5.2. Tipos de extractante.

Existen distintas clases de extractantes como son los esteres, cidos

carboxlicos y las oximas, siendo este ltimo grupo el que se detalla a

continuacin.

Las hidroxi-oximas de segunda generacin se desarrollaron con un

anillo aromtico. La Figura 2 muestra la estructura qumica general de las

oximas empleadas para la recuperacin de cobre.



21

Figura 2. Estructura qumica cetoxima y aldoxima (Alguacil,1997).

2.5.2.1. Cetoximas.

Las cetoximas fueron las primeras hidroxi-oximas usadas como

extractantes comerciales y se mantuvieron en forma exclusiva por cerca de 12

aos. Los reactivos de esta clase presentan propiedades excepcionales de

extraccin y descarga y se comportan muy bien con soluciones de lixiviacin a

temperaturas intermedias y con un rango de pH entre 1,7 y 1,8. Sin embargo,

carecen del suficiente poder de extraccin de cobre como para obtener buenas

recuperaciones desde soluciones de lixiviacin ms fras, con altos contenidos

de cobre y/o con un pH inicial relativamente bajo (Domic, 2001).

2.5.2.2. Aldoximas.



22

Las aldoximas (o salicil-aldoximas) fueron desarrolladas para superar

los problemas de fuerza de extraccin de las cetoximas. Su caracterstica ms

destacada es poseer un alto poder de extraccin, sin embargo, ste es tambin

su lado dbil. Cuando se usa slo, este tipo de reactivo tiene un poder tan

altamente extractivo que el cobre no se descarga satisfactoriamente con un

electrlito de caractersticas normales. Como resultado, la transferencia neta de

cobre de un reactivo extractante del tipo aldoxima es baja. Por esta razn, se

usan en combinacin, ya sea con un modificador de equilibrio o con una

Cetoxima (Domic, 2001).

2.5.2.3. Mezcla cetoxima-aldoxima.

La mezcla cetoxima-aldoxima (sin modificador), tambin ha sido

ampliamente usada en la extraccin por solventes para cobre. Estas mezclas

combinan el fuerte poder extractivo y las rpidas cinticas de las aldoximas con

las buenas caractersticas fsicas de operacin y estabilidad de las cetoximas.

Estos reactivos se pueden mezclar en un rango amplio para equiparar el poder

extractivo de la mezcla con las necesidades especficas de una planta

determinada, aplicndolo a la medida de una solucin de lixiviacin en

particular.

2.5.2.4. Comparacin aldoximas-cetoximas-mezclas.

Una comparacin general de las propiedades de los reactivos orgnicos

para cobre se muestra en la Tabla 1. Esta tabla se realiza compilando una lista

de propiedades especficas (Alguacil, 1997).



23

Tabla 1. Comparacin de las cetoximas, aldoximas y mezclas de ambos (Alguacil, 1997).

Propiedad Cetoxima Aldoxima Mezcla

Extraccin Moderada Muy buena A la medida(*)

Re-extraccin Muy buena Buena A la medida(*)

Selectividad Cu-Fe Excelente Excelente Excelente

Cintica Muy buena Excelente Muy buena

Separacin de fases Rpida Rpida Rpida

Estabilidad Muy buena Muy buena (**) Muy buena

Formacin lodos (***) Lenta Variable Lenta

(*) Vara segn la mezcla utilizada.

(**) Segn el modificador empleado.

(***) Dependiente de la disolucin de lixiviacin a tratar y del modificador empleado en la fase orgnica.

Las generalizaciones pueden tener excepciones. Por ejemplo, la

selectividad Cu/Fe para las aldoximas modificadas se considera como

excelente, lo cual, en la mayora de los casos, es vlido. Sin embargo, cuando

se usa el modificador nonilfenol, la selectividad Cu/Fe disminuye en un factor de

dos a tres veces (Domic, 2001).

2.5.3. Diluyente de la fase orgnica.

Estos agentes de extraccin, como se suministran, vienen diluidos en

un diluyente aliftico (como el conocido comercialmente Shellsol 2046), pero en

la mayora de los casos se hace necesario adecuar la concentracin del agente

de extraccin a las condiciones de operacin de cada caso particular. En la

operacin de extraccin con disolventes aplicada al cobre, se emplea un

diluyente aliftico como diluyente de la fase orgnica, y como en el caso de los

agentes de extraccin existen en el mercado amplias posibilidades de eleccin.



24

Esta debe estar regida por los mismos conceptos y necesidades que se han

considerado en el caso del agente de extraccin (Alguacil, 1997).

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 diluyentes - modificadores son

complejas (MCT Redbook, 2008).

Un diluyente debiera cumplir con la mayora de las siguientes

caractersticas:

Solubilizar al extractante y al complejo rgano-metlico formado por la

reaccin del metal con el extractante.

Ser insoluble en la fase acuosa.

Tener una baja viscosidad y una densidad adecuada para favorecer la

separacin de fases y reducir los arrastres de una fase en la otra.

Libre de componentes extraos, con el objeto de minimizar la formacin

de borras (crud).

Ser qumicamente estable bajo todas las condiciones del circuito.



25

Tener un alto punto de inflamacin (flash point) de 25 C o ms, por

encima de la temperatura ms alta prevista para la operacin del circuito

SX.

Tener bajas prdidas por evaporacin.

No interferir perjudicialmente en la qumica de las reacciones de

extraccin y descarga del metal.

Estar disponible con facilidad, en grandes cantidades y a bajo costo.

2.5.4. Modificadores.

Un modificador es cualquier producto orgnico que al ser aadido

disuelto en la fase orgnica altera el comportamiento de un determinado

reactivo de extraccin por solventes. Entre estas alteraciones, el modificador

puede desplazar los equilibrios de extraccin y re-extraccin, facilitar la

coalescencia, controlar la generacin de borra, mejorar la solubilidad del

extractante cargado en la fase orgnica, etc. En general, los modificadores

utilizados son alcoholes aromticos o alifticos y/o steres, los que agregados

en ciertas cantidades, buscan mejorar la re-extraccin del in metlico, sin

alterar la fuerza extractiva (CODELCO, 2004).

2.6. Mecanismos de extraccin.



26

En general, se puede decir que existen cinco clases o tipos de reactivos

orgnicos, que sirven como extractantes para metales o complejos metlicos,

caracterizados por la estructura, el mecanismo de extraccin y por la especie

metlica extrada. Estos son los reactivos del tipo: quelante, cido orgnico,

sustitucin del ligante, extraccin neutra o solvatante y con formacin de par

inico (Domic, 2001).

2.6.1. Tipo quelante.

Quelante se refiere a atenazar, que es una descripcin grfica de la

forma con que el reactivo extractante se aferra al in metlico. El extractante

enlaza qumicamente el in metlico en, al menos, dos sitios, de manera similar

como se toma un objeto entre el dedo pulgar y el dedo ndice.

La transferencia de un in metlico toma lugar gracias a la formacin de

un compuesto quelato-metlico elctricamente neutro, dnde el agente quelante

satisface tanto la valencia como el nmero de coordinacin que requiere dicho

in metlico. Aparte de enlazarse con el in metal, el extractante libera un in

hidrgeno en la solucin acuosa desde la cual extrajo el metal. Este mecanismo

involucra las oximas (Itabashi, 2003).

2.6.2. Tipo cido orgnico.

La qumica de los extractantes del tipo cido orgnico tiene algunas

caractersticas que los asemejan a los quelantes y otras a los extractantes por

solvatacin.



27

Las caractersticas generales de este tipo de extractante son las

siguientes (Domic, 2001):

Menor selectividad que los extractantes quelantes.

Pueden promover emulsiones estables con soluciones alcalinas.

Operan sobre la base de un in hidrgeno cclico, similar a los

reactivos quelantes.

Cinticas de extraccin normalmente muy rpidas.

En general como clase, no son muy difciles de producir y, por lo

tanto, estn disponibles en cantidades comerciales a un costo

razonable.

2.6.3. Tipo sustitucin del ligante.

Estos extractantes tienen uno o ms pares de electrones que pueden

formar un enlace simple con el in metlico, desplazando a otras especies

(ligante) que pueden estar enlazadas formando un complejo con el metal. Es

opinin de muchos autores que este tipo de reactivos no ha sido

completamente estudiado en sus numerosas posibilidades de aplicacin y, por

ello, no se les ha utilizado comercialmente en toda su potencialidad (Domic,

2001).

2.6.4. Tipo extraccin neutra o solvatante.

Este tipo de reactivo orgnico se coordina con ciertos complejos

metlicos reemplazando sus aguas de hidratacin. El complejo rgano-metlico

resultante se vuelve insoluble en agua, y de esta manera puede pasar



28

fcilmente a la fase orgnica. En general, la extraccin con reactivos del tipo

solvatante se encuentra limitada por la habilidad de las especies metlicas para

formar complejos neutros con aniones, la co-extraccin de cido a altas

concentraciones de cido y la solubilidad del complejo rgano-metlico en el

portador orgnico (Domic, 2001).

Se usa principalmente en el procesamiento de materiales nucleares, el

tri-butil-fosfato (TBP), es uno de ellos (Gupta, 2003).

2.6.5. Tipo con formacin de par inico.

Esta ltima clase de extractante est basado en el principio de

asociacin inica, en la cual una gran molcula orgnica, de carga positiva,

provoca la extraccin de un complejo metlico aninico hacia la fase orgnica,

con la correspondiente expulsin de un anin inorgnico pequeo hacia la fase

acuosa (Domic, 2001).

La aceptacin ms destacada para los reactivos de este tipo, ha sido

lograda en los procesos de recuperacin del uranio (Domic, 2001).

2.7. Conceptos importantes en extraccin por solventes.

2.7.1. Transferencia de cobre.

Masa de cobre transferida en extraccin por solventes disponible para

la produccin en el proceso siguiente de electro-depositacin.



29

2.7.2. Selectividad del extractante.

Propiedad que mide la extraccin de determinadas especies en relacin

con la extraccin de otras. Esta es una importante caracterstica del extractante,

debido a que una baja selectividad produce una menor purificacin y adems

sitios activos del extractante estarn ocupados por otros elementos no

deseados, luego la capacidad de carga disminuir. Se observa que slo la

presencia de iones frricos podra ocasionar algunos problemas en la pureza

qumica de la solucin a obtener. An en este caso, la razn de extraccin

Cu2+/Fe3+ estando ambos iones presentes en la solucin en la misma

concentracin ha demostrado ser de 60/1, o mayor (Simpson, 2006).

2.7.3. Factor de carga.

Est definido como la concentracin de cobre en g/L por porcentaje v/v

de extractante. El coeficiente de carga es propio de cada extractante.

2.7.4. Carga mxima.

Es el mximo valor de concentracin de cobre determinado para una

muestra de orgnico de operacin y de acuerdo a una metodologa estndar

que consiste bsicamente en cargar el orgnico en cuestin con una solucin a

cierta concentracin de cobre y a un cierto pH. Mediante este procedimiento es

posible calcular la cantidad total y real de reactivo extractante en el orgnico de

operacin (Ardiles, 2010).



30

2.7.5. Razn de transferencia.

Muestra la relacin de transferencia de cobre versus hierro hacia el

electrlito rico, esto es la razn de aporte de cobre versus hierro hacia EO. Da

cuenta de cual es cantidad de cobre transferida en la etapa de extraccin con

respecto a la cantidad de hierro adsorbida en el mismo proceso. Lo ideal es que

este valor sea muy alto (Ardiles, 2010).

2.7.6. Razn de rechazo de cobre a hierro.

Se define como la concentracin de cobre de orgnico cargado dividido

por la concentracin de hierro de orgnico cargado. Mientras ms alta la razn

de rechazo, ms cobre en el orgnico por unidad de hierro. La carga porcentual

de cobre, la formulacin del reactivo, el pH de PLS y la concentracin de hierro

tienen un efecto en la cantidad esperada de transferencia de hierro.

2.7.7. Razn de flujos orgnico/acuoso (O/A).

Para efectos del clculo de las razones externas de orgnico y acuoso

a la planta, se calculan de acuerdo a la razn de flujos de orgnico y PLS en

extraccin y orgnico y electrlito pobre en re-extraccin. Para minimizar las

prdidas de una fase en la otra despus de la separacin de fases, es

recomendable operar los mezcladores usando la razn (O/A) de operacin

cercana a 1. Dado que la razn (O/A) global puede ser mayor que 1, a menudo

es necesario recircular en los mezcladores-decantadores parte de la solucin

acuosa para alcanzar la razn de fase 1,0 en los mezcladores (Ruiz, 2009).



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2.7.8. Transferencia neta de cobre.

Indica la cantidad de cobre extrada en relacin a la cantidad de

extractante presente en el orgnico. En alguna forma es una eficiencia de la

cantidad de cobre que se carga con respecto a la concentracin de extractante

en el orgnico (Ardiles, 2010).

2.8. Controles operacionales en extraccin por solventes.

Para garantizar una operacin estable y eficiente de la Planta SX, hay

que mantener en terreno una permanente cobertura de controles, que permitan

tomar a tiempo las acciones correctivas para volver a la normalidad ante

cualquier desajuste, desestabilizacin o viraje de continuidades, por mencionar

algunos (Cognis, 2003).

A continuacin se indica un listado de controles necesarios durante el

desarrollo del proceso, con su incidencia en los resultados operacionales.

2.8.1 Tiempos de separacin de fases.

El control de los tiempos de separacin de fases de la dispersin de los

mezcladores, es un indicador de la velocidad con que van a coalescer las fases

en el decantador y de cmo van a ser los arrastres de una fase en la otra a la

salida de las soluciones del decantador. (Simpson, 2006).



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Existen diversos factores que afectan la coalescencia y por

consiguiente la velocidad de separacin de fases, entre los ms importantes

podemos mencionar:

a) Tamaos de gota, de acuerdo a observaciones de tipo general un

tamao de gota mayor incrementar la estabilidad de la dispersin.

b) Viscosidad y densidad: Generalmente es aceptado que la estabilidad

de las gotas aumenta, con el incremento de la viscosidad del medio que las

rodea. Esto resulta de la resistencia del film de la fase continua a ser removido

para alcanzar el espesor crtico que produce la ruptura.

Aumentando la diferencia de densidades entre los dos lquidos

inmiscibles, resulta un aumento en la velocidad de coalescencia. Sin embargo,

es necesario recordar que cuando un extractante es cargado con un metal,

viscosidad y densidad de la fase orgnica son aumentadas, resultando un

descenso en la velocidad de coalescencia.

c) Temperatura: La temperatura tiene un efecto altamente significativo

en la caracterstica de separacin de fases, y en menor medida sobre la cintica

de las reacciones. Hay que considerar que un incremento en la temperatura de

las soluciones no solo encarece el proceso, por el hecho de que se favorece la

evaporacin del diluyente, con lo que se concentra la fase orgnica haciendo

variar las condiciones de operacin.

d) Efecto de slidos: la presencia de partculas slidas dispersas en las

soluciones de extraccin por solventes, especialmente cuando estn al estado

coloidal, generan la formacin de borras en los decantadores y tambin afectan



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los arrastres, lo que en ambos casos se traduce en prdidas de solvente

orgnico.

2.8.2. Altura de las capas de orgnico.

El control de las alturas de las capas de orgnico en los decantadores

es importante por la incidencia en la velocidad de desplazamiento del orgnico

en el decantador, por lo tanto es determinante en el control de arrastres o

prdidas de orgnico (Cognis, 2003).

2.8.3. Altura de las bandas de dispersin.

El control de las bandas de dispersin permite saber cmo est

ocurriendo la separacin de las fases en el decantador, ya que sta desaparece

a medida que las fases coalescen (Cognis, 2003).

2.8.4. Continuidad de fases.

Al realizarse la mezcla de dos fases inmiscibles, una de ellas se

encontrar dispersa en la otra, cuando la fase acuosa es la dispersa, se habla

de continuidad orgnica y a la inversa es acuosa cuando la fase orgnica est

dispersa en el acuoso. La continuidad tiene mucha importancia en los arrastres

fsicos de una fase en la otra, despus de la separacin (Cognis, 2003).



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Figura 3: Continuidad acuosa y orgnica.

2.8.5. Arrastres de orgnico en acuoso.

La contaminacin de orgnico en acuoso O/A, es el volumen de

orgnico (ppm) que es arrastrado por la fase acuosa.

El control de los atrapamientos de orgnico permite cuantificar las

prdidas de orgnico que por este concepto se producen en las soluciones de

refino y electrlito rico. El conocimiento de la cantidad de los arrastres hace

posible tomar acciones para minimizarlos y de esta forma evitar contaminar las

pilas de lixiviacin, contaminar las celdas y ctodos obtenidos y reducir los

consumos de reactivo (Cognis, 2003).



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2.8.6. Arrastres de acuoso en orgnico.

La contaminacin de acuoso en orgnico A/O, es el volumen de acuoso

(ppm) que es arrastrado por la fase orgnica. El orgnico cargado, de contener

altos arrastres de acuoso podra causar un aumento paulatino de los niveles de

impurezas en el electrlito, solucin que debe ser lo ms pura posible. Por otro

lado, los arrastres de electrlito de alta acidez en el orgnico descargado que

pasa de re-extraccin a extraccin, podran producir un aumento de la acidez

en la ltima etapa de extraccin, disminuyendo la eficiencia (Cruz, 2007).

2.8.7. Velocidad de agitacin.

El mecanismo de agitacin cumple con dos funciones: Realizar una

agitacin efectiva, es decir, producir una dispersin apropiada de las 2 fases

para que se produzca la reaccin qumica y succionar la fase acuosa y orgnica

de las etapas adyacentes para evitar la necesidad de instalar bombas de

transferencia inter-etapas. Una buena agitacin producir gotas de la fase

dispersa pequea que favorece la velocidad de extraccin (re-extraccin). Una

mala agitacin producir gotas de la fase dispersa muy grandes, provocando

velocidades lentas del pro

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Evaluación y Caracterización de Extractantes Alternativos Para Planta de Extracción Por Solventes de Mel