Equipos empleados en el proceso de lixiviación

Introducción

La lixiviación es la disolución preferente de uno o más componentes de una mezcla sólida por contacto con un disolvente líquido. Esta operación unitaria es una de las más antiguas en la industria química.

Posiblemente se pueda decir que las industrias metalúrgicas son las que más utilizan las operaciones de lixiviación, con la finalidad de obtener el material valioso de la forma natural en que se encuentran, es decir, mezclas. Muchos otros materiales son obtenidos por esta técnica, como azúcar, aceites vegetales, taninos, esencias naturales, té, café, etc.

Las operaciones de lixiviación se realizan en estado no estacionario y en estado estacionario, es decir, en sistemas por lotes o semilotes (no estacionario) y en sistemas continuos (estacionario). Cada una de estas formas de operar utiliza equipos industriales en los cuales se realiza la operación.

Cuando se desea elegir un equipo para el proceso de lixiviación, deben considerarse:

La forma física de los sólidos Las partículas solidas gruesas generalmente se tratan en lechos fijos mediante

métodos de percolación. Los sólidos finamente divididos, que pueden mantenerse más fácilmente en

suspensión, pueden dispersarse en todo el líquido con la ayuda de algún tipo de agitador.

Las dificultades y costo de manejo

Equipos para el proceso de lixiviación

OPERACIÓN EN ESTADO NO ESTACIONARIO

Las operaciones en estado no estacionario incluyen aquellas en que los sólidos y los líquidos se ponen en contacto únicamente en forma de lotes, y también aquellas donde un lote del sólido se pone en contacto con una corriente continua de líquido.

Tanques de percolación

Estos pueden ser abiertos o cerrados. En estos se lixivian sólidos de tamaño intermedio.

Los tanques de percolación son recipientes circulares o rectangulares de fondo falso. Los sólidos que van a lixiviarse se dejan caer al tanque hasta una profundidad uniforme; posteriormente se

rocían con un disolvente hasta que su contenido de soluto se reduce hasta un mínimo, y a continuación se excavan.

Dependiendo de la volatilidad del disolvente, la toxicidad del mismo y la necesidad de administrar presión al proceso para contener disolventes volátiles o con la finalidad de incrementar el índice de percolación pueden utilizarse tanques abiertos o cerrados.

La construcción y diseños de estos tanques varían considerablemente, según el soluto y disolvente a emplear, la aplicación que tendrá el equipo y el tamaño de la operación. Son relativamente baratos. Generalmente, los tanques pequeños se construyen de madera, cuando este material no reacciona químicamente ni con el disolvente ni con el soluto. También pueden construirse de metal como acero inoxidable. Los tanques muy grandes, para lixiviación de minerales de cobre, se han fabricado de concreto reforzado revestidos con cemento de plomo o bituminoso.

En estos tanques los sólidos que se van a lixiviar se dejan caer al tanque hasta una profundidad uniforme, sobre un fondo falso. Posteriormente se rocían con un disolvente hasta que su contenido de soluto se reduce al mínimo, y a continuación se excavan para recuperarlos. Los tanques deben ser llenados con sólidos cuyo tamaño de partícula sea lo más uniforme posible, de esta manera el porcentaje de huecos será mayor y la caída de presión requerida para el flujo del líquido de lixiviación será menor. Igualmente, este hecho induce la uniformidad del grado de lixiviación de cada partícula sólida y una dificultad menor ocasionada por el acanalamiento del líquido que podría pasar a través de un número limitado de pasajes a través del lecho de sólidos.

La operación de estos tanques se resume de la siguiente manera: Después de llenar el tanque con sólido, un lote de disolvente que permita sumergir al sólido se puede bombear en el tanque, dejando que toda la masa se empape o remoje durante cierto periodo de tiempo. A lo largo de este periodo, el lote del líquido puede circularse o no sobre el sólido mediante bombeo. El líquido puede drenarse del solido a través del fondo falso del tanque. Esto representa una etapa, la

subsecuente repetición de la operación permite la obtención de la disolución final de todo el soluto. Las partículas sólidas por lixiviar descansan sobre un fondo falso que puede consistir en una rejilla de tiras de madera colocadas en forma paralela unas con respecto a otras y los suficientemente cercanas para sostener al sólido.

Formas alternativas de operar serían las siguientes:

Admitir líquido continuamente al tanque y continuamente separar la solución resultante. Con recirculación de una parte del flujo total, equivalente a muchas etapas. Aspersión continua del líquido sobre la parte superior, dejando que el líquido gotee a

través del sólido, el cual nunca se sumerge por completo.

Lixiviación en filtro prensa

Aquellos sólidos demasiado finos para una percolación en tanques de percolación, pueden filtrarse y lixiviarse en el filtro prensa por bombeo del disolvente a través de la torta de la prensa.

El filtro prensa es un sistema de filtración por presión; consiste en una serie de placas y marcos alternados con una tela filtrante a cada lado de las placas. Las placas tienen incisiones con forma de canales para drenar el filtrado en cada placa. Los sólidos se bombean entre cada par de bastidores o placas, y una vez llenos se van oprimiendo mediante un tornillo, unos contra otros, obligando al sólido a expulsar el agua contenida a través de una tela.

La lixiviación en filtro prensa es común en el lavado de aguas madre de precipitados que se han filtrado.

Tanques con agitación

Se emplean para sólidos gruesos. Dichos tanques pueden construirse de madera, metal o concreto, y ser recubiertos de un metal inerte como plomo, según la naturaleza del disolvente.

Los tanques con agitación pueden ser de forma vertical o forma horizontal. Los tanques verticales cerrados poseen remos o agitadores sobre ejes verticales, y en tanques horizontales, poseen un agitador en eje horizontal. También existen algunos tanques donde un tambor horizontal es el tanque de extracción y el sólido y el líquido se golpean dentro mediante la rotación del tambor sobre rodillos.

Los sólidos finamente divididos se pueden suspender en los disolventes de lixiviación por agitación.

Tanque Pachuca

Minerales como oro, uranio y otros metales se lixivian con frecuencia en este tipo de tanques. La agitación se lleva a cabo pasando aire a través de la suspensión; las burbujas de aire ascienden a través del tubo central y causan un flujo ascendente de líquido y del sólido suspendido en el tubo. En consecuencia, se provoca una circulación vertical del contenido del tanque.

Después de terminar la lixiviación, la agitación se detiene, el sólido se deja sedimentar en el mismo tanque o en uno separado y el líquido sobrenadante puede decantarse mediante sifoneo sobre la parte superior del tanque, o separándolo a través de tuberías de descarga colocadas a un nivel apropiado a un lado del tanque.

La intensidad de la agitación en estos tanques es uniforme y no muy alta, lo que supone una menor abrasión, sin embargo la agitación leve no es adecuada si la fricción entre las partículas para eliminar la superficie del revestimiento no es la deseable.

OPERACIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO

Extractor tipo Bollman

El extractor de Bollman es una de las diferentes máquinas de tipo de canasta. Los sólidos se acarrean en canastas perforadas unidas a una cadena acarreadora, en forma descendente y ascendente. Al descender se lixivian a flujo paralelo mediante una solución diluida disolvente-aceite (micela media) que se bombea desde el fondo del tanque y se esparce sobre las canastas en la parte superior. El líquido se percuela a través de los sólidos de canasta a canasta, se recoge en el fondo como la solución concentrada final del aceite y se separa. Al ascender los sólidos se van lixiviando a contracorriente por medio de una aspersión de disolvente fresco y proporcionan la media micela. Se da un tiempo corto de drenado antes de que las canastas se vacíen en la parte superior.

Está diseñado para manejar de 2000 a 20000 kg/h de sólidos desmenuzables.

Las cestas presentan el fondo perforado, y se colocan en una banda con movimiento sin fin. Los sólidos agotados se descarga en la parte superior de la unidad, a un transportador de palas, y el disolvente enriquecido se impulsa desde el fondo de la unidad.

Extractor de Rotocel

Se trata de una modificación del sistema de Shanks en donde los tanques de lixiviación se mueven continuamente, de forma que permiten la introducción y descarga continua de los sólidos.

Está compuesto por un rotor circular que contiene 18 celdas, cada una con un fondo de pantalla para sostener los sólidos, y que gira lentamente alrededor de un tanque estacionario con compartimientos. Al girar el rotor, cada celda pasa a su vez debajo de un aparato especial para alimentar las semillas preparadas y bajo una serie de aspersores mediante los cuales cada una se empampa con el disolvente para la lixiviación. Después de casi una vuelta, el contenido lixiviado de cada celda se arroja automáticamente a uno de los compartimientos inferiores estacionarios, de los cuales se sacan continuamente. El disolvente de cada aspersión se percuela en forma descendente a través del sólido y de la pantalla de soporte en el compartimiento apropiado del tanque inferior, del cual se bombea continuamente para la siguiente aspersión. La lixiviación es a contracorriente y la solución más concentrada se obtiene con las semillas más frescas.

Percolador de banda sin fin

Es similar al Rotocel, pero la alimentación, la pulverización de disolvente, el drenaje y los puntos de descarga son lineales en vez de circulares.

Algunos ejemplos de estos son

Extractor tipo Smet de banda Extractor tipo Lurgi de banda con bastidores y compartimientos.

Extractor tipo Smet

Extractor tipo Lurgi

Extractor tipo Kennedy

EN este equipo, el disolvente fluye por gravedad de cámara a cámara,, en contracorriente con el movimiento de los sólidos.

Está compuesto por una serie lineal de cámaras horizontales a través de las cuales se desplazan, en sucesión, los sólidos a lixiviar por medio de un impulsor de velocidad lenta.

Existe la posibilidad de efectuar drenajes entre las etapas cuando el impulsor provoca la elevación de los sólidos por encima del líquido antes de vaciarlos en la siguiente cámara.

Extractor tipo Bonotto vertical de platos

Consiste en una columna dividida en compartimentos cilíndricos mediante la disposición de platos horizontales espaciados a distancias iguales. Cada plato tiene una abertura radial (rendija)

colocada a 180° con respecto a las aberturas de los platos situados inmediatamente por encima y por debajo. Dichos platos se limpian mediante un raspador radial giratorio. Alternativamente, los platos pueden montarse sobre un eje coaxial y rotar sobre palas estacionarias.

Los sólidos caen como una cortina en el disolvente que fluye hacia arriba por la torre. Los sólidos son retirados por el fondo del equipo mediante un tornillo sin fin y un compactador.

Extractor tipo Hildebrant de inmersión total

Posee una superficie helicoidal que se perfora para que el disolvente pueda atravesar la hélice en contracorriente. Los tornillos sin fin están diseñados de modo que permitan la compactación de los sólidos durante su paso por la unidad. Existen ciertas posibilidades de que se produzcan pérdidas de disolvente y un flujo excesivo de alimentación, por lo que el funcionamiento más adecuado está limitado a sólidos ligeros y permeables.

Diseño propuesto

Se propone un extractor que contiene dos bandas sin fin, una encima de la otra. En la banda superior se alimenta el soluto, mientras que a contracorriente se va alimentando el disolvente. Al llegar al final de la primera banda se encuentra una canasta recolectora que alimenta a la segunda banda sin fin, la cual es asperjada con el disolvente (puede ser disolvente nuevo o los remanentes de la primer banda). Al finalizar la segunda banda se recolecta el soluto, que es separado en dos corrientes; la primera de ellas se obtiene como producto final, y la segunda vuelve a entrar a la alimentación de la primera banda. El disolvente asperjado y alimentado de ambas bandas se recolecta en el fondo del equipo (debajo de ambas bandas) y es desechado.

Su material de elaboración sería principalmente acero inoxidable.

Referencias consultadas.

Treybal, Robert. Operaciones de Transferencia de Masa. Editorial McGraw Hill. 2ª Edición, Págs. 792-821.

McCabe Warren, Julian Smith, Peter Harriot. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Editorial McGraw Hill. 7ª Edición, 2007. Págs. 799-802.

Crude Oil Extraction. Página web, disponible en http://www.azaquar.com/en/doc/crude-oil-extraction. Consultado en septiembre de 2014.

The Theoretical Basis of the Extraction. Manufacturing of tinctures. Ethanol Recuperation and Rectification. Página web, disponible en http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/lik_tex/classes_stud/en/pharm/prov_pharm/ptn/Industrial%20drugs%20technology/4/Material%20to%20pract%202.htm. Consultado en septiembre de 2014.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

Asignatura: Operaciones de Transferencia de Masa II

Profesora: Dra. Liliana Alamilla Beltrán

Tarea. Equipos empleados en el proceso de Lixiviación

Alumna: Villegas Núñez Rocío Gabriela

Grupo 8IM1