EXTRACCION LIQUIDO LIQUIDO

Laextraccin (separacin) lquido-lquido, tambin conocida comoextraccin con solventes (como el tiner)oextraccin con disolventes, es un procesoqumicoempleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos lquidos inmiscibles o parcialmente miscibles (por ejemplo, agua y cloroformo, o ter etlico y agua).Principio de separacin en el proceso de extraccin liquido -liquido.

En este tipo de operaciones, la solucin a ser extrada se denomina alimento o refinado inicial, y el liquido con el que se pone en contacto disolvente. La fase rica en disolvente se denomina fase extracto y el liquido residual de donde se ha eliminado el soluto se denomina refinado.En la extraccin lquido-lquido, el principio de separacin son las solubilidades diferentes en dos fases liquidas.

Para cuales procesos es alternativo este proceso Para cualquier circunstancia en que la destilacin es inadecuada para ser utilizada. Separacin de lquidos con puntos de ebullicin prximos, volatilidades relativas cercanas a la unidad. Ismeros. Separacin de mezclas que forman azetropos. Separacin de sustancias sensibles al calor. En sustitucin de destilaciones en alto vaco, evaporaciones, cristalizaciones costosas.

Se prefiere a otros cuando no se cumplen estas condiciones.

Aplicaciones industriales de este proceso. Segn Treybal.

Separacin de compuestos inorgnicos como cido fosfrico, cido brico e hidrxido de sodio. Recuperacin de compuestos aromticos. Refinacin de aceites lubricantes y disolventes En la extraccin de productos que contienenazufre. Obtencin decerasparafnicas Desulfuracin de productos petrolferos Productos farmacuticos Ejemplo en la obtencin de la penicilina Industria alimentara Obtencin de metales costosos, Ej comouranio-vanadio.Segn Treybal se clasifican en: aquellas aplicaciones en la que la extraccin esta en competencia directa con otros mtodos de separacin y aquellas aplicaciones en que es el nico mtodo adecuado.

En competencia con otras operaciones de transferencia de masa:

Aqu, los costos relativos son importantes. La destilacin y la evaporacin son mtodos directos de separaci6n; los productos obtenidos estn formados bsicamente de sustancias puras. Por otra parte, la extraccin lquida produce nuevas soluciones, que a su vez deben separarse, frecuentemente por destilacin o evaporacin.

Por ejemplo, es difcil separar, por destilacin, al cido actico de una solucin di- luida con agua; en cambio, puede separarse con relativa facilidad mediante la extraccin con un disolvente adecuado y la destilacin posterior del extracto. En particular, para las soluciones ms diluidas en las cuales el agua debe evaporarse por destilaci6n, la extracci6n es ms econmica; especialmente, porque el calor de evaporacin de la mayora de los disolventes orgnicos es sustancialmente menor que el del agua. La extraccin tambin puede resultar aconsejable como alternativa frente a la destilacin al alto vaco, a temperaturas muy bajas, para evitar la descomposicin trmica. Como por ejemplo, los cidos grasos de cadena larga pueden separarse de los aceites vegetales mediante destilacin al alto vaco, pero se separan en forma ms econmica por extraccin con propano lquido.

Como un sustituto de mtodos qumicos:

Los mtodos qumicos consumen reactivos y con frecuencia conducen a una costosa eliminacin de los subproductos qumicos. La extraccin lquida, que no provoca gastos qumicos o eliminacin de subproductos, puede ser menos costosa. La separacin de metales como uranio-vanadio, hafmio-zirconio, tungsteno-molibdeno y los productos de fisin de los procesos de energa atmica, se llevan a cabo ms econmicamente por extraccin liquida. Aun los metales menos costosos como cobre y sustancias qumicas inorgnicas como cido fosf6rico, cido brico etc, se pueden purificar de manera econmica mediante extraccin lquida, a pesar de que el costo de recuperacin del disolvente debe incluirse en las cuentas finales.

Para separaciones que por ahora no se pueden realizar por otros mtodos:En la destilacin, en donde la fase vapor se crea a partir del lquido por adicin de calor, el vapor y el lquido estn compuestos necesariamente de las mismas sustancias; por lo tanto, son muy similares qumicamente. Entonces, las separaciones producidas dependen de las presiones de vapor de las sustancias. En contraste, en el caso de la extraccin lquida, los componentes principales de las dos fases son muy distintos qumicamente; por esto, son posibles las separaciones de acuerdo con el tipo qumico. Por ejemplo, los hidrocarburos aromticos y parafnicos de aproximado peso molecular no se pueden separar por destilacin, ya que sus presiones de vapor son casi iguales; sin embargo, pueden separarse fcilmente por extraccin con distintos disolventes, como dixido de azufre lquido, dietilenglicol o sulfolano. (Es importante observar que la destilacin extractiva tambin es til en estas operaciones, pero es simplemente la extraccin de la fase vapor con un disolvente, mientras que la destilacin lquida es la extraccin de la fase Lquida. Con frecuencia, los mismos disolventes son tiles en los dos casos, como era de esperarse.) Muchos productos farmacuticos, se producen en mezclas tan complejas que slo la extraccin lquida es un mtodo adecuado de separacin.

En qu consiste una separacin en ELLPodemos hablar de eficiencia?

Es un procesoqumicoempleado para separar una mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos lquidos inmiscibles o parcialmente miscibles.Se denomina etapa terica o de equilibrio al efecto de mezclar ntimamente dos lquidos inmiscibles hasta alcanzar las concentraciones de equilibrio y, despus, se separan fsicamente las dos fases en dos capas claras.No son siempre ideales las aplicaciones industriales y claro est que se habla de eficiencia cuando se utiliza este mtodo. Por ejemplo, en las torres de platos perforados: Estas torres de varias etapas a contracorriente, tanto con respecto a la capacidad de manejo del lquido como a la eficiencia en la extraccin, son muy efectivas, en particular para sistemas de baja tensin interfacial que no requieren agitacin mecnica para una buena dispersin.Coeficiente de distribucin o coeficientes de repartoElcoeficiente de reparto (K)de una sustancia, tambin llamadocoeficiente de distribucin (D), ocoeficiente de particin (P), es el cociente o razn entre lasconcentraciones de esa sustancia en las dos fases de lamezclaformada por dosdisolventesinmisciblesen equilibrio. Por tanto, ese coeficiente mide lasolubilidaddiferencial de una sustancia en esos dos disolventes.

Donde[sustancia]1es la concentracin de la sustancia en el primer disolvente y, anlogamente[sustancia]2es la concentracin de la misma sustancia en el otro disolvente.

Coordenados usadas en la ELL

Coordenadas triangulares equilteras:Estas coordenadas se utilizan extensamente en la bibliografa qumica para describir grficamente sobre un diagrama de fases las concentraciones en sistemas ternarios. Las escalas coordenadas de los tringulos equilteros siempre son, por necesidad, las mismas; para poder expandir una escala de concentracin con relacin a la otra, se pueden utilizar entonces coordenadas rectangulares.

Una de las propiedades de un tringulo rectngulo es que la suma de las distancias perpendiculares desde cualquier punto dentro del tringulo hasta cualquiera de los tres lados, es igual a la altura del tringulo. Por lo tanto, sea la altura la composicin al 100% y las distancias a los tres lados los porcentajes o fracciones de los tres componentes. Cada vrtice del tringulo representa uno de los componentes puros. Este anlisis se limita a aquellos tipos de sistemas que aparecen con mayor frecuencia en las operaciones de extraccin lquida.

La extraccin liquido-liquido supone el uso de sistemas compuestos por tres sustancias cuando menos; aunque las fases insolubles son predominantemente muy distintas desde el punto de vista qumico, en la mayora de los casos los tres componentes aparecen en cierto grado en las dos fases. Se va a utilizar el siguiente esquema de notacin para describir las concentraciones y cantidades de estas mezclas ternarias, con el fin de analizar tanto el equilibrio como los balances de materia.

Esquema de notacin: 1. A y B ion lquidos puros bsicamente insolubles; C es el soluto distribuido. Las mezclas que se van a separar por extraccin estn compuestas de A y C; B es el disolvente de extraccin.2. Se utilizar la misma letra para indicar la cantidad de una solucin o mezcla y la ubicacin de la mezcla en el diagrama de fases. Las cantidades se miden por libras en las operaciones por lotes y en masa y tiempo en las operaciones continuas.Entonces, E= masa y tiempo de solucin E, un extracto, que se muestra en un diagrama de fase como el punto E.R= masa y tiempo de solucin R, un refinado, que se muestra en un diagrama de fases como el punto R.B= masa y tiempo de disolvente B.3. Los subndices identifican la solucin o mezcla a la cual se refieren 4. los trminos de concentracin. Las etapas se identifican mediante nmeros.

La curva binodalLa curva binodal o curva de equilibrio es la que representa el lmite entre las regiones de miscibilidad parcial liquido - liquido y la de miscibilidad total.

Para un sistema Cloroformo - Acido Actico - Agua lo que primero se hace es hallar las densidades de los tres componentes, luego se ponen en contacto mezclas binarias (agua - acido actico) de concentraciones 10, 20, 40 y 60% en peso con cloroformo como se indica a continuacin: a 20 gramos de mezcla lquida binaria colocada en un embudo de decantacin de 50 ml se adiciona cloroformo, que se ha colocado previamente en una bureta de 10 ml, hasta que aparezca turbidez (aparicin de dos fases), lo que indica que esta mezcla ternaria estara representada en el diagrama triangular en un punto situado sobre la curva binodal, en la lnea que une los puntos representativos de la mezcla binaria inicial y del disolvente.

Como se obtienen y como se denominan los productos en una ELL, y bsicamente como se definen tcnicamente?

En los sistemas de inters para la extraccin liquido - liquido, los dos disolventes implicados son inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre s. Es decir, su mezcla en las proporciones adecuadas puede dar lugar a la formacin de dos fases. Adems, la presencia de un soluto modifica la solubilidad de un disolvente en otro. Para representar este comportamiento, y poder conocer si a una determinada mezcla le corresponde una o dos fases, los diagramas triangulares liquido - liquido presentan la denominada cura binodal o de solubilidad. Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva binodal estar constituida por una sola fase. Por el contrario a una mezcla situada por debajo de la curva binodal le corresponden dos fases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una recta de reparto. La recta de reparto pasa por el punto de mezcla y sus extremos sobre la curva binodal indican la concentracin de las dos fases en equilibrio. Los productos obtenidos son:

Extracto rico en disolvente Extracto pobre en disolvente Refinado

La recta de reparto

Una recta de reparto es la que relaciona la composicin de las dos fases en equilibrio con la composicin de la mezcla total.

Para obtener la recta de reparto se traza una paralela desde la fase 1 hacia la fase 2 dentro de la curva binodal. Una vez trazada esta recta se puede hallar el punto M o punto de Mezcla.

Las pendientes de las rectas de reparto dependen bsicamente de las concentraciones y de la naturaleza de la mezcla. Por lo general para cualquier sistema no son paralelas.

la selectividad

La selectividad nos indica la efectividad del disolvente para separar los componentes de la disolucin de partida. Para que la separacin sea posible la selectividad debe ser distinta de uno, y cuanto ms distinta de la unidad sea, mas fcil ser la separacin. De este parmetro depender el numero de etapas necesarias para una separacin dada.Depende generalmente de la naturaleza de la sustancia a separar.

sistema solutropico

Un sistema solutropico se produce cuando las lneas de interconexin no son paralelas y por lo general cambian de pendiente lentamente en una direccin al cambiar la concentracin. Los casos en los que se da una inversin en el sentido de la pendiente, son tambin comunes y estos sistemas son llamados solutrpicos como el sistema Benceno-Piridina-Agua.

De qu manera hay que tomar en cuenta el coeficiente de reparto en la eleccin del disolvente?

La composicin del soluto en el extracto partido de la composicin del soluto en el refinado y*/x no tiene porque ser mayor que 1Cuanto mayor sea su valor menos cantidad de disolvente se requiere para llevar a cabo la separacin.

CARACTERISTICOA DEL DISOLVENTE- Insolubilidad del disolvente: Cuanto mayor sea la insolubilidad del disolvente y del componente mayoritario del refinado , que no se desea extraer, mas fcil resultara la operacin de extraccin.- Recuperabilidad: Puesto que siempre habr que recuperar el disolvente para su reutilizacin, y ordinariamente tal recuperacin se realiza por rectificacin, resultara indispensable que el disolvente no forme azetropos con los componentes del sistema y, a ser posible, que las volatilidades relativas de estos respecto a aquel sean lo ms alejadas posible de la unidad.- Densidad: Evidentemente resulta indispensable que las densidades de las fases en equilibrio sean distintas para que sea viable la extraccin.- Tensin interfacial: Cuanto mayor sea la tensin interfacial entre las fases extracto y refinado con mayor facilidad coalesceran sus emulsiones y con mayor dificultad se conseguir su mutua dispersin.- Reactividad y corrosividad: Los disolventes deben ser qumicamente estables, es decir, inertes tanto respecto a los componentes del sistema, como respecto a los materiales de construccin de las instalaciones.-Viscosidad, presin de vapor, inflamabilidad, temperatura de congelacin, costo: Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y deben ser lo ms bajas posibles, para facilitar el manejo y almacenamiento de los disolventes.

DIAGRAMA TERNARIO

Sistemas de platos y torres agitadas, y torres de roci, para llevar a cabo una extraccin

Torres de platos. En este caso se prefieren los platos perforados. La separacin entre los platos es mucho menor que en destilacin: 10-15 cm para la mayor parte de las aplicaciones con lquidos de baja tensin interfacial. Cuando se opera con un rgimen de flujo adecuado, las velocidades de extraccin en columnas de platos perforados son elevadas debido a que las gotas de la fase dispersa coalescen y se vuelven a formar en cada etapa. Esto favorece la destruccin de gradientes de concentracin que se pueden formar cuando las gotas pasan sin perturbacin a travs de toda la columna. Las columnas de platos perforados para extraccin estn sometidas a las mismas limitaciones que las columnas de destilacin: inundacin, arrastre y goteo. Con frecuencia se presentan problemas adicionales como la formacin de suciedad que sobrenada y que se origina por la presencia de pequeas cantidades de impurezas.

Columnas con agitacin. Los equipos de agitacin con columna se componen de un agitador juntamente con su brazo soporte y una columna donde se ubica el sistema de elevacin hidrulico. El equipo dispone de una base de apoyo. La columna de elevacin est diseada para incorporar un agitador normalizado de INOXPA u otros, con una brida mxima de 250 mm. Este equipo permite intercambiar el agitador en funcin de la mezcla a realizar y evita disponer de un agitador por depsito, optimizando as los costes de fabricacin. Los agitadores pueden ser de tipo Cowles, mixer, ncora, hlice, palas, etc.

Torres de roci. Permiten contacto diferenciales , y en ellas el mezclado y la sedimentacin proceden con rgimen continuo y simultaneo (C8).

Funcionamiento de los sedimentadoresEn la extraccin continua, la dispersin que sale del mezclador debe pasarse a un sedimentador o decantador, en donde ocurre cuando menos la ruptura primaria.El diseo mssencillo, es tal vez el mscomn: para evitar quela dispersin entrante disturbe excesivamente el contenido del tanque, se usa la mampara de entrada del tipo de cerca de estacas. De este modo, las gotas se sedimentan en la parte principal del tanque, en donde la velocidad debe ser lo suficientemente baja para prevenir turbulencias. A flujos mayores para un tanque dado, mayor espesor de la banda de dispersin; al final, por las salidas sale una dispersin no sedimentada, que por supuesto debe evitarse. Aunque se ha efectuado una gran cantidad de estudios fundamentales, los mtodos de diseo todava son empricos y arbitrarios. Hay tres aproximaciones al diseo: a)Que haya eltiempo suficiente de residencia conbase en las observaciones de laboratorio sobre la sedimentacin.b) El clculo del flujo para producir un espesor adecuado de la banda de dispersin.c)El clculo deltiempo de asentamiento de lasgotas individuales a travsde un lquido claro por arriba y abajo de la banda de dispersin.El extractor de Treybal:Son en realidad una pila vertical de mezcladores - sedimentadores. Los mezcladores estn en una lnea vertical y los impulsores para las etapas sobre un eje comn. Estos extractores no solo mezclan, sino que tambin bombean, de forma que los flujos obtenidos son grandes. Como no hay mezclado axial, las rapideces de transferencia de masa son elevadas.Cascadas de mezclador-sedimentador:Un mezclador-sedimentador, es un aparato de una etapa, que generalmente consiste en dos partes: un mezclador para poner en contacto las dos fases lquidas y lograr la transferencia de masa y un sedimentador para separarlas mecnicamente. La operacin puede ser continua o por lotes. Los mezcladores son de dos tipos: mezcladores de flujo y tanques de mezclado.Los mezcladores de flujo, o mezcladoresde lnea; son aparatos de volumen muy pequeo colocados en una lnea de tubos, como una serie de orificios o boquillas de alimentacin, a travs de los cuales se bombean a corriente paralela los dos lquidos que se van a poner en contacto. La prdida de energa mecnica que corresponde a la cada de presin se utiliza parcialmente para que los lquidos se dispersen uno en el otro. Entonces, la dispers6n resultante se pasa al sedimentador. Estos aparatos slo son tiles para operaci6n continua.Sus aplicaciones son limitadas: el grado de dispersin producida para cierto aparato depende del flujo; adems, puede esperarse que la transferencia de masa sea muy pequea, puesto que el rea interfacial especfica decae con rapidez al descender la corriente del mezclador y puesto que el tiempo de retencin es muy corto.

Una planta de extraccin continua en multi etapas constar del nmero requerido de etapas arregladas de acuerdo con el diagrama de flujo deseado. Cada etapa estar formada, al menos, por un mezclador y un sedimentador, como en la planta a contracorriente. Los lquidos se bombean de una etapa a la siguiente, pero a veces se puede arreglar el flujo por gravedad si se posee suficiente espacio. Se han diseflado muchos arreglos para reducir la cantidad de tuberas entre las etapas y el costo correspondiente. Es uno de ellos: los tanques de mezclado estn sumergidos en los grandes tanques sedimentadores circulares, los lquidos pesados fluyen por gravedad, los lquidos ligeros por empuje del aire y la recirculacin del lquido ligero sedimentado hacia el mezclador se logra por un sobre flujo. Los mezcladores y sedimentadores tienen una seccin transversal rectangular; de ah el nombre de caja; estn arreglados en posiciones alternadas para las etapas adyacentes, como se muestra en la vista plana de la figura 10.43. Otro arreglo coloca las etapas una encima de la otra, en una pila vertical, con los impulsores de mezclado sobre una barra comn; este re arreglo utiliza a los impulsores no slo como aparatos mezcladores, sino tambin como bombas.

Diagrama del sedimentador a contracorriente en tres etapas.

EXTRACCION SOLIDO-LIQUIDOOperacin unitaria cuya finalidad es la separacin de uno o ms componentes contenidos en una fase slida, mediante la utilizacin de uno o ms componentes contenidos en una fase slida, mediante la utilizacin de una fase lquida o disolvente. El componente o componentes que se transfieren de la fase slida a la lquida recibe el nombre de soluto, mientras que el slido insoluble se denomina inerte.

Entre ms grande sea la superficie de contacto entre la parte slida y el lquido que le atraviesa aumenta la eficiencia de la extraccin y para que se d esto es necesario que la parte slida se le someta a un pretratamiento que normalmente es el secado y la molienda de la muestra.

Campos de aplicacin de esta operacin bsica son, por ejemplo, la obtencin de aceite de frutos oleaginosos o la lixiviacin de minerales.

Los componentes de este sistema son los siguientes:1. Soluto.- Son los componentes que se transfieren desde el solido hasta en lquido extractor.2. Slido Inerte.- Parte del sistema que es insoluble en el solvente.3. Solvente.- Es la parte lquida que entra en contacto con la parte slida con el fin de retirar todo compuesto soluble en ella.

Un ejemplo de la vida cotidiana es la preparacin de la infusin de caf. En este proceso, la sustancia aromtica del caf (soluto) se extrae con agua (disolvente) del caf molido (material de extraccin, formado por la fase portadora slida y el soluto).En el caso ideal se obtiene la infusin de caf (disolvente con la sustancia aromtica disuelta) y en el filtro de la cafetera queda el caf molido totalmente lixiviado (fase portadora slida).

El material de extraccin puede estar presente tambin como lecho fijo, que es atravesado por el disolvente. En otra forma de aplicacin, el material de extraccin percola a travs del disolvente.

Existen dos tipos de extraccin slido-lquido y esto depende de la forma en que se realiza el proceso: Lixiviacin.- Cuando retiramos un soluto diana. Lavado.- Cuando quitamos componentes no deseados.Como podemos observar estos procesos son muy utilizados para la purificacin de algn compuesto.

Este tipo de operaciones se lleva a cabo en una sola o en mltiples etapas. Una etapa es una unidad de equipo en la que se ponen en contacto las fases durante tiempo determinado, de forma que se realiza la transferencia de materia entre los componentes de las fases y va aproximndose al equilibrio a medida que transcurre el tiempo. Una vez alcanzado el equilibrio se procede a la separacin mecnica de las fases.

Una vez realizado el proceso y para obtener un producto puro se requiere pasar a la siguiente fase (downstream), en el cual se puede utilizar operaciones de evaporacin o destilacin con el fin de separar el o los solutos del disolvente. Este ultimo se puede condensar para volverlo a utilizar.

Aplicaciones PrcticasLas aplicaciones importantes de la extraccin slido-lquido en la industrias alimenticias son: extraccin de aceites y grasas animales y vegetales, lavado de precipitados, obtencin de extractos de materias animales o vegetales, obtencin de azcar, fabricacin de t y caf instantneo, entre otras: Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soja y de algodn mediante la lixiviacin con disolventes orgnicos como: ter de petrleo, hexano, etc. Extraccin de colorantes a partir de materias slidas por lixiviacin con alcohol o soda. En ecologa para indicar el desplazamiento hacia los ros y mares de los desechos y excrementos, adems de otros contaminantes como pueden ser los fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenmeno qumico. En geolgia en el proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geolgica por el agua. En el tratamiento de los minerales concentrados y otros materiales que contienen metales, la lixiviacin se efecta por medio de un proceso hmedo con cido que disuelve los minerales solubles y los recupera en una solucin cargada de lixiviacin. Metalurgia Extractiva:para trabajar los minerales principalmente oxidados. Desde un tiempo a esta parte se realiza la lixiviacin de minerales sulfurados de cobre mediante procesos de lixiviacin bacteriana Obtencin de azcar. Fabricacin de t y caf instantneo.

Operaciones implicadas en el proceso de extraccin solido - lquido:

1. Cambio de fase del soluto: Paso del soluto desde el slido al lquido

2. Difusin del soluto en el disolvente contenido en los poros del slido: Se da la transferencia del soluto desde el interior del slido hasta la superficie del mismo debido a la diferencia de concentracin de ste en la interface slido-lquido (gradiente de concentracin) y la superficie exterior del slido. En esta etapa se obtiene la siguiente expresion de transferencia de materia:

Ecuacin No1: Velocidad de transferencia de materia en la difusin del soluto en el disolvente contenido en los poros del slido.

3. Transferencia del soluto desde la superficie de la particula slida hasta el seno de la disolucin: Cuando el soluto alcanza la superficie se transfiere al seno de la disolucn, esta transferencia de materia se da por transporte molecular y turbulento. La velocidad de transferencia de materia en esta etapa es:

Ecuacin No2: Velocidad de transferencia de materia en la transferencia del soluto desde la superficie de la particula slida hasta el seno de la disolucin.

Los factores ms importantes que influyen sobre la velocidad de extraccin son:

a) Tamao de las partculas slidas: Evidentemente cuanto ms pequeas sean, mayor es la superficie interfacial y ms corta la longitud de los poros. Por tanto mayor es la velocidad de transferencia. Sin embargo, tamaos excesivamente pequeos pueden hacer que las partculas se apelmacen dificultando la extraccin.

b) Tipo de disolvente: El disolvente debe ser lo ms selectivo posible y se recomienda de baja viscosidad.

c) Temperatura: Un aumento de la temperatura favorece la solubilidad y aumentan los coeficientes de transferencia de materia. El lmite superior se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios econmicos y de seguridad con respecto al disolvente.

d) Agitacin del disolvente soluto: Favorece la transferencia por aumento de coeficientes de transferencia de materia en la interfase S/L. Adems se evita la sedimentacin y apelmazamiento de las partculas slidas.

Por otro lado, la destilacin es una operacin bsica mediante la cual se separan dos o ms compuestos de una mezcla lquida empleando calor (agente energtico de separacin) para generar una fase vapor enriquecida en los compuestos ms voltiles, quedando la fase lquida enriquecida en los compuestos menos voltiles. Las fases lquida y vapor generadas se encuentran en equilibrio termodinmico, de tal forma que la composicin de ambas fases depender de las diferencias entre las presiones de vapor de los componentes puros. Cuanto ms diferentes sean las presiones de vapor de los compuestos puros ms fcilmente se separan los compuestos puesto que presentarn puntos de ebullicin ms diferentes, quedando pues los componentes ms voltiles contenidos mayoritariamente en la fase vapor. La fase vapor generada posteriormente se llevar a un condensador para obtener un producto destilado final en forma lquida. Esta operacin de destilacin permitir separar el soluto del disolvente, permitiendo la reutilizacin del disolvente recuperado.

LIXIVIACINDefinicin de la operacin unitariaApilador usado en Radomiro Tomic, con una capacidad de 10.500 t/h.

Pilas de lixiviacin de Radomiro Tomic, de dimensiones 1300 m de largo por 380 m de ancho, con un apilamiento de 10 m de altura y un ngulo de reposo del material de 37.

Lixiviacin es la eliminacin de una fraccin soluble, en forma de solucin, a partir de una fase slida permeable e insoluble a la cual est asociada. La separacin implica, normalmente, la disolucin selectiva, pero en el caso extremo del lavado simple, consiste slo en el desplazamiento de un lquido intersticial por otro, con el que es miscible. El constituyente soluble puede ser slido o lquido y estar incorporado, combinado qumicamente o adsorbido, o bien mantenido mecnicamente, en la estructura porosa del material insoluble. El slido insoluble puede ser msico y poroso. Debido a su gran variedad de aplicaciones y su importancia para diferentes industrias antiguas, la lixiviacin tiene otros nombres. Entre los que se encuentran en la ingeniera qumica estn la extraccin, la extraccin de slido-lquido, la percolacin, la infusin, el lavado y la decantacin por sedimentacin.

Para realizar el proceso de lixiviacin se requiere disponer de un patio, o superficie de apoyo de la pila, en la que se coloca la impermeabilizacin. Cuando el patio es recuperado para reutilizarlo con nuevo material se trata de lixiviacin en depsitos. Si el patio no es recuperado y el mineral agotado queda en la pila como vertedero que se restaura, se trata de lixiviacin en pilas.Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de seccin trapezoidal y altura calculada (pilas) para proceder a su riego con una solucin preparada. Tras percolar la solucin a travs de toda la pila, se recolectan los lquidos enriquecidos que se llevan a la planta de proceso de recuperacin de la sustancia mineral (sal o metal).Para la lixiviacin en pilas se requiere de ciertos elementos, condiciones y consideraciones tales como:Disponer de amplias superficies de terreno, relativamente llanas, con menos de 10% de pendiente.Calcular los flujos de aporte y evaporacin para mantener un balance equilibrado de lquidos efluyentes.Disponer de represas de lquidos intermedios y finales.Considerar un margen de sobrecapacidad del sistema para absorber situaciones de exceso por tormentas lluvias en el rea en explotacin o explotada.Capacidad y flexibilidad para admitir grandes variaciones de leyes de mineral y tiempos de lixiviacin.Utilizar lminas impermeables sencillas para evitar prdidas por infiltracin y la contaminacin del subsuelo.Realizar un estudio geomecnico del material depositado para alcanzar la mxima altura posible y evitar el derrumbe de la pila.Preparar el material para llevarlo al tamao adecuado, de manera de lograr una permeabilidad mnima suficiente, que libere el mineral en la superficie y percole adecuadamente.Organizar un conjunto de pilas de manera de ordenar el flujo de lquidos en forma seriada, para lograr un enriquecimiento progresivo de la solucin al pasar de una pila en otra.Etapas de la lixiviacinPara que la lixiviacin tenga xito se tienen que considerar una serie de factores, siendo el primero asegurar la permeabilidad de la masa a lixiviar, de manera que el lquido lixiviante pase a travs de todo el material y que el contacto entre el agente lixiviante y el mineral sea el ptimo. El ptimo contacto entre el material y el agente lixiviante depende de los siguientes factores, los que deben ser considerados en todas las etapas del proceso:La localizacin de los minerales a disolverVolumen del material y distribucin de tamaosrea expuestaSuperficie especficaTamao de partculasPorosidadPresin capilarRugosidad o aspereza de las superficies.Construccin de las pilas y apilamientoEl mineral aglomerado con cierta cantidad de cido y de agua (en kg/t) segn su mineraloga y su ganga, se acomoda en las pilas, que formarn los mdulos de riego, con superficie y altura determinadas, ngulo de reposo del mineral ya establecido, y con pendiente en dos sentidos:Inclinacin lateral, para el drenajeInclinacin en sentido longitudinal, para la evacuacin de las solucionesA este material mineralizado apilado y preparado, se le determina la densidad aparente que vara segn su porcentaje de finos.El apilamiento se puede realizar por distintos mtodos, entre ellos mediante un sistema de correas o mediante apiladores mviles.Las pilas se cargan habitualmente entre 3 y 8 metros, sobre un sustrato impermeable, normalmente protegido con una membrana de plstico que puede ser de tipo polietileno de alta densidad (HDPE), de baja densidad (LDPE), de muy baja densidad (VLDPE) o de cloruro de polivinilo (PVC), que puede tener desde 0,1 a 1,5 mm de espesor segn las exigencias de cada aplicacin.Para ayudar a la recoleccin de las soluciones, se usan caeras de drenaje perforadas y canaletas abiertas.De acuerdo con la utilizacin de las pilas se tienen:Pilas dinmicasdenominadas tambin de tipo "on-off", en las que el mineral se remueve, se enva a botadero despus de la lixiviacin y la base de la pila se puede reutilizar. Para las pilas dinmicas, se puede elegir cualquier configuracin que sea aceptable para la operacin de los equipos de carga y descarga, pero generalmente, se prefiere un rectngulo alargado. En el caso particular de las operaciones mayores, que presentan cierta rigidez con los equipos de transferencia de minerales, se ha preferido una configuracin rectangular doble (dos rectngulos paralelos y adyacentes) con semicrculos en los extremos, donde se forma la pista de giro de los equipos de carguo y de descarga.Pilas permanentesen las que las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores, aprovechando o no la impermeabilizacin existente.La configuracin de una pila existente puede tener cualquier geometra segn las disponibilidades de espacio de cada lugar. Pero cuando no hay restricciones topogrficas, normalmente se usa una configuracin rectangular, en que una nueva capa slo se podr colocar cuando haya concluido la lixiviacin de la capa inferior que se debe cubrir.Para el carguo del material se utiliza una variedad de sistemas segn el tamao de las instalaciones de cada faena.En el caso de faenas pequeas que van desde 300 a 2.000 ton/da, como por ejemplo Dos Amigos y Punta del Cobre, hasta 5.000 y 10.000 ton/da, como Quebrada - Damiana en Salvador y Lince, en Michilla, se usan sistemas de camiones y apiladores de correa autopropulsados, evitando el uso de cargadores frontales, ya que destruyen los aglomerados. Este sistema de carguo se puede aplicar a pilas dinmicas y permanentes.En faenas mayores, que van desde 10.000 y hasta 50.000 ton/da (Mantoverde, Cerro Colorado y Quebrada Blanca) se usan correas modulares articuladas (grasshoppers) que terminan en un apilador de correa o "stacker". En este caso la operacin puede ser realizada con pilas dinmicas o permanentes, sin restriccin.Rotopala de capacidad nominal de 11.500 t/h.Sistema de traslacin sobre orugas.

En faenas an mayores, desde 75.000 a 150.000 ton/da (El Abra y Radomiro Tomic) donde se prefieren complejos sistemas apiladores sobre orugas alimentados con correas transportadoras estacionarias y mviles. Cuando se requiere mover el material ya lixiviado desde las pilas, por ser un sistema de pilas dinmicas, normalmente se utilizan recolectores tipo pala de rueda con capachos, conocidos como "rotopala" o "bucketwheel".En estos casos de faenas mayores, se ha preferido en general el sistema de canchas de lixiviacin dinmicas por el excesivo tonelaje de mineral, puesto que obligara a un complicado movimiento permanente de avance de las correas alimentadoras, si se quisiera operar en pilas permanentes con avance continuo.Pero en Zaldivar y en el proyecto de ripios aglomerados de Chuquicamata, estos equipos han operado con un apila de tipo permanente y, por lo tanto, no han requerido instalar el sistema recolector de la rotopala.Sistema de riego y recoleccin de solucionesEl material mineralizado y apilado debe ser regado con una solucin lixiviante, para lo cual se tiende la malla de riego, que cubre toda el rea.El sistema de riego instalado permite distribuir las soluciones ya sea por medio de un sistema de goteros, que hasta pueden estar instalados bajo la superficie de las pilas cuando las condiciones son extremas (Quebrada Blanca a 4.400 msnm y temperaturas muy bajas) o por medio de aspersores tipo wobblers o sprinklers, dependiendo de la evaporacin y de la disponibilidad de agua de cada operacin. Los sistemas de riego pueden ser de dos tipos:Caeras de irrigacin por goteo dispuestas en malla para obtener una tasa de goteo determinada, la que se expresa en

Aspersores tipo wobblers, en toda el rea, y tambin para cubrir las reas no irrigadas por el goteo.El sistema de riego implementado en la pila tiene la funcin de permitir la circulacin de tres tipos de soluciones: las soluciones de refino, la solucin intermedia y/o el agua.Una vez que la solucin lixiviante llega a la superficie de la pila y del mineral se producen una serie de etapas secuenciales. Fundamentalmente, existe un proceso de difusin (transporte) y un ataque qumico sobre la superficie del mineral.En la superficie del mineral tienen lugar las siguientes etapas:Difusin de los reactivos (agente lixiviante, agente lixiviante o reductor, iones H+ o OH- en la superficie del mineral.Adsorcin de los reactivos sobre la superficie del mineral.Reaccin qumica entre los minerales y los reactivos.Desercin de los productos de la reaccin de la superficie del mineral.Difusin de los productos solubles en la solucin.La rentabilidad y eficiencia econmica del proceso de lixiviacin es funcin del grado de disolucin o del porcentaje de extraccin.Sin embargo, factor de ms importancia es el tiempo necesario para lograr una extraccin aceptable, es decir, la velocidad a la cual ocurre la disolucin del mineral.Al inicio del proceso, se produce una rpida extraccin de mineral, posteriormente sta decrece al mnimo posible de obtener para un tamao de partcula dado. Esta disminucin puede deberse a varias causas como:Disminucin de la superficie expuesta al ataque qumico, lo que a su vez puede explicarse por el menor el nmero de partculas a disolver o porque en ella se forman compuestos insolubles.Disminucin de la concentracin de reactivos.Aumento de la concentracin de minerales en la disolucin, lo que puede llegar a la saturacin.Disminucin del grado de lixiviacin en partculas porosas al aumentar la distancia desde el punto de difusin inicial.Recoleccin de solucionesTransporte de soluciones. Faena Radomiro Tomic.

Al costado de cada pila se encuentran las canaletas de recoleccin de las soluciones. Estas canaletas estn divididas en dos secciones para poder conducir por gravedad, separada e independientemente las soluciones ricas pobres y en mineral lixiviado.Las soluciones recogidas son llevadas primero a piscinas desarenadoras, para ser clarificadas y desde all fluyen a diferentes piscinas segn la calidad de la solucin:piscina de solucin rica (PLS), que tiene una dimensin tal que permite conocer el tiempo de retencin de la solucin.piscina de solucin intermedia (ILS), que se utiliza para regar el aglomerado fresco y generar as PLS, segn corresponda.En la base de las pilas se instalan membranas impermeables (geomembranas de origen sinttico) fabricadas de un material variante del polietileno, que permite interceptar las soluciones que escurren desde lo alto de la pila y conducirlas a las canaletas de recoleccin. Sobre las membranas se instalan caeras perforadas de drenaje y una cubierta de grava drenante.El control de la permeabilidad de la pila, es fundamental para evitar las fugas. Adems de las membranas o lminas de impermeabilizacin de polietileno, stas pueden ser fabricadas de los materiales arcillosos compactados que se encuentran en el propio terreno o a partir del suelo del patio el que se debe mejorar con aditivos qumicos o minerales.El diseo de la alternativa ms conveniente de membrana o sistema de sellado es un desafo importante de la ingeniera y no debe hacerse slo por criterios econmicos o de permeabilidad, sino por otros factores como durabilidad, picado, resistencia a la corrosin y otras condiciones ambientales que deben requerir experiencia y conocimiento previo.Se pueden disponen de membranas o sellados simples, dobles o triples, de acuerdo con el nmero de capas impermeables o membranas de igual o diferente tipo que se hayan utilizado. A continuacin se entrega una tabla de factores de seleccin del tipo de lminas.Tipo de lminasMaterialesFactores de seleccin

GeomembranasP.V.C.Polietileno de alta densidad (HDPE)Polietileno clorosulfurado (Butilo)Monmero dietilen-propileno (EPDM)Membrana industrial Chevron (CIM)Resina sinttica (Hypalon)Asfalto u hormign asfltico Tipo material (espesor, resistencia, duracin)Material de apoyo y coberturaMtodo de colocacin y unin

Suelo natural o mejorado Suelo natural del sitioSuelo natural de otro lugarMezclas de suelo naturalesMezclas con bentonitasMezclas con aditivos mineralesDisponibilidad de materialesComposicin del sueloPermeabilidad Tamao de granos Plasticidad Factibilidad de trabajoEstabilidad qumicaConstruccinEspesor de la lminaPreparacin /mezcladoCompactacin (reducir huecos, humedad ptima y espesor)Proteccin

En el caso del cobre, los procesos hidrometalrgicos de lixiviacin producen en general dos tipos de soluciones:Soluciones fuertes con contenidos de cobre en soluciones entre los rangos de 30 50 g/L que son aptas para entrar directamente al proceso posterior de electroobtencin.Soluciones dbiles cuyo contenido de cobre en solucin es menor a 10 g/L. Estas soluciones deben pasar por una etapa de concentracin va Extraccin por Solventes-Electroobtencin o simplemente ser tratadas por cementacin.

Lixiviacin de minerales de cobreLos minerales de cobre en sus diferentes menas, se encuentran en la naturaleza asociados entre s y con otras especies mineralgicas, ms o menos diseminadas dentro de una roca matriz con la ganga correspondiente. Para el desarrollo de un proyecto de lixiviacin es necesario un conocimiento de las caractersticas del yacimiento y de la mena, y los factores que influyen en la lixiviacin.En particular respecto a las caractersticas del yacimiento es importante considerar:Su composicin mineralgica, por las interferencias que puedan producir en la lixiviacin las diferentes especies conteniendo o no cobre.Diseminacin de las especies: frecuencia y tamaos de los granosCarcter de la ganga, ya que ciertos minerales pueden estar dentro de una ganga carbonatada y consumir cido haciendo el proyecto inviable econmicamente.Caractersticas fsicas de la mena (cantidad de finos o lamas), as como sus propiedades de porosidad y permeabilidad, que son fundamentales en una lixiviacin esttica.Comportamiento de la roca en el chancado, en cuanto a crear o aumentar la fracturacin, exponiendo una mayor superficie al ataque qumico. Seleccin de agentes lixiviantesTeniendo en cuenta las caractersticas del mineral, as como las reservas y el valor potencial del yacimiento, se selecciona el o los agentes lixiviantes ms idneos. Para ello se realizan diferentes caracterizaciones mineralgicas previas que permiten determinar los valores iniciales para realizar posteriormente las pruebas de laboratorio de lixiviacin en columnas unitarias.El ideal sera elegir un solo agente qumico, que sea econmico y recuperable, y un ciclo de lixiviacin lo ms corto posible (ojal uno solo), para extraer un mximo de cobre y un mnimo de impurezas, lo cual es difcil en la mayora de los casos.En la eleccin del proceso es fundamental conocer la cintica de la reaccin qumica que las influyen, mediante las diversas fases de investigacin en laboratorio. Para ello se hacen anlisis preliminares en botellas rotatorias y en columnas o vasijas, segn si el mineral es apto a la lixiviacin esttica o dinmica.Por ltimo, al seleccionar previamente el agente lixiviante se debe considerar el proceso posterior de recuperacin del cobre a partir de la solucin madre. As, por ejemplo, si el lixiviante es el sulfato frrico, deben tenerse en cuenta los efectos perjudiciales del aumento de iones frricos en la solucin, para un posterior proceso de cementacin (alto consumo de chatarra) o electrodepositacin (mala eficiencia de corriente en electrlisis) o extraccin por disolventes (purificacin de hierro).En la lixiviacin de minerales de cobre, los reactivos normales suelen ser cido sulfrico para minerales oxidados y sulfato frrico acidificado en medio oxidante, para minerales sulfurados. Se distinguen dos casos:Lixiviante natural: producido por las aguas de lluvia que percolan en el yacimiento, atacando las superficies expuestas y produciendo un lixiviante con contenidos variables de cido, hierro e incluso cobre, segn la estacin del ao y zonas de produccin. Son las aguas de desage de minas.Puede ocurrir que, mezclando aguas de distintas procedencias con sulfato frrico suficiente, se controla tan slo el pH bajo (aadiendo cido sulfrico), para regular la acidez e impedir la precipitacin del hierro trivalente a hidrxido, que origina bastantes dificultades en la lixiviacin. En caso de escasez de agua, se recircula parte de la solucin estril o se aportan aguas ms frescas de otras procedencias.Lixiviante preparado: Se emplea el hierro trivalente en forma de sal cida (sulfato frrico), cuya concentracin en Fe3+ y cido se ajusta segn la investigacin y experiencia prctica. Normalmente, las soluciones empleadas no suelen ser muy concentradas. El cido vara entre 4 y 10 % y el hierro, alrededor del 1%. En algunos casos hay una regeneracin del lixiviante en el propio proceso.Las soluciones estriles se recirculan o rechazan, con o sin depuracin. La recirculacin conlleva un aumento de compuestos tales como hierro, sulfatos, arsnico, cloro, cidos, etc. Este aumento, sobre todo en sustancias nocivas como el As, Cl, cidos, etc., puede ser perjudicial al proceso en s o en estados posteriores, por lo que debe efectuarse una depuracin o sangras, peridicamente.Entre los agentes lixiviantes en la minera del cobre se cuentan agentes lixiviantes cidos y bsicos.El agente lixiviante ms usado para minerales oxidados es el cido sulfrico, por lo que las soluciones que entran a electroobtencin son de CuSO4 H2SO4 ms impurezas, de modo que fundamentalmente se tienen iones de Cu+2, H+, SO4-2, SO+2.La eleccin del agente qumico de lixiviacin va a depender de su costo, disponibilidad, estabilidad qumica, selectividad y grado de generacin de soluciones ricas en mineral, de tal forma que sea lo ms econmico y fcil de trabajar.Agentes de lixiviacin ms utilizadosTipo de agenteEjemplos

cidos inorgnicoscido sulfricocido clorhdricocido ntrico

Bases hidrxido de amonio

Agentes oxidantes oxgenoin frricoin cprico

Agentes complejantes amonacosales de amoniocianuroscarbonatoscloruros

En general, los minerales de cobre requieren una oxidacin previa para la posterior disolucin del metal. En el caso de los carbonatos y xidos de cobre slo se requerir un disolvente que es normalmente cido sulfrico, y en el caso de los sulfuros, un oxidante, cuya fuerza de oxidacin depender del tipo de sulfuro.Al considerar el agente lixiviante, que suele constituir un costo importante del proceso, hay que tener en cuenta su disponibilidad (transporte), precio en planta, consumo y posibilidad de recuperacin. Igualmente las caractersticas corrosivas, por su influencia en los materiales de la planta industrial. Sin embargo, el aspecto ms importante es que el agente lixiviante tiene que ser efectivo y lo ms selectivo posible, para la disolucin del cobre del mineral a tratar. Las diferencias de las caractersticas de las menas son tan amplias, incluso dentro de una misma zona, que los principios qumicos establecidos slo pueden servir de gua para la seleccin del lixiviante.Importante

Al momento de elegir el agente lixiviante es importante tener en cuenta la composicin mineralgica del material, tipo de ganga, tamaos de granos y diseminacin, contenido de azufre, presencia de carbonato, cloruros u otros constituyentes. Por lo que es necesaria la investigacin y la experiencia operativa, para seleccionar el lixiviante y obtener los datos necesarios para predecir el comportamiento de la lixiviacin.

Aplicacin de la solucin lixivianteLa lixiviacin propiamente tal se inicia con el riego por aspersin o goteo Los distintos sistemas de irrigacin, de aplicacin de la solucin, velocidades y efectos de la operacin de lixiviacin en vertederos, se pueden aplicar al sistema de lixiviacin en pilas, donde existe un mayor control de la operacin, con lo que se obtienen mejores resultados.Para el logro de un resultado exitoso, es fundamental cuidar la distribucin de la solucin lixiviante a la mayor rea que sea posible, mediante un sistema de aspersin, y con la velocidad de aplicacin conveniente segn la adaptacin (permeabilidad) de la pila.Si la solucin lixiviante se entrega de manera de aumentar la cantidad de lquido disponible en torno ellas, se trata de un sistema de riego no inundado o trickle-leaching, en el que al excederse los lmites de lquido correspondiente al estado capilar, se produce una suspensin slido/lquido. En ese momento ya no hay fuerzas para mantener las partculas en su sitio, los finos se desplazan, ocupando espacios entre las partculas mayores y, si hay arcillas, ambos factores cumplen un rol sellante, lo que conduce a un lecho inundado. Debe evitarse esta situacin, ya que para una buena operacin es esencial mantener una adecuada permeabilidad.