UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA Y METALURGICA

ESPECIALIDAD DE INGENIERIA METALURGICA

RECUPERACIN DE ORO DESDE SOLUCIONES CIANURADAS POR INTERCAMBIO IONICO EN LA COMPAA

MINERA AURFERA SANTA ROSA S.A.

T E S I S

para obtener el Grado de

INGENIERO METALURGISTA

Presenta

KARLA YULISSA ORTEGA ARICA Lima, Per Feb. 2009

A Dios, gua y luz en todos mis pasos.

A mis padres, en reconocimiento de su invalorable sacrifico y esfuerzo por educarme con amor y gratitud.

A mis hermanos que siempre me han animado a seguir adelante.

Un agradecimiento especial a los Ingenieros de COMARSA por su apoyo para el desarrollo de esta tesis; y en especial al Ing.

Manuel Guzmn Yaya y los trabajadores del rea de Investigaciones Metalrgicas: Armancio, Luciano, Modesto,

Horacio y Martn por su valioso apoyo en el control de los parmetros.

Y a los maestros Edwilde Yoplac y Julio Uza por sus aportaciones y su asesora en mejorar la investigacin.

RESUMEN

99

11131314161919192223

II 242425282931

2.3.3 Tipos de resinas de intercambio inico segn su estructura de red 372.3.4 Tipos de resinas de intercambio inico segn el grupo funcional 382.4 Principios generales del Intercambio Inico con resinas slidas 40

404453

2.6 Parmetros caractersticos de los intercambiadores inicos 5455

2.8 Resinas de Intercambio Inico en Metalurgia Extractiva. 565762

6978818585878890

III 949498

3.2.1 Cementacin: Proceso Merrill-Crowe. 98

1.3.2 La tecnologa en las empresas mineras

2.9 Investigaciones en la Extraccin de Oro por Intercambio Inico2.9.1 Extraccin de oro por aminas.

2.8.2 Mecanismos y Caractersticas de las resinas de Intercambio Inico

2.9.2 Efecto de la longitud y tipo de la cadena alquil.2.9.3 Efecto de la concentracin de amina.2.9.4 Efecto de la fuerza inica.

3.2 Alternativas para Recuperacin de Oro de Lixiviacin

2.9.5 Efecto de la concentracin inicial de oro.2.10 Resinas base guanidina para la extraccin de oro.

DESCRIPCION DE PROCESOS METALURGICOS INDUSTRIALES3.1 Tecnologa Convencional en la Extraccin de Oro: Cianuracin.

2.8.3 Mecanismo qumico del proceso de recuperacin de oro desde soluciones cianuradas por intercambio inico.

2.4.2 Termodinamica del Intercambio Ionico2.5 Cinetica del Intercambio Inico

2.7 Usos del Intercambio Inico

2.8.1 Resinas usadas en la recuperacin de Oro desde soluciones cianuradas.

1.4 Ubicacin geogrfica1.5 Geologa de la Mina1.5.1 Estratigrafa

2.3.1 Intercambiadores inicos inorgnicos2.3.2 Intercambiadores inicos orgnicos

1.5.2 Mineralizacin1.5.3 Geologa estructural1.6 Minera

ASPECTO TEORICO2.1 Definicin de Intercambio Ionico2.2 Antecedentes del Intercambio Ionico2.3 Clasificacin de los Intercambiadores Inicos

2.4.1 Reaccin de intercambio inico

INDICE DE CONTENIDO

CAPITULO

I GENERALIDADES1.1 Introduccin1.2 Objetivos1.3 Antecedentes1.3.1 Panorama Actual de la Produccin de Metales Preciosos.

100104109111

IV 119119121121121

122122129130131

V 133133135135136145147148150

153153153155156

VI 158158158159160

162163166166167167

169173175177

APENDICE A- Glosario en extraccion de metales por intercambio ionicoAPENDICE B- Posibilidades de uso en la Pequea Minera

5.4 Prueba de desorcion5.4.1 Condiciones operativas5.4.2 Resultados obtenidos

6.2 Efecto del pH en la capacidad de extraccin de oro

6.5 Efecto de competencia de cianuros

DISCUSIN Y ANLISIS DE RESULTADOS

3.3 Descripcin del proceso Metalrgico en la Compaa Minera Aurfera Santa Rosa SA.

3.2.2 Adsorcin en carbn activado.3.2.3 Resinas de intercambio inico.3.2.4 Extraccin por solventes.

5.2.3 Capacidad maxima de carga de la resina (extractante)

CONCLUSIONES REFERENCIAS

6.7.2 Efecto de la temperatura

6.7 Despojamiento de oro del extractante (resina aurix 100)6.7.1 Efecto del pH

6.8 Recuperacion electrolitica de oro

6.4 Anlisis de la Selectividad Resina Aurix 100 Au(CN) 2-

6.6 Anlisis de la Reaccin de Extraccin de Oro

6.3 Efecto de la concentracin inicial de oro

6.1 Extraccin de Oro por Intercambio Inico.

5.5 Pruebas de alimentacin inversa en la adsorcin.5.6 Recuperacin de oro por Electrodeposicin-sistema continuo.

5.2.4 Efecto de la concentracin inicial de oro5.2.5 Efecto de la concentracin de cianuro libre

5.3 Prueba Comparativa entre carbn activado vs. resina de base dbil a las mismas condiciones de solucin, tiempo y temperatura.

5.2.2 Isotermas de equilibrio

5.1 Resultados Experimentales

5.2.1 Cintica de extraccin

PLANTA PILOTO Resultados experimentales

5.2 Extraccion de Oro de soluciones de Cianuro

4.3.4 Selectividad en la adsorcin.

4.3 Pruebas comparativas entre carbn activado vs. resina de base dbil a nivel laboratorio.

4.2.2 Propiedades fsicas y qumicas

4.3.1 Cintica de extraccin de solucin pregnant industrial.4.3.2 Pruebas de atriccion.

4.2 Resina base dbil.

4.3.3 Capacidad de carga

METODOLOGA EXPERIMENTAL4.1 Solucin Acuosa y Composicin Qumica

4.2.1 Composicin

Tabla 1. 52

Tabla 2 83

Tabla 3 84 .

Tabla 4 86

Tabla 5 87

Tabla 6 88

Tabla 7 120

Tabla 8 125

Tabla 9 125

Tabla 10 126

Tabla 11 129

Tabla 12 136

Tabla 13 138

Tabla 14 140

Tabla 15 144

Tabla 16 146

Tabla 17 147Resultados obtenidos a partir de diferentes concentraciones de oro inicial

Resultados obtenidos en la adsorcin usando Carbn activado Calgon 100, a partir de una solucin de 0.624 ppm de Au y 0.583 ppm de Ag

Resultados obtenidos usando resina cognis para evaluar la cintica de carga en la adsorcin

Pruebas de atriccin realizadas en el equipo Shaker

Resultados obtenidos comn diferentes tipos de soluciones

Resultados obtenidos a diferentes pH para una solucin PLS de 1 ppm de Au.

Isotermas de pH para cianoaniones

Efecto de la Concentracin de Extractante Adogen 283, en la Extraccin de Oro de Solucin Aurocianuro [9].

Efecto de la Fuerza Inica en la Extraccin de Oro en Solucin Aurocianuro por Aminas 0.05 M en Xileno [9]

Efecto de la Concentracin Inicial de Oro en la Extraccin de Oro de Soluciones Aurocianuro por Adogen 283, 0.05 M en Xileno [9].

Resultados obtenidos en la adsorcin usando resina Aurix 100, a partir de una solucin de 0.624 ppm de Au y 0.583 ppm de Ag

Composicin de la Solucin de Lixiviacin y Pregnant Compsito Enero-Febrero (2005).

Coeficientes de selectividad relativa KBH, para iones univalentes y para resinas de poliestireno entrecruzado, fuertemente cidas con grupos sulfnicos.

Basicidad de Alquilaminas en Agua a 25C.

LISTA DE TABLAS

Extraccin de Oro de Solucin Aurocianuro por una Amina Cuaternaria, Aliquat 336 0.05 M (R4N)2 SO4 en Xileno [4]

Efecto de los cianoaniones en las Isotermas de Extraccion.

Coeficiente de Extraccion y selectividad para Cianoaniones, utilizando Resina Aurix 100.

Tabla 18 150

Tabla 19 152

Tabla 20 152

Tabla 21 154

Tabla 21a 156

Tabla 22 157

Tabla 23 157

Tabla 24 161

Tabla 25 164

Tabla 26 166

Log D vs. pH para la extraccion de oro

Resultados del Analisis de la pendiente en la extraccion de oro para los coeficientes de RG de la figura 37.

Resultados obtenidos para el circuito de resina con flujo ascendente

Deposicion Electrolitica de Oro de Soluciones concentradas de Aurocianuro, Au= 10 mg/l, CN= 60 mg/l, pH= 11.87, voltaje variable.Deposicion Eloctrolitica de Oro de Soluciones concentradas de Aurocianuro, Au= 10 mg/l, CN= 60 mg/l, pH= 11.87, concentracion de cobre y oro variable

Propiedades de Cianocomplejos

Resultados obtenidos para el circuito de resina

Resultados obtenidos de la planta piloto de resina

Resultados obtenidos del circuito industrial de carbon activado en condiciones de operacin normal

Efecto de la concentracion de cianuro en la extraccion de oro de solucion de aurocianuro..

Fig. 1. 18Fig. 2. 21Fig. 3. 28Fig 4. 30Fig. 5. 32Fig. 6. 34Fig. 7. 35Fig. 8. 39Fig. 9. 40Fig. 10. 41

Fig. 11. 59

Fig.12. 82Fig. 13. 91Fig. 14. 92

Fig. 15. 97Fig. 16 98Fig. 17 Diagrama de Flujo del Proceso Merril-Crowe. 100Fig. 18 Diagrama Esquemtico del Proceso de Adsorcin con Carbn 102

Fig. 19 107Fig. 20. 108Fig. 21. Diagrama del Proceso de Extraccin por Solventes 110Fig. 22. Vista de los pads de lixiviacin en pilas. 113Fig. 23. Circuito de Adsorcin CIC Planta ADR Santa Rosa. Ao 2005 114Fig. 24. 116Fig. 25. Fundicin del precipitado 118

Fig. 26 127

Fig. 27. 128Fig. 28 Circuito de adsorcin- Planta Piloto 134Fig. 29 Celda de Electrodeposicin -Planta Piloto 135Fig. 30 135Fig. 31 137

Fig. 32 139

Fig. 33 145Fig. 34 146Fig. 35 148

Fig. 36 155

Diagrama de Flujo para la Lixiviacin de Metales Preciosos utilizando Cianuro en Tanques Agitados

Estructura del chitosanPoli condensacin entre fenol y formaldehdoPolimerizacin entre el divinilbenceno y el cido metacrilicoResina Quelatante

Efecto del pH en la Extraccin de Oro de Solucin Aurocianuro por Aminas Primaria, Secundaria y Terciaria.

LISTA DE FIGURAS

Estructura general de la guanidina:Cation guanidino

Esquema de la reaccin de intercambio ionicoEsquema del proceso de difusin en el intercambio ionico.Sntesis adicin polimerizacin de una resina estirnica de intercambio aninico

Sntesis del copolmero estireno-divinilbencenoColumna Estratigrfica del yacimiento minero Santa RosaUbicacin geogrfica de la Unidad Minera Santa Rosa SA

Tipo de Zeolita (Edingtonita)

Cintica de carga de la Resina Aurix 100 para un PLS de 0.624 ppm de Au.Comparacin % de adsorcin de Au en la Resina Aurix 100 vs. el Carbn activado Calgon .

Mallas de acero inoxidable de la celda de ElectrodeposicinEfecto del pH en las Isotermas de Extraccin de la resina Aurix 100.

Diagrama de Flujo para Lixiviacin en Montones

Efecto del pH en la Extraccin de Aurocianuro Utilizando Resinas de Base Fuerte (RBF) y Resinas de Base Dbil (RBD)[12].Diagrama de una Planta Piloto de Resinas con Intercambio Inico

Circuito de Reactivacin trmica del carbn.

Efecto de la concentracion inicial de oro en la extraccion

Curva de desorcion obtenida a partir de los resultados de la primera columna

Fase Acuosa: Solucin Base 1 mg/l Au.

Efecto de los cianoaniones en las Isotermas de Extraccion.

Efecto del tipo de solucion acuosa en las isotermas de extraccion.Isotermas de pH para cianoaniones

Fig. 37 165Log D vs. pH para la extraccion de oro.

RESUMEN

El presente trabajo ha sido desarrollado en base a pruebas experimentales

realizadas a escala de laboratorio y semi-industrial (planta piloto), estas

pruebas fueron llevadas a cabo en la Compaa Minera Aurfera Santa Rosa

S.A. (COMARSA) en el ao 2005; y se realizaron en paralelo con el circuito

de carbn activado industrial a fin de comparar el proceso de carbn en

solucin ( CIS ) con el proceso de resina en solucin ( RIS ).

En base a los resultados obtenidos experimentalmente se considera que

existen ventajas cualitativas que favorecen el uso de resinas sintticas,

siendo las principales: su rpida velocidad de extraccin del oro desde

soluciones cianuradas, aun con la presencia de cianoaniones, su resistencia

a la atriccion, su mayor capacidad de carga, su selectividad al preferir el Au ,

absorbiendo en menor proporcin a la plata y el cobre en comparacin con

el carbn activado, verificndose esto a escala piloto

Desde el punto de vista operacional resultan tambin muy favorables ya que

las resinas requieren menor temperatura de descarga en comparacin con el

carbn y no requiere reactivacin trmica., solo se necesita de un lavado con

una solucin diluida de HCL para regenerar a las resinas.

En conclusin el tratamiento de recuperacin del oro desde soluciones

cianuradas, utilizando las resinas sintticas, es una tecnologa a ser

considerada como una posible reduccin de costos y mejoras en el proceso.

SUMMARY

The present work has been developed on the basis of experimental tests

concerning laboratory and semi-industrial (pilot plants), these tests were

carried out in Compaa Minera Aurfera Santa Rosa S.A. (COMARSA) in

2005; and they were realized in parallel with the circuit of activated carbon

industrialist in order to compare the coal process in solution (CIS) with the

resin process in solution (RIS).

On the basis of the results obtained experimentally it is considered that

qualitative advantages exist that favor the use of synthetic resins, being the

main ones: its fast speed of extraction of gold from cyanided solutions, even

with the presence of cianoaniones, its resistance to atriccion, its greater lifting

capacity, its selectivity when preferring the Au, absorbing in smaller

proportion to the silver and the copper in comparison with the activated

carbon, verifying this on pilot scale.

From the operational point of view they are also very favorable since the

resins require minor temperature of unloading in comparison with the carbon

and it does not require thermal reactivation, is only needed a washing with a

diluted solution of HCL to regenerate to resins.

In conclusion the treatment of recovery of gold from cyanided solutions,

using the synthetic resins, is a technology to be considered like a possible

reduction of costs and improvements in the process.

I

GENERALIDADES

1.1 Introduccin

Nuestro pas posee una gran riqueza mineral, polo de desarrollo en varias

regiones desde los tiempos prehispnicos. Durante la etapa colonial se

trabajaron algunos minerales de oro y plata de alta ley, dando lugar a la

formacin de grandes ciudades; desafortunadamente estas reservas se

fueron agotando y esto dio lugar a la bsqueda de tecnologa para el

tratamiento de minerales de baja ley. En el caso de los metales preciosos,

alrededor de 1890, se comenz a utilizar el proceso de cianuracin, para la

disolucin de los valores de oro y plata en minerales de baja ley, utilizando

cianuro de sodio en medio alcalino. Casi al mismo tiempo se desarroll la

tcnica de cementacin con zinc, para la recuperacin de estos valores,

proceso bien establecido en la hidrometalurgia de los metales preciosos.

Posteriormente, a finales de la dcada de los setenta, se empez a aplicar el

proceso de adsorcin en carbn para soluciones diluidas de cianuracin

alcalina. Muy poca atencin se ha dado a la extraccin por intercambio

inico, como una alternativa de proceso para la recuperacin de oro.

Las operaciones de lixiviacin en montones para recuperacin de oro en

minerales de baja ley han venido incrementndose en los ltimos aos.

Existen varias plantas hidrometalrgicas para la recuperacin de oro,

- 10 -

partiendo de la lixiviacin de minerales de baja ley, las cuales utilizan el

proceso de adsorcin en carbn, otras utilizan cementacin con zinc y una

otras utilizan el proceso combinado de adsorcin en carbn y recuperacin

por cementacin.

La combinacin de estos factores ha permitido a las empresas fabricantes

de reactivos, iniciar varios proyectos de investigacin con el propsito de

desarrollar un extractante adecuado para el proceso de extraccin por

intercambio inico en la recuperacin de oro partiendo de soluciones tpicas

de lixiviacin de oro con cianuro.

El proceso de intercambio inico consiste en el tratamiento de soluciones de

lixiviacin, para extraer de ellas una o mas compuestos, mediante la

utilizacin de resinas slidas, altamente reticuladas y con iones

intercambiables. Estas resinas en general, estn compuestas de granos, que

tienen una gran rea especfica, debido al reticulado ya sealado, y que al

ponerse en contacto con una solucin rica de lixiviacin, atrapan

qumicamente uno o ms metales desprendindose al ion intercambiable.

Con esto se obtiene la resina cargada con el metal (o con un complejo del

metal). Luego se usa otra solucin de caractersticas fsico -qumicas

distintas a la de la lixiviacin o eluyente mediante la cual se descarga al

metal atrapado y se regeneran las capacidades extractivas de la resina.

El intercambio inico es un fenmeno que ocurre con frecuencia en la

naturaleza, por ejemplo en el caso de los almino-silicatos las zeolitas, que

- 11 -

son quienes proporcionan la malla slida tridimensional con la cual los iones

intercambiables estn asociados. Los procesos de intercambio inico que

ocurren en los suelos fueron observados, al menos desde 1850, por J.T.

Way y H.S. Thompson. Desde ah hubo varios intentos exitosos en el

tratamiento de aguas duras, (para ablandar aguas duras, removiendo los

iones de calcio y magnesio y remplazndolos por una cantidad inicamente

equivalente de iones de sodio), datan de 1905 con el uso de silicatos

naturales y tambin algunos silicatos sintticos por parte de R.Gans.

Luego, las primeras resinas de intercambio inico completamente sintticas

fueron preparadas recin en 1935, por B.A. Adams y E.L Holmes. Estas se

prepararon mediante la polimerizacin condensada de fenoles con

formaldehdo. El polmero resultante se sulfon con cido sulfrico, para

introducir los grupos funcionales SO3H, fuertemente cidos producindose

as la primera resina de intercambio catinico.

En aos recientes, han surgido varias tcnicas para la recuperacin de oro y

plata de soluciones de cianuro, tiourea, y tiosulfato, entre las que se

encuentra el uso de resinas por el proceso de intercambio inico.

1.2 Objetivos

El objetivo de esta investigacin, es estudiar las variables del proceso de

extraccin, utilizando la resina aurix 100 para la extraccin selectiva de oro

a partir de soluciones alcalinas de cianuracin. Las variables de estudio son

el pH, concentracin inicial de oro, fuerza inica, efecto de otros

- 12 -

cianoaniones y cianuro libre en la fase acuosa y la concentracin de la

resina.

El trabajo de investigacin comprende las siguientes etapas:

i. Evaluar las caractersticas bsicas del sistema en la etapa de

extraccin (cintica de extraccin, capacidad de carga de la resina,

efecto del pH y concentracin de la resina).

ii. Analizar la selectividad de la resina para iones aurocianuro Au(CN)-2

con respecto a otros cianoaniones contenidos en la solucin de

lixiviacin, tales como Ag(CN)-2, Cu(CN)2-3, Zn(CN)2-4, Fe(CN)4-6 en

funcin de los coeficientes de distribucin, el efecto del pH,

concentracin de la resina.

iii. Evaluar las variables de pH y concentracin de reactivos en el

despojamiento de la resina obteniendo una nueva solucin acuosa

con iones Au(CN)-2 en forma purificada y concentrada, adecuada

para la recuperacin final del metal por electrodepositacin.

iv. Realizar pruebas en un circuito continuo con los mejores valores

obtenidos en el estudio batch y verificar el nmero de etapas

requeridas para una extraccin adecuada de los iones aurocianuro.

- 13 -

1.3 Antecedentes

1.3.1 Panorama Actual de la Produccin de Metales Preciosos.

La minera en el Per se caracteriza por la explotacin y beneficio de los

minerales poli metlicos destacando como metales principales de

exportacin al oro, cobre, plata, zinc, plomo y estao. La produccin de

estos metales permite que el Per est colocado entre los principales

productores mineros del mundo.

Un alto porcentaje de la produccin minera de plata, plomo y zinc se

exportan como concentrados. En el caso del oro y cobre la presentacin es

bsicamente en forma metlica con diferentes grados de pureza.

Los rasgos actuales del contexto minero en el Per se caracterizan por:

Explotacin exitosa de yacimientos de baja ley de minerales de cobre y minerales de oro.

Incorporacin de aspectos ambientales en el manejo de las operaciones metalrgicas.

Ejecucin de acciones en beneficio de las poblaciones vecinas a las faenas mineras.

En el Per, es notable el desarrollo de la gran minera aurfera, debido a sus

operaciones de amplia envergadura que se han beneficiado con la

- 14 -

economa de escala, bajo costo unitario por unidad producida y que obtiene

beneficios adicionales por algunos subproductos.

Ello pudo lograrse por la aplicacin exitosa de tecnologas adecuadas,

combinado con tcnicas de ingeniera, diseo y construccin apropiadas.

Los circuitos de molienda, por ejemplo, tienen actualmente un perfil ms

dinmico, dando como resultado un menor nmero de operaciones unitarias,

que reemplazan a los circuitos de conminucion de mltiples etapas. A su

vez, las plantas concentradoras utilizan un menor nmero de grandes, pero

eficientes mquinas de flotacin. El transporte hidrulico de slidos es

eficiente y ambientalmente adecuado con el uso de tuberas especiales

denominadas mineroductos.

1.3.2 La tecnologa en las empresas mineras

El desarrollo de un proyecto minero exige el uso intensivo de tecnologa. En

el procesamiento de minerales, las variadas alternativas tecnolgicas para el

desarrollo de un proyecto requieren evaluaciones de laboratorio y pruebas

piloto que demuestren su factibilidad.

El vertiginoso avance de la tecnologa obliga a un permanente monitoreo de

las innovaciones y su incorporacin a los procesos metalrgicos. En este

contexto, la tecnologa es considerada un factor estratgico en el desarrollo

de los proyectos mineros.

- 15 -

El precio de los metales, tales como cobre, zinc y plata, se encuentran muy

cerca o estn en niveles histricamente bajos. Esto significa que, en muchos

proyectos potenciales, a menos que sean suficientemente afortunados como

para contar con leyes de cabeza muy altas, el proyecto deber identificar la

tecnologa de procesamiento metalrgico que permita reducir los costos de

capital, y a la vez, trabajar con bajos costos de operacin.

Este aspecto tiene especial importancia en los proyectos pequeos que no

pueden obtener las ventajas obvias de la economa de escala. Mediante el

uso de tecnologa especifica, las plantas concentradoras deben lograr la

recuperacin, capacidad, leyes de concentrado, cumplir con normas

ambientales y proveer un lugar de trabajo seguro.

En conclusin la minera peruana ha experimentado importantes avances en

el desarrollo de nuevos procesos, en equipos nuevos u optimizados y en

operaciones unitarias. Actualmente, estamos en una etapa de captacin y

adaptacin de tecnologas desarrolladas en otras latitudes, las cuales

seguirn aplicndose en los futuros proyectos.

En los aos recientes, el procesamiento de minerales en nuestro pas ha

incorporado tecnologas especificas para el tratamiento de diseminados de

oro, empleo de mineroductos, desarrollo de biotecnologa minera,

aplicaciones de flotacin columnar, aplicaciones de molienda SAG,

- 16 -

modernizacin de plantas hidro y piro metalrgicas que incorporan

tecnologas de adecuacin al medio ambiente,etc.

En las plantas concentradoras an es factible incrementar la eficiencia en un

nmero significativo de operaciones de conminucion y flotacin de

minerales.

El pas dispone de un conjunto de entidades y profesionales con alta

capacidad para el desarrollo y adaptacin de modernas tecnologas en el

procesamiento de minerales, en beneficio de los nuevos proyectos mineros.

1.4 Ubicacin geogrfica

La Compaa Minera Aurfera Santa Rosa S.A. se encuentra ubicado en el

paraje de Pampa Larco. Polticamente pertenece al distrito de Angasmarca,

provincia de Santiago de Chuco, departamento de la Libertad. La unidad

minera se encuentra a una altitud promedio de 3,600 m.s.n.m., estando la

concesin delimitada por las siguientes coordenadas:

N 9`105,000 E 828,000 y

N 9`103,000 E 830,000

- 17 -

El acceso a la unidad minera desde Lima es por va terrestre a travs de la

carretera Panamericana Norte hasta la ciudad de Trujillo (623 Km), de aqu

se contina por una carretera afirmada de aproximadamente 225 Km para

llegar a la mina. El acceso tambin se puede realizar mediante va area

desde la capital o de Trujillo hasta la pista de aterrizaje ubicado en la mina.

El yacimiento minero de COMARSA se encuentra localizado en el flanco

oeste de la Cordillera Occidental de los Andes, regin donde ocurren rocas

sedimentarias del Cretcico Inferior, como lutitas de la familia Chicama y

areniscas cuarcferas y cuarcitas de la familia Chim.

El relieve local es el resultado de la accin de la intemperizacin sobre las

diferentes condiciones geolgicas locales, las rocas menos resistentes han

formado relieves suaves, mientras que las rocas mas resistentes ha formado

crestas y colinas alargadas con rumbo NW-SE y de perfil anguloso.

El Clima de la zona es templado a frgido, con una temperatura promedio de

10.9 C, caracterizado por la alternancia de dos estaciones bien definidas,

una estacin seca con fuertes vientos y frecuentes heladas (Abril a Octubre)

y otra estacin con fuertes lluvias (Noviembre a Marzo).

- 19 -

Fig. 1. Ubicacin geogrfica de la Unidad Minera Santa Rosa SA 1

COMARSA

- 19 -

1.5 Geologa de la Mina

El yacimiento santa rosa esta emplazada en rocas de la formacin Chim de

edad Cretcica Inferior compuesto por arenisca y cuarcitas gris

blanquecinas.

1.5.1 Estratigrafa

La unidad minera Santa Rosa S.A. yace sobre las formaciones Chim y

Chicama, est ltima la ms antigua.

En el yacimiento de Santa Rosa la formacin Chicama esta compuesta

esencialmente de lutitas negras con fina estratificacin horizontal, con

intercalaciones ocasionales de areniscas y cuarcitas claras presentando

tambin lentes de calizas carbonosas, que presenta diseminaciones de

pirita.

La formacin Chim, est compuesta por ortocuarcitas de color blanco a gris

claro con tonalidades rojizas, productos del intemperismo, con

intercalaciones de lutitas, limonitas y presencia espordica de lutitas con

contenido de carbn.

1.5.2 Mineralizacin

La mineralizacin esta controlada por factores estructurales y litolgicos.

Estructuralmente esta asociada a un sistema de fallas normales paralelas

con rumbo N 10 - 20 W buzando 35 a 70 SW.

En el tajo Tentadora presenta fallas regionales llamadas Santa Francisca y

Santa Rosa al este y oeste respectivamente, las cuales se asocian a otras

- 20 -

estructuras formando un sistema de fallas y fracturas en las cuales se han

concentrado los flujos mineralizantes y que en algunos casos se

encuentran leyes de ms de 2 g Au/t . Existe otro grupo de fallas con

orientacin N 40 a 60 E denominados Desaguadero y San Francisco al

Norte y Sur del tajo Tentadora que han servido de canales de mineralizacin.

El control litolgico est dado por los horizontes de areniscas y cuarcitas

pertenecientes a la formacin Chim que presentan distinta granulometra,

as como la presencia de pirofilita producto de la alteracin hidrotermal de

arcillas el cual se presenta formando trampas litolgicas de la mineralizacin

aurfera a la cual se asocia.

- 21 -

Fig. 2. Columna Estratigrfica del yacimiento minero Santa Rosa

Formacin Chicama

CR

ET

AC

EO

IN

FER

IOR

Miembro superior

Lutitas Negras Fosiliferas, areniscas gris oscuras, espordicos niveles calcreos

Zona Mineralizada

Cuarcitas y areniscas grises y blancas, con intercalaciones de lutitas negras, contienen lentes de carbn

Diques y Sills(Interm-Acido)

Limoarcillitas y lutitas

COLUMNA ESTRATIGRAFICA DEL YACIMIENTO MINERO SANTA ROSA

JUR

AS

ICO

SU

PE

RIO

R

MODIFICADA DEL BOLETIN N8 CARTA GEOLOGICA NACIONAL

Miembro inferior; intercalacion de areniscas y lutitas grises, con delgados niveles arcillosos

Miembro inferior

FOR

MA

CIO

N C

HIM

U

Miembro intermedio

- 22 -

La zona mineralizada de Santa Rosa se distingue por la presencia de

sulfatos y xidos de hierro como son la jarosita (k2Fe6 (SO4).4(OH)6 ),

Limonita, Goethita (Fe3O (OH)), Hematita (Fe2O3), asociados a Escorodita

(As O4 Fe2 H2O). Este ultimo producto de la oxidacin de la arsenopirita, el

cual se presenta asociado a la pirita (S2Fe), estos dos ltimos minerales se

encuentran espordicamente en pequeos grupos aislados inalterados.

La alteracin cuarzo sericita es otro rasgo distintivo de la alteracin de este

tipo de yacimiento, as como la ocurrencia de minerales de alto contenido de

aluminio, como es el caso de caolinita (Al2Si2O5 (OH)4), pirofilita (Al2Si4010

(OH)2) y la Dispora (Al O (OH)), distribuidos regularmente y asociados

ntimamente con la ocurrencia de Oro en el yacimiento.

La presencia de estos minerales propios de las condiciones de acidez encaja

con las caractersticas de un yacimiento epitermal de alta sulfurizacin.

1.5.3 Geologa estructural

Regionalmente el yacimiento est bisecado por fallas de orientacin NW-SE

y fallas NE-SW. Estas fallas que forman un sigmoideo distrital, en algunos

casos han servido como canales alimentadoras de soluciones

mineralizantes.

Los tajos Sacalla, Tentadora y Seductora presentan fallas de tipo inverso

producto del plegamiento en una primera etapa. El fallamiento de tipo normal

producto de los esfuerzos de distorsin ha producido un intenso

fracturamiento en las rocas del Chim.

- 23 -

Este intenso fracturamiento en las cuarcitas del Chim, ha servido para la

circulacin y en muchos casos para el emplazamiento de las soluciones

mineralizadas, conformando cuerpos u horizontes mineralizados en capas

favorables.

Distritalmente se observa estructuras circulares que estn relacionadas a la

presencia de intrusivos locales.

1.6 Minera

La explotacin se realiza en bancos de 8 m de alto. El explosivo que se

vienen usando en la fragmentacin de la roca como para mineral y desmonte

son los HEAVY ANFO`S (mezcla de nitrato de amonio, emulsin y petrleo)

de distintos porcentajes que vienen siendo utilizados en los diferentes tajos.

Estas composiciones van a depender fundamentalmente del tipo de roca y

de la presencia de agua en los taladros.

El carguo se realiza con la ayuda de cargadores frontales y el transporte

con volquetes.

Orgnico despojado

- 24 -

II

ASPECTO TEORICO

2.1 Definicin de Intercambio Inico

El intercambio inico es una reaccin qumica reversible, que tiene lugar

cuando un ion de una disolucin se intercambia por otro ion de igual signo

que se encuentra unido a una partcula slida inmvil. Este proceso tiene

lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgnica como

en las clulas vivas.

Por sus propiedades como disolvente y su utilizacin en diversos procesos

industriales, considerando que el agua acostumbra a tener muchas

impurezas y contaminantes, que las sales metlicas se disuelven en el agua

separndose en iones, cuya presencia puede ser indeseable para los usos

habituales del agua y adems, el creciente inters por el medio ambiente

que impone establecer tratamientos eficaces que eviten el deterioro de la

calidad de las aguas, especialmente por el vertido de efluentes industriales

altamente contaminados, podemos considerar entre todos los tratamientos

posibles: el intercambio-inico.

- 25 -

2.2 Antecedentes del Intercambio Inico

La ciencia de intercambiar un ion por otro empleando una matriz es una

metodologa antigua. Ya en la Biblia, Moiss emplea la corteza de un rbol

para obtener agua potable a partir de agua salobre (xodo 15,23-25) y

Aristteles menciona que haciendo pasar agua de mar a travs de un

recipiente de cera se obtiene agua dulce (Meteorologa, libro II, Parte 3).

Las propiedades como intercambiadores inicos de algunas arcillas y

minerales se conocen desde el siglo XIX y se atribuye la primera

observacin del fenmeno a Thompson y Way, cuyos estudios con distintas

muestras de suelos agrcolas fueron publicados en 1850. En sus

experimentos pasaron una disolucin de sulfato o nitrato amnico a travs

de diversas muestras de arcilla procedente de suelos agrcolas, observando

que el filtrado obtenido contena iones calcio en lugar de iones amonio. Esta

afinidad de algunos suelos por el ion amonio frente otros cationes, en este

caso el calcio, los haca ms adecuados para su uso agrcola. La

importancia de estos resultados en cuanto al fenmeno de intercambio

inico, no fue comprendida en su totalidad hasta que Henneberg y

Stohmann y Eichhorn, demostraron la reversibilidad del proceso en 1850.

Ms adelante, en 1870, los estudios de Lemberg sobre la capacidad

intercambiadora de las zeolitas ampliaron los conocimientos en estos

procesos de intercambio. De hecho, las zeolitas son un ejemplo clsico de

- 26 -

minerales con capacidad intercambiadora, y ya en 1927 se emple la

primera columna de zeolita mineral para eliminar iones calcio y magnesio

que interferan en la determinacin del contenido en sulfato del agua.

En 1905, Gans modific minerales naturales denominndolos permutitas,

silicatos de sodio y aluminio sintticos, que fueron las primeras sustancias

empleadas en la eliminacin de la dureza del agua. No obstante estos

compuestos tenan en su contra que mostraban capacidades de intercambio

bajas (aunque su velocidad de regeneracin era rpida) y que por debajo de

pH 7 se disolvan en agua. Fueron utilizados durante cerca de catorce aos

y luego se abandonaron debido a sus limitaciones hasta 1950 que volvieron

a utilizarse.

Una etapa intermedia en la evolucin del intercambio inico fue el

reconocimiento de las propiedades intercambiadores de varios materiales

orgnicos, como el carbn sulfonado. Este material presentaba un grupo

funcional capaz de intercambiar cationes de modo reversible y adems

operaba en un rango de pH mayor que los silicatos de aluminio, de 1 a 10,

por lo que resultaba ser aplicable a un nmero mayor de procesos

industriales. El inconveniente del carbn sulfonado era que su capacidad de

intercambio era aun menor que la de los silicatos de aluminio.

La aportacin ms importante al desarrollo del intercambio inico fue la

sntesis de resinas orgnicas, realizada en 1935 por los qumicos Basil

- 27 -

Adams y Eric Holmes del Departamento de Investigacin Cientfica e

Industrial (Reino Unido). Desarrollaron polmeros orgnicos que imitaban a

las zeolitas mediante la reaccin de condensacin entre el fenol y el

formaldehdo. Sustituyendo el fenol por derivados de ste, como fenoles

polihdricos o por diaminas aromticas, se dio paso a las resinas de

intercambio catinicas o aninicas. Posteriormente, Holmes produjo una

resina catinica fuerte a partir del cido fenolsulfnico. Las primeras resinas

Amberlita (Rohm y Hass) y Dowex (Dow Chemical Co) se basaban en esta

qumica.

A finales de la II Guerra Mundial, se desarrollaron polmeros

intercambiadores de iones sintetizados mediante reacciones de adicin,

cuya estabilidad qumica y trmica era mayor que las resinas de

condensacin. El pionero de este trabajo fue Gaetano D'Alelio, que incorpor

grupos de cido sulfnico a un polmero de estireno entrecruzado con

divinilbenceno (copolmero estireno-divinilbenceno), dando lugar a las

resinas catinicas de cido fuerte. Unos aos ms tarde, en 1947, McBurney

produjo las resinas aninicas de base fuerte, cuyo grupo funcional era un

amino cuaternario. El uso del copolmero estireno-divinilbenceno como

matriz para enlazar grupos con capacidad intercambiadora, supuso una

tremenda expansin en los procesos de intercambio inico. De hecho, la

mayora de las resinas que se emplean actualmente tienen como matriz este

copolmero.

- 28 -

Fig. 3. Sntesis del copolmero estireno-divinilbenceno(12)

Un paso ms en el desarrollo de los intercambiadores inicos fue la

bsqueda de especificidad. En 1948, Skogseid produce la primera resina

especfica para un metal, potasio, y a partir de este momento los

investigadores basaron sus esfuerzos en incorporar a la matriz de la resina

distintos grupos funcionales que aumentasen su selectividad por un

determinado compuesto, desarrollando as las resinas quelatantes.

Desde entonces se ha continuado la investigacin y el desarrollo en nuevas

estructuras polimricas (macro porosas, poli acrlicas, tipo gel) dando lugar a

una serie de modernas resinas de intercambio inico, cuyo empleo en el

campo de aplicaciones industriales ha sido enorme.

2.3 Clasificacin de los Intercambiadores Inicos

Los intercambiadores inicos forman un grupo de materiales muy

heterogneo, cuya nica caracterstica comn es que contienen una carga

elctrica fija capaz de enlazar a iones de carga opuesta. Se clasifican en dos

- 29 -

grandes grupos: intercambiadores orgnicos e intercambiadores inorgnicos.

Ambos grupos incluyen materiales sintticos y naturales.

2.3.1 Intercambiadores inicos inorgnicos

Naturales: Son aluminosilicatos como zeolitas, arcillas minerales y

feldespatos.

Sintticos: Generalmente se pueden subdividir en las siguientes categoras:

- xidos metlicos hidratados, Ej. xido de titanio hidratado, cido poli

antimnico

- Sales insolubles de metales polivalentes, Ej. Fosfato de titanio

- Sales insolubles de heteropolicidos, ej. Molibdofosfato amnico

- Sales complejas basadas en hexacianoferratos insolubles

- Zeolitas sintticas.

Las zeolitas y las arcillas son minerales de aluminosilicatos ampliamente

distribuidos en la corteza terrestre. Algunas proceden de la erosin de las

rocas, otras aparecen como depsitos sedimentarios y, por ltimo, algunas

tienen origen volcnico.

Las zeolitas son slidos micro porosos con una estructura cristalina bien

definida. La unidad constructora bsica es el tetraedro TO4 (donde T=Si, Al,

B).

- 30 -

Fig 4. Tipo de Zeolita (Edingtonita)

Ga, Ge, P...) cuya unin tridimensional a travs de los tomos de oxgeno da

lugar a la estructura polidrica tpica de las zeolitas. Esta estructura

tridimensional presenta pequeos poros y canales en los que se alojan los

iones intercambiables y donde tiene lugar la reaccin de intercambio inico.

Las unidades TO4 ms comunes son SiO4 -4 y AlO4-5. La formula general de

las zeolitas se puede escribir como:

Ma/n[(AlO2)a(SiO2)b]xH2O.

La capacidad de intercambio de cationes de las zeolitas proviene de la carga

negativa que lleva asociada la unidad AlO4. Cuando n Al3+ sustituyen a Si4+,

es necesario un contracatin Mn+ para neutralizar la carga negativa

resultante. El contracatin M suele ser el ion Na+ o H+ (en cuyo caso la

zeolita constituye un cido slido) y tienen la particularidad de ser fcilmente

reemplazables por otros cationes que puedan difundir a travs de los

canales de la zeolita.

- 31 -

Las arcillas minerales son aluminosilicatos estructurados en capas

bidimensionales. Estn formadas por una capa resultado de combinar

tetraedros de SiO4 y otra capa resultado de combinar octaedros de Al unido

a seis oxgenos o a seis grupos OH. Ambas capas se unen entre s

compartiendo oxgenos. La capacidad de intercambiar cationes es resultado

de la sustitucin del Si4+ por el Al3+ en la capa tetradrica, lo cual supone un

exceso de carga negativa que es contrarrestado por cationes susceptibles

de ser reemplazados.

Las zeolitas tienen una estructura de poro rgida, mientras que las

estructuras en capa de las arcillas minerales tienen cierta elasticidad

dependiendo de en que forma inica se encuentre el mineral. En ambas,

zeolitas y arcillas, las propiedades de intercambio inico se basan

principalmente en la densidad de carga y en el tamao de poro.

2.3.2 Intercambiadores inicos orgnicos

2.3.2.1 Resinas orgnicas naturales

Existen varios polmeros naturales que actan como intercambiadores

inicos, como celulosa, cido algnico, chitina, chitosan, dextrano y agarosa,

y tambin derivados de stos.

Chitina y chitosan son dos polisacridos naturales que han mostrado

excelentes propiedades en la fijacin de metales. La chitina es un polmero

lineal de alto peso molecular de la N-acetil-D-glucosamina, que abunda en

- 32 -

las paredes celulares de algunos hongos y en el caparazn de crustceos

como cangrejos, langostas y langostinos. El chitosan es un derivado de la

chitina que se obtiene por hidrlisis de esta ltima, y consiste en uniones de

D-glucosamina. La presencia de nitrgeno en su estructura hace que sean

susceptibles de emplearse como polmeros quelatantes de metales.

Fig. 5. Estructura del chitosan(12)

El cido algnico es un polisacrido lineal formado por dos monmeros, el

cido D-manurnico y el cido L-gulurnico. Es un componente del

esqueleto de las algas pardas, de donde se asla. Debido a esta funcin de

soporte, el cido algnico destaca por ser un polmero fuerte y a la vez

flexible, propiedad que ha determinado sus aplicaciones industriales.

El cido algnico puede ser soluble o insoluble en agua dependiendo del

catin al cual se asocie su sal. Las sales sdicas, amnicas o de otros

metales alcalinos son solubles, mientras que las sales de metales

polivalentes, como calcio, son insolubles, con la excepcin del magnesio.

Los cationes polivalentes se unen al polmero all donde encuentran dos

residuos de cido gulurnico cercanos, por lo que se considera que estos

- 33 -

cationes son los responsables del entrecruzamiento de la cadena polimrica.

Esta afinidad por los cationes polivalentes unida a la insolubilidad del

polmero resultante, indican su posible aplicabilidad como extractante de

metales.

Los polisacridos dextrano y celulosa son polmeros de D-glucosa, (1-6)-

glucosa y b(1-4)-glucosa respectivamente. La agarosa es un polisacrido

preferentemente neutro y es el componente que determina el poder

gelificante del agar. Consiste en cadenas alternadas de D-galactosa-3,6-3,6-

anhidro-L-galactosa.

La celulosa natural tiene propiedades intercambiadoras debido al pequeo

nmero de grupos carboxilo que contiene su estructura. Se emplea como

estructura base para, mediante derivatizacin, dar lugar a intercambiadores

catinicos, como la carboximetilcelulosa, o aninicos, como la dietilaminoetil

(DEAE) celulosa.

El dextrano se hace reaccionar con epiclorhidrina que acta entrecruzando

las cadenas para dar polmeros de estructura tridimensional.

Los tres son matrices comunes empleadas en cromatografa de intercambio

inico y en la separacin de protenas ya que al tener poros de gran tamao

permiten la separacin de biomolculas cargadas.

- 34 -

Estos intercambiadores se conocen tambin por sus nombres comerciales,

Sephadex (dextrano), Sepharose (agarosa) y Sephacel (celulosa).

2.3.2.2 Resinas orgnicas sintticas

Las resinas sintticas de intercambio inico consisten en una matriz

polimrica reticulada por la accin de un agente entrecruzante y derivatizada

con grupos inorgnicos que actan como grupos funcionales. Son los

materiales ms habituales en las aplicaciones de intercambio inico en la

industria. Como ya hemos mencionado, el desarrollo de las resinas sintticas

comenz con la sntesis de las mismas mediante polimerizacin con

condensacin (fenol-formaldehdo, epiclorhidrina-amina) y, posteriormente,

se sintetizaron mediante polimerizacin por adicin. La mayora de las

resinas comerciales estn basadas en la estructura estireno-divinilbenceno,

debido a su buena resistencia qumica y fsica y a su estabilidad en todo el

rango de pH y a la temperatura. Tambin se emplean matrices polimricas

basadas en el cido acrlico o metacrilico.

Fig. 6. Poli condensacin entre fenol y formaldehdo (12)

- 35 -

Fig. 7. Polimerizacin entre el divinilbenceno y el cido metacrilico (12)

En el proceso de fabricacin de la matriz polimrica, estireno y

divinilbenceno, que son insolubles en agua, se mezclan mediante un

agitador a una velocidad que rompe la mezcla en pequeas esferas. Estas

esferas a medida que transcurre la reaccin se endurecen formando perlas

esfricas, que es la forma en la que se suelen presentar estas resinas.

En este punto, el copolmero no esta funcionalizado.

El entrecruzamiento confiere a la resina estabilidad y resistencia mecnica,

as como insolubilidad. El grado de entrecruzamiento es un factor importante

de controlar ya que no slo determina las propiedades mecnicas de la

resina, sino tambin su capacidad de hincharse (swelling) y de absorber

agua.

El hinchado del polmero se produce cuando el disolvente penetra en los

poros de la estructura polimrica, ensanchndolos y abriendo, por tanto, la

estructura. A simple vista, se observa un aumento en el volumen que ocupa

- 36 -

la resina. El proceso de swelling favorece la permeabilidad de iones en la

matriz de la resina y mejora la accesibilidad a los grupos funcionales. Como

inconveniente, el aumento de tamao de la resina puede dar problemas de

exceso de presin si la resina est empaquetada en una columna y tambin,

que la resina sufra procesos de hinchado y descinchado puede, con el

tiempo, afectar a la estabilidad mecnica del polmero.

Hay dos formas de obtener una resina de intercambio inico funcionalizada:

1. Incorporar el grupo funcional durante la polimerizacin, por ejemplo

empleando monmeros ya funcionalizados.

2. Primero se lleva a cabo el proceso de polimerizacin y despus se

introducen los grupos funcionales sobre la matriz polimrica mediante las

reacciones qumicas oportunas, como sulfonacin o cloracin-aminacin.

A pesar de que con el primer proceso se obtiene resinas ms homogneas,

las limitaciones que provoca el entrecruzamiento hacen que el proceso ms

utilizado sea el segundo.

Sobre los polmeros ya funcionalizados pueden realizarse otras reacciones

qumicas para llevar a cabo su derivatizacin y obtener resinas con grupos

funcionales ms especficos que permitan aplicaciones ms concretas.

- 37 -

Las resinas pueden clasificarse en funcin de:

Estructura de la red polimrica

Tipo de grupo funcional

2.3.3 Tipos de resinas de intercambio inico segn su estructura de

red:

Tipo gel: Tambin conocidas como resinas micro porosas ya que

presentan tamaos de poro relativamente pequeos. En estas resinas

el fenmeno swelling es muy importante, ya que se hinchan en mayor

o menor medida en funcin del porcentaje de agente entrecruzante

empleado durante la polimerizacin y del disolvente en el que se

encuentre la resina.

Por ejemplo, una resina con baja proporcin de divinilbenceno se

hinchar mucho en disolucin acuosa, abriendo ampliamente su

estructura, lo cual permitir la difusin de iones de gran tamao.

Resinas macro porosas: Tambin llamadas macro reticulares.

Durante la sntesis de estas resinas a partir de sus monmeros, se

utiliza un co-solvente que acta interponindose entre las cadenas

polimricas creando grandes superficies internas. Este disolvente se

elimina una vez formada la estructura rgida del polmero. Las perlas

tienen una relacin rea/volumen mayor que las resinas tipo gel, y por

tanto, mayor capacidad de intercambio. La estructura macro reticular

- 38 -

favorece la difusin de los iones, mejorando por tanto la cintica de

intercambio.

Resinas isoporosas: Se caracterizan por tener un tamao de poro

uniforme, con lo que aumenta la permeabilidad de los iones en el

interior de la red. Son resinas de alta capacidad, regeneracin

eficiente y de coste ms bajo que las resinas macro porosas.

2.3.4 Tipos de resinas de intercambio inico segn el grupo

funcional:

Resinas catinicas de cido fuerte: Se producen por sulfonacin

del polmero con cido sulfrico. El grupo funcional es el cido

sulfnico, -SO3H.

Resinas catinicas de cido dbil: El grupo funcional es un cido

carboxlico -COOH, presente en uno de los componentes del

copolmero, principalmente el cido acrlico o metacrilico.

Resinas aninicas de base fuerte: Se obtienen a partir de la

reaccin de copolmeros de estireno-divinilbenceno clorometilados

con aminas terciarias. El grupo funcional es una sal de amonio

cuaternario, R4N+.

Resinas aninicas de base dbil: Resinas funcionalizadas con

grupos de amina primaria, -NH2, secundaria, -NHR, y terciaria, -NR2.

Suelen aplicarse a la adsorcin de cidos fuertes con buena

capacidad, pero su cintica es lenta.

- 39 -

Resinas quelatantes: En estas resinas el grupo funcional tiene las

propiedades de un reactivo especfico, ya que forman quelatos

selectivamente con algunos iones metlicos. Los tomos ms

frecuentes son azufre, nitrgeno, oxgeno y fsforo, que forman

enlaces de coordinacin con los metales. Sus ventajas sobre las

dems es la selectividad que muestran hacia metales de transicin y

que el carcter de cido dbil del grupo funcional facilita la

regeneracin de la resina con un cido mineral. No obstante son poco

utilizadas en la industria por ser ms caras que las anteriores y por

tener una cintica de absorcin ms lenta. La resina quelatante ms

conocida tiene como grupo funcional el cido iminodiactico, cuya

frmula puede verse en la siguiente figura.

Fig. 8. Resina Quelatante (12)

Resinas impregnadas: Constan de un soporte polimrico que se impregna con una disolucin orgnica que contiene a un extractante

selectivo a un metal en concreto. Estas resinas tienen un grave

- 40 -

inconveniente que es la prdida de disolvente durante su uso, lo cual

reduce su aplicabilidad.

2.4 Principios generales del Intercambio Inico con resinas slidas.

2.4.1 Reaccin de intercambio inico

Los intercambiadores inicos son matrices slidas que contienen sitios

activos (tambin llamados grupos ionognicos) con carga electroesttica,

positiva o negativa, neutralizada por un ion de carga opuesta (contra ion). En

estos sitios activos tiene lugar la reaccin de intercambio inico.

Esta reaccin se puede ilustrar con la siguiente ecuacin tomando como

ejemplo el intercambio entre el ion sodio, Na+, que se encuentra en los sitios

activos de la matriz R, y el ion calcio, Ca2+, presente en la disolucin que

contacta dicha matriz.

Fig. 9. Esquema de la reaccin de intercambio inico. (6)

- 41 -

A medida que la disolucin pasa a travs de la resina, los iones presentes en

dicha disolucin desplazan a los que estaban originariamente en los sitios

activos. La eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad

de la resina por un ion en particular, el pH de la disolucin si el grupo activo

tiene carcter cido y bsico, la concentracin de iones o la temperatura.

Es obvio que para que tenga lugar el intercambio inico, los iones deben

moverse de la disolucin a la resina y viceversa. Este movimiento se conoce

como proceso de difusin. La difusin de un ion est en funcin de su

dimensin, carga electroesttica, la temperatura y tambin est influenciada

por la estructura y tamao de poro de la matriz. El proceso de difusin tiene

lugar entre zonas de distinta concentracin de iones, de ms concentrado a

menos, hasta que tengan la misma concentracin.

Fig. 10. Esquema del proceso de difusin en el intercambio inico.

- 42 -

Las resinas de intercambio inico estn constituidas por granos de material

slido macromolecular, de carcter polar e insoluble, con un reticulado muy

fuerte que presentan una gran superficie interna y tienen aniones o cationes

mviles. En esencia, el intercambio inico es un fenmeno de interfase que

comprende un contacto inico, el desplazamiento y finalmente el

desprendimiento y alejamiento del in mvil. Si el in mvil es de carga

positiva, entonces se tienen resinas catinicas y si es negativo entonces

sern resinas aninicas.

Una sustancia que acta como intercambiador inico esta compuesta de

una estructura matriz, que es portadora de cargas elctricas positivas o

negativas. Esto es compensado por iones de signo contrario, denominados

contra-iones. Los contrapones son libres de moverse dentro de la estructura

y pueden ser reemplazados por otros iones del mismo signo, mientras que

los iones fijos a la estructura por esencia no son mviles. Los iones del

mismo signo que los de la matriz se llaman co-iones.

Cuando la matriz es portadora de iones fijos cargados positivamente, se

dice que el intercambiador es aninico, dado que puede cambiar aniones

con los contra-iones. En forma similar, un intercambiador catinico es

capaz de intercambiar cationes con sus contra-iones. Las reacciones de

intercambio se pueden representar as:

Para un intercambio aninico:

R+X- + A- > R+A- + X-

- 43 -

O bien, simplemente:

X- (resina) + A- (solucin) > A- (resina) + X- (solucin)

Para un intercambio catinico:

R-Y+ + B+ > R-B+ + Y+

O bien simplemente:

Y+ (resina) + B+ (solucin) >B+ (resina) + Y+ (solucin)

Si los iones intercambiados son de valencias diferentes, entonces se

preservan los balances de cargas y de masa. Por ejemplo, si A2- es

intercambiado por X- y B2+ por Y+, entonces las ecuaciones anteriores

pueden ser representadas as:

Para un intercambio aninico:

2X-(resina) + A2- (solucin) > A2-(resina) + 2X- (solucin)

Para un intercambio catinico:

2Y+(resina) + B2+ (solucin) > B2+(resina) + 2Y+ (solucin)

Los granos de los intercambiadores inicos pueden compararse con una

esponja en que los contra-iones se encuentran flotando en los poros.

Cuando la esponja se sumerge en una solucin, los contra-iones pueden

abandonar los poros y flotar hacia fuera. Con el objeto de preservar la

neutralidad elctrica de la esponja, un nmero estequiomtrico de otros

iones ingresa a los poros desde la solucin.

- 44 -

Los electrolitos disueltos pueden llegar a removerse completamente

desde la solucin acuosa, por la va de intercambiar sus cationes por

protones. H+, y todos los aniones por hidroxilos, OH- . Esto se puede

lograr en un mismo reactor provisto de dos etapas: una parte con resina

catinica y la otra con resina aninica. Tambin puede ser logrado

mediante un solo reactor que contenga una intima mezcla de partculas de

resina catinica y de resina aninica.

En general, si se tiene una resina R. con un grupo funcional reactivo

uniforme de iones A+, entonces su forma de sal es RA. En este caso, si la

solucin contiene otro catin B- entonces se podr establecer un equilibrio

del tipo:

RA + B+ < ------- > RB + A+

2.4.2 Termodinmica del Intercambio Inico

En la mayora de los casos de resinas de intercambio inico modernas, la

reaccin de intercambio es reversible, la posicin de equilibrio es

reproducible y se aplica la ley de accin de masas. As, para soluciones

diluidas ser posible definir una constante de equilibrio, basada en

concentraciones en vez de actividades:

[ ][ ][ ][ ]+

+=

BRAARBK

Ahora bien, se ha encontrado experimentalmente que la magnitud de la

constante de equilibrio, K, depende fuertemente de la naturaleza qumica

- 45 -

de los iones A+ y B-. As como de sus respectivas concentraciones. As, la

resina muestra una preferencia por algunos tipos de iones sobre otros, lo

cual da origen al fenmeno de selectividad en la etapa de carga del

proceso de intercambio inico.

La constante de equilibrio, K, relaciona las concentraciones de los iones

en la resina y en la solucin acuosa. Sin embargo, es muy difcil

establecer las actividades de los respectivos iones en la resina. Por esto,

para controlar el proceso y determinar cundo la resina captura o entrega

un determinado ion, se prefiere modificar dichos equilibrios observando y

actuando sobre el equilibrio que ocurre en la fase acuosa. De esta

manera, es posible tambin remover selectivamente algunos iones, de

preferencia frente a otros, mediante una descarga, o elucin, controlada y

selectiva de la resina.

Como se aprecia, entonces, el intercambio inico es un proceso que

permite dos opciones de separacin/purificacin de una especie inica

frente a las otras que la acompaan, a travs de:

a) la posible selectividad en la etapa de carga, lo que depende de la

resina misma, y

b) la descarga- o elucin - controlada y selectiva de la resina, lo que

depende de las caractersticas del eluyente usado.

Las resinas con grupos fuertemente cidos y fuertemente bsicos

funcionarn bien a cualquier rango de pH. En cambio, las resinas con

grupos dbilmente cidos funcionan slo a elevados valores de pH, mientras

- 46 -

que las resinas con grupos dbilmente bsicos lo hacen slo a valores bajos

de pH. Tambin es posible encontrar la introduccin de otros grupos funcio-

nales, diferentes a los hasta aqu mencionados, los que pueden resultar

adecuados para aplicaciones especificas.

En general, las resinas estructuradas a base de granos de poliestireno

reticular, presentan las siguientes caractersticas generales, que las han

hecho ser las preferidas para la mayora de las aplicaciones y, por lo tanto,

las ms comunes de encontrar:

Alta estabilidad a la temperatura de las soluciones (las intercambiadoras fuertemente cidas < 120C, sin embargo, las

intercambiadoras fuertemente bsicas slo < 40C)

Alta estabilidad frente a la mayora de los solventes y reactivos qumicos, aunque los oxidantes fuertes, del tipo cido ntrico,

HNO3 y permanganato de potasio, KMnO4, pueden causar algunos

daos estructurales:

presentan slo un tipo do grupo funcional a la vez; el grado de entrecruzamiento puede controlarse a travs de la

proporcin de di- vinil-benceno que se utilice en su preparacin.

- 47 -

2.4.2.1 Factibilidad Fundamental del Intercambio Inico

Las reacciones de intercambio inico son estequiometricas, es decir que

por cada equivalente gramo de iones en solucin tomados por la resina,

el equivalente gramo de iones es liberado de la resina a la solucin.

Las reacciones de intercambio inico son generalmente reversibles.

Todos los grupos de iones activos en una resina de intercambio inico

son considerados accesibles como lugares de intercambio para iones

pequeos.

En general, cualquier compuesto que es soluble y que se ionice es

susceptible a intercambio inico.

La economa del proceso de intercambio inico esta directamente

relacionada a la clase y cantidad de iones intercambiables. Mientras que

un problema especfico puede solucionarse con esta tcnica, la

economa puede ser desfavorable.

2.4.2.2 Equilibrio y Selectividad en la Etapa de Carga de la Resina

Una resina puede, en general, visualizarse como un reticulado tridimensional

de cadenas polimricas enlazadas entre s, a ciertos intervalos mediante

molculas entrecruzadas. Los grupos funcionales adheridos se ionizan para

liberar cationes (o aniones en el caso de una resina aninica), los que pueden

intercambiarse con otros iones presentes en la solucin en la cual la resina esta inmersa.

- 48 -

La resina as acta como si fuera un electrolito del cual slo los cationes (o los aniones) estn

disponibles para la reaccin qumica.

En el caso de las resinas convencionales, constituidas en su estructura por

un copolmero gelatinoso y elstico, la casi totalidad de las reacciones de

intercambio ocurren hacia el interior de la resina y, por lo tanto, hacen uso

de las propiedades de hinchamiento de sta.

En general, un intercambiador inico cambia sus contra-iones de

preferencia frente a otros iones presentes en la solucin debido a alguna

razn qumica y fsica. Para resinas catinicas, en presencia de soluciones

diluidas, la preferencia se basa en lo siguiente:

La resina preferir un contra-ion de carga mayor ya que un ion ms cargado ser ms fuertemente atrado por los iones fijos. As, el

torio. Th4+, reemplazar al lantano, La3+, ste reemplazar al calcio,

Ca2+, y el calcio reemplazar al sodio, Na+.

Para iones con igual carga, la resina manifestar preferencias por el que presente un volumen ms pequeo una vez solvatado, ya que

as se disminuye el grado de hinchamiento con lo que la matriz

elstica se relaja, es decir, se contrae. Por ejemplo, para los iones

alcalinos, la selectividad se da as: Li+< Na+ < K+ < Rb+ < Cs+, es

decir, el cesio ser preferido por la resina en vez del litio. De igual

modo, la selectividad varia de acuerdo a la secuencia: Mg2+ < Ca2+

< Sr2+ < Ba2+, y, a su vez, F- < Cl- < Br- < I-.

- 49 -

Esta secuencia es igual que la de los radios decrecientes de los iones hidratados, la resina preferir al contra-ion que interacciona ms

fuertemente con la matriz, sea por formacin de enlaces o por atraccin

electrosttica. As, la resina con anin carboxilo, -COOH, prefiere los

protones, H+, como contra-iones, mientras la resina con anin picrilamina

preferir los iones de potasio, K+.

Se promueve la selectividad cuando disminuye la concentracin de la solucin externa, dado que en soluciones diluidas el hinchamiento es

mximo y la resina tiene una mayor tendencia a relajarse, por ejemplo, la

selectividad causada por una mayor valencia se ve aumentada con una

solucin ms diluida.

Aumentando el entrecruzamiento de la resina, aumentar tambin la selectividad. As los contra-iones ms grandes sern ms fcilmente

rechazados de los poros ms estrechos de la resina.

Si cierta cantidad de una resina catinica fuertemente acida, en su forma protonizada, R-H, es sumergida en una cantidad limitada de una solucin

diluida que contiene cationes B+, entonces sucede un intercambio de

cationes B+ por protones H+ y, eventualmente, se alcanzo un equilibrio de

acuerdo a la reaccin:

++ ++ HRBBRH

- 50 -

Cuya constante de equilibrio termodinmico es:

Donde aB+, y aH+ representan las actividades de los iones en la fase acuosa y

aRB y aRH, representan las respectivas actividades en la fase resina. Sin em-

bargo, las actividades inicas en la fase resina no son susceptibles de

determinacin experimental, por lo que se prefiere expresar esta ecuacin en

una forma ms prctica, la que puede ser en trminos de concent rac iones:

Donde los parntesis cuadrados representan concentraciones molares y las

concentraciones en la fase resina se muestran subrayadas, a su vez. KBH es la

respectiva constante de equilibrio o el coeficiente de selectividad relativa,

cuyo valor expresa la habilidad de la resina para capturar los iones B+ de

preferencia frente a los protones, H+, en una solucin que contenga concen-

traciones iguales de iones B+ y H+.

En la tabla 1 se presentan valores de coeficientes de selectividad relativa, en la

que se puede ver que los valores mayores se asocian a la resina que presenta

mayor grado de entrecruzamiento. Debe tenerse presente que los coeficientes

( )( )RHBRBH

a aaaa

K**

+

+=

[ ] [ ][ ] [ ]++++

=BHHBK BH *

*

- 51 -

de selectividad relativa, KBH , no constituyen necesariamente una

constante, dado que no estn basados propiamente en las actividades, o

en los coeficientes de actividad, sino slo en una aproximacin de stas,

como son las concentraciones. Por lo tanto, su valor necesariamente se

ver afectado por su propia concentracin y por la fuerza inica de la fase

acuosa.

Adems, depender de la naturaleza del intercambiador inico, es

decir, del grupo funcional disponible en la resina, y del grado de

entrecruzamiento de la estructura de sta.

Asimismo estudios iniciales del proceso de intercambio inico permitieron

determinar las selectividades relativas para iones metlicos, en bajas

concentraciones, cuya secuencia, por ejemplo, para los cationes se da de

esta manera:

Valencia 1:

U+ < H+ < Na+ < NH4+ < K+ < Rb+

- 52 -

Referencia: Esteban M. Domic M. Hidrometalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones , Chile, Agosto 2001.

En trminos generales, para soluciones de bajas concentraciones, el

valor de los coeficientes de selectividad relativa KBH, aumenta al aumentar

el nmero atmico y con la mayor valencia del respectivo ion.

Por otro lado, la afinidad de los iones metlicos por una resina de

intercambio inico puede expresarse en forma alternativa, recurriendo a la

situacin de equilibrio que cada ion alcanza con dicha resina. En efecto,

cuando la fase acuosa que contiene el ion metlico que se desea remover

es puesta en contacto, por un tiempo suficientemente prolongado como para

Tabla 1.

Coeficientes de selectividad relativa KBH, para iones univalentes y para resinas de

poliestireno entrecruzado, fuertemente cidas con grupos sulfnicos.

Cationes KBH : 4 % de entrecruzamiento

de la resina

KBH : 10 % de

entrecruzamiento de la resina

Li+ 0.8 0.7

H+ 1.0 1.0

Na+ 1.2 1.5

NH4+ 1.4 2.1

K+ 1.6 2.9

Rb+ 1.7 2.9

Cs+ 1.8 2.9

Ag+ 3.1 13.5

- 53 -

alcanzar el equilibrio, y las dos fases son analizadas, la razn entre las

concentraciones en las dos fases se denomina razn o coeficiente de

distribucin, D, y corresponde a :

osanlafaseacuiondelioneconcentractextracnelslidoeindelioneconcentracD tan=

Cuanto mayor sea el valor de D. ms eficiente es la transferencia. La

representacin grfica de las concentraciones de equilibrio, a temperatura

constante, del ion en la resina slida extractante, versus la del mismo ion

en la fase acuosa, constituye la isoterma de distribucin.

2.5 Cintica del Intercambio Inico

La rapidez depende de cada uno de los siguientes procesos:

1. Difusin de iones desde el seno del lquido hasta la superficie externa de

una partcula intercambiadora.

2. Difusin interna de iones a travs del slido hasta el sitio de intercambio.

3. Intercambio de iones.

4. Difusin externa de los iones liberados hasta la superficie del slido.

5. Difusin de los iones liberados desde la superficie del slido hasta el

lquido.

En algunos casos el intercambio de iones controla la rapidez pero en otros

es la velocidad de difusin.

- 54 -

2.6 Parmetros caractersticos de los intercambiadores inicos

Capacidad de intercambio: Se define como la cantidad de iones que una

resina puede intercambiar en determinadas condiciones experimentales.

Depende del tipo de grupo activo y del grado de entrecruzamiento de la

matriz y se expresa en equivalentes por litro de resina, o por gramo. (Un

equivalente es el peso molecular en gramos del compuesto dividido por su

carga elctrica).

Capacidad especfica terica: Se denomina as al nmero mximo de sitios

activos del intercambiador por gramo. Este valor suele ser mayor que la

capacidad de intercambio, ya que no todos los sitios activos son accesibles a

los iones en disolucin.

Selectividad: Propiedad de los intercambiadores inicos por la que un

intercambiador muestra mayor afinidad por un ion que por otro. La

selectividad de una resina por un ion determinado se mide con el coeficiente

de selectividad. La selectividad depende de las interacciones

electroestticas que se establezcan entre el ion y el intercambiador y de la

formacin de enlaces con el grupo ionognico. La regla principal es que un

intercambiador preferir aquellos iones con los que forme los enlaces

ms fuertes.

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La estructura de poro y la elasticidad del intercambiador tambin influyen en

su selectividad, como ocurre con las zeolitas. Su estructura de poro rgida

les permite actuar como tamices moleculares, impidiendo la entrada de

ciertos iones sencillamente por su tamao.

2.7 Usos del Intercambio Inico

El intercambio inico como proceso se utiliza en diversa ramas de la

industria, entre los usos ms comunes de este mecanismo tenemos:

Tratamiento de Aguas: Ablandamiento intercambio-base; Intercambio in-hidrgeno; desionizacin del agua; Operaciones de

cama turbulenta; Ablandamiento de agua de mar para produccin de

agua fresca.

Mtodos Para Desalinizar Agua Salada: emplea un intercambiador de cationes de cido dbil y un intercambiador aninico de base

fuerte en camas separadas.

Procesos de Radioistopos: el intercambio inico a escala de laboratorio ha jugado un importante rol en el descubrimiento e

identificacin de elementos transurnicos y muchos de los productos

de fisin nuclear.

Hidrometalurgia: Recuperacin, concentracin y separacin basada en los complejos aninicos CN-, SO4=, o Cl-, de metales preciosos;

Concentracin de Cu de soluciones de lixiviacin de H2SO4 y agua de

mina; Concentracin de Zn a partir de desechos cidos de rayn y de

- 56 -

Zn(CN)2= de los desechos alcalinos de galvanoplastia; separacin de

Ba del Pb; separacin del Sr del Co, Cu, Fe, Ni y V; separacin del Ra

del Ba.

Procesos Farmacuticos, Alimenticios y en qumico-orgnicos.

2.8 Resinas de Intercambio Inico en Metalurgia Extractiva.

Las resinas son compuestos macromoleculares que constituyen la mayor

parte de los intercambiadores inicos. Generalmente son de tipo gel y estn

constituidos por un in insoluble al que estn asociados iones de carga

opuesta los cuales se intercambiarn. Las resinas con estructura de red

macromolecular tipo gel son preparadas sin solventes diluyentes, mientras

que las preparadas con solventes tienen unas estructuras con macro poros

mas abierta. Estas ltimas son preferidas en la extraccin de oro ya que

proveen mayor superficie para el intercambio y tienen mejor resistencia

mecnica que las del otro tipo. Las resinas poseen cierto grado de

porosidad que permite tener una mayor rea de contacto para el

intercambio. As mismo son completamente insolubles en agua o en el

solvente de la fase lquida y son resistentes a la degradacin qumica. La

resistencia fsica de las resinas depende de la estructura de la red

macromolecular. Adems las resinas son susceptibles a los cambios bruscos

de temperatura y al shock osmtico.

Las resinas generalmente son fabricadas con dimetros que van desde 0.3

mm. a 1.0 mm. En general las resinas con dimetros mayores, son

- 57 -

empleadas en procesos de extraccin en pulpa (RIP) y gracias a su forma

esfrica y textura lisa, estas tienen buena resistencia a la abrasin.

2.8.1 Resinas usadas en la recuperacin de Oro desde soluciones

cianuradas.

Las resinas sintticas las podemos obtener por polimerizacin o poli

condensacin y desde que el Oro en las soluciones cianuradas est en

forma de un complejo aurocianuro, Au(CN)2-, las resinas que se emplearn

para la recuperacin de este complejo debern ser aninicas tanto dbiles

como fuertes y ellas son las que se explican a continuacin pero es

interesante mencionar que las resinas catinicas cidas fuerte pueden

usarse con el complejo oro tiourea pero su uso mayoritario es en metales

con el Ni, Zn, Cu, etc.

RESINAS SINTTICAS ANINICAS DE POLI CONDENSACIN: Partiendo de una

amina aromtica como la m-feniln-diamina y por condensacin con

formaldehdo (que reacciona sobre el ncleo y sobre el grupo NH2, B.A.

Adam y E.L. Homes sintetizaron en 1935 la primera resina de este tipo la

cual tiene una composicin no muy bien definida.

RESINAS SINTTICAS ANINICAS DE POLIMERIZACIN: Con el desarrollo de los

intercambiadores aninicos tipo estireno, se hizo un gran avance

obtenindose ventajas importantes ya que se pueden sintetizar resinas

monofuncionales tanto bsicas fuertes como dbiles y el grado de

- 58 -

reticulacin puede ajustarse de una manera relativamente simple y

reproducible, sin afectar las fuerzas bsicas de los grupos inicos. En

contraparte, muchos de los polmeros que fueron condensados inicialmente

son poli funcionales y tanto su reticulacin como las fuerzas bsicas son

dependientes entre s ya que el grupo amino toma parte en la condensacin.

En este punto cabe recordar el concepto de reticulacin la cual es la

formacin de una molcula tridimensional mediante un agente reticulante. El

grado de reticulacin en un polmero estireno DVB se refiere a la fraccin de

DVB que contiene.

De esta manera una resina con 4% de reticulacin tiene 4% de DVB y 96%

de estireno y otros monmeros monovinilicos.

Las resinas tipo gel se producen con 8% de DVB, mientras que las de macro

poros van desde 15 a 30 % de DVB.

Las resinas aninicas de polimerizacin tienen ventajas sobre las de poli

condensacin al poseer una estabilidad que no posee las fenoplsticas y

frecuentemente una mayor capacidad de intercambio, a su vez, las resinas

polimerizadas se preparan en suspensin, con lo que obtienen formas

esfricas de tamaos uniformes (que las hacen ms manejables), mientras

que las de poli condensacin son irregulares al obtenerse mediante

trituracin y tamizado de un bloque slido.

La mayora de los intercambiadores aninicos se obtienen cuando el

poliestireno con 6-8 % de divinilbenceno (DVB) se clorometila para obtener

as un esqueleto aromtico con una cadena lateral, en donde la introduccin

de una funcin amina es ms fcil que en el ncleo, y donde puede

- 59 -

presentar las propiedades de una base fuerte. Esto se puede apreciar en la

figura (11). Adicionalmente se pueden usar varios derivados del estireno

como el metilestireno, etc. y otros agentes reticulantes como el vinylacrilato

en lugar del DVB, pero esto no es muy comn ya que la estructura formada

por la polimerizacin del estireno y el DVB da una mxima resistencia a la

oxidacin, reduccin, fatiga mecnica, rompimiento y adems es insoluble

en solventes comunes.En los intercambiadores aninicos, los grupos inicos

funcionales pueden variarse sistemticamente introduciendo diferentes

sustitutos a los tomos de nitrgeno, fsforo, y azufre. Esta versatilidad es

una gran ventaja para estas resinas pero por otro lado no poseen la

estabilidad qumica ni trmica de los intercambiadores catinicos.

Fig. 11. Sntesis adicin polimerizacin de una resina estirnica de intercambio

aninico (21)

- 60 -

Bases fuertes: El derivado clorometilado obtenido a partir del poliestireno

puede ser tratado por una amina terciaria; a esta reaccin que se le

denomina cuaternizacin y tiene lugar uniforme y cuantitativamente tal como

se observa en la figura (11). Los productos clsicos son de dos tipos: las

resinas tipo I, que parten de la trimetilamina (CH3)3N como materia prima, el

cual es el caso de la figura (11), las cuales son bases fuertes que son

tambin preparadas bajo la forma de sal de amonio cuaternaria y poseen

buena estabilidad trmica y temperaturas de trabajo hasta 60 C.

Las resinas tipo II son menos estables, pero su empleo es ms econmico,

pues son ms fciles de regenerar, siendo bases menos fuertes; la amina de

partida es la dimetiletanolamina (CH3)2(C2H4OH) N. Para algunas de las

resinas de tipo II la temperatura de trabajo no puede exceder de la de la

temperatura ambiente.

Las resinas tipo I y II, difieren primordialmente en la afinidad relativa del ion

hidroxilo (OH-) hacia otros aniones, y adems en su estabilidad qumica. Las

resinas tipo II son mas eficientes convertidas a la forma hidroxilo, pero las

tipo I son mas estables qumicamente y especficamente bajo la forma de

hidroxilo.

La capacidad de intercambio es del orden de 3.5 a 4 meq/gr. para ambos

tipos de resina, mientras que la resistencia a la oxidacin es dbil,

particularmente en las resinas del tipo II.

La eleccin del tipo I II se basa en la economa y depender

particularmente del ciclo de uso que se le d.

- 61 -

Bases dbiles: El derivado clorometilado intermedio da resinas bsicas

dbiles con grupos aminos primarios, secundarios y terciarios por reaccin

con el amoniaco o bien con aminas primarias (metilaminas) o secundarias

(dimetilaminas), tal como se muestra en la figura (x).

Adicionalmente a estos grupos aminos, se puede utilizar la trialkilguanidina,

la cual da caractersticas propias a las resinas en la cual el ion hidroxilo es el

que se intercambia con el anin aurocianuro.

La capacidad de cambio de estas resinas depende del nmero de grupos

inicos introducidos a lo largo de la condensacin. Si se parte de la

dimetilamina, la capacidad puede variar entre 3 a 3.5 meq/gr. En el caso de

la poliamina, una de las ms empleadas es la tetraetilenpentamina.

Conviene destacar que con las aminas primarias y secundarias la

condensacin puede ir acompaada de una reticulacin suplementaria o

reticulacin con cuaternizacin si es que dos grupos clorometilos CH2Cl de

dos ncleos vecinos reaccionan sobre el mismo nitrgeno NHCH3)2; Siendo

una consecuencia de esto la presencia de grupos amonio cuaternarios. Las

resinas de poliestireno aninicas dbiles tienen la ventaja de tener una

mayor estabilidad trmica, y pueden emplearse generalmente hasta los

100C.

Resinas Mixtas

Estas resinas son aquellas resinas bsicas dbiles que han sufrido una

reticulacin suplementaria. Las resinas dbiles que posean un contenido

bsico fuerte entre 12 a 16 % y estn bien distribuidos en la matriz, darn

- 62 -

una excelente selectividad por el oro y plata pero esta selectividad decrece

con el incremento de lugares bsico fuertes.

Las resinas base fuerte tienen alta capacidad y velocidad de carga, pero

tienen pobre selectividad (debido a la presencia de metales base) y son

difciles de eluir. Las resinas bsicas dbiles son ms selectivas y ms

fciles de eluir pero tienen menor capacidad de carga (25-50 % de las de

base fuerte) y las velocidades de extraccin son menores.

Existen algunos tipos de resinas de base dbil pero con algunas

propiedades de base fuerte, se obtienen por la presencia de pequeas

cantidades (10-15 %) de aminas cuaternarias, siendo estas ultimas las

ptimas para la extraccin de oro.

2.8.2 Mecanismos y Caractersticas de las resinas de Intercambio

Inico

2.8.2.1 Ionizacin y Formacin de Grupos Ionognicos. Se produce una

interaccin entre los contraiones y los grupos inicos fijos de la resina.

As, mientras las resinas catinicas fuertemente cidas y las resinas

aninicas fuertemente bsicas se ionizan completamente, las dbilmente

acidas y dbilmente bsicas no lo hacen completamente, y su grado de

ionizacin es dependiente del pH de la solucin externa. Los grupos

cidos dbiles no se ionizan a pH bajos, mientras que los grupos

bsicos dbiles no lo hacen a pH altos. En consecuencia, bajo esas

- 63 -

condiciones el proceso de intercambio inico se debilita con-

siderablemente.

Por otra parte, la resina de intercambio inico presenta preferencias por

los contraiones que forman los pares inicos o enlaces ms fuertes con

los grupos inicos fijos. La ocurrencia de interacciones de este tipo son

ms probables y se favorecen cuando los grupos inicos fijos son de

estructura similar a la de aquellos agentes precipitantes o

acomplejantes que reaccionan habitualmente con los contraiones. Este

tipo de interaccin se conoce como formacin: de grupos ionognicos.

Por ejemplo, esto se da en la formacin de enlaces entre los aniones

del cido carboxlico, -COOH y los protones, H+. Lo mismo ocurre en

resinas con grupos parecidos a la dipicrilamina - que es un conocido

precipitante del potasio - respecto de su selectividad para capturar este

elemento.

2.8.2.2 Capacidad de Intercambio de la Resina

Las resinas presentan ciertas limitaciones de capacidad impuestas por su

disponibilidad de iones intercambiables y por la facilidad que stos pueden

tener para su ionizacin.

a) La "capacidad mxima" de una resina: se trata de la cantidad de

grupos ionognicos por gramo de resina y libres de solutos y solventes

adsorbidos. El peso de una resina es funcin de su forma inica. Para un

- 64 -

intercambiador aninico se usa la forma cloruro Cl- y no la forma

hidroxilo OH- dado que es ms difcil determinar el peso seco de este

ltimo. El secado de una resina se lleva a cabo a 50C bajo condiciones

de vaco y durante toda una noche. Se sabe que los valores normales

de capacidad para una resina catinica tpica varan en el orden de entre 2

y 5 mili equivalentes/gramo.

b) La "capacidad efectiva" de una resina: este es el nmero de

contra-iones intercambiables por una unidad especifica de resina. Este

valor coincide con la capacidad mxima en los casos de las resinas

fuertemente cidas y fuertemente bsicas, ya que la resina se ioniza

completamente, luego el nmero de grupos intercambiables se iguala

con el nmero de grupos ionognicos. En cambio en las resinas

dbilmente cidas y de las dbilmente bsicas, este nmero es menor,

dado que la resina no se ioniza completamente. Para determinar la

capacidad efectiva de las resinas, experimentalmente se titula la resina

con un cido o un lcali, segn corresponda. La capacidad efectiva de

las resinas no ionizada depender de:

El pH de la solucin externa, considerando que los grupos cidos dbiles no se ionizan a bajos pH. De esta forma, una resina acida

dbil absorber menos iones sodio Na+, desde soluciones cidas

que desde soluciones alcalinas.

- 65 -

Las concentraciones de la solucin externa. Para una resina no ionizada en la forma de protones, H+, el intercambio con iones sodio, Na+, es

promovido si se aumenta la concentracin de iones Na+.

H+(resina) + Na+ ------ H+ + Na+ (resina)

Por consiguiente, la gran afinidad que esta resina tiene por los protones, H+,

slo puede ser contrarrestada mediante un incremento de la concentracin del

contraion en la solucin externa.

2.8.2.3 Grado de Hinchamiento de la Resina

La resina es un copolmero de aspecto y textura algo gelatinosa, es decir su

cuerpo es plstico y por lo tanto, hasta cierto punto elstico. Cuando una resina

seca es sumergida en agua, una gran cantidad de agua es incorporada a la

resina, y como resultado, la resina se hincha, es decir se estira

tridimensionalmente. De esta forma debe tenerse cuidado al determinar las

propiedades que dependen del volumen de la resina como la densidad. Esta

propiedad de hinchamiento o hidratacin o elasticidad en presencia de los

lquidos, tambin se conoce en las gomas naturales (agar - gel coloidal) y en

una gran variedad de plsticos sintticos.

a) Caractersticas del hinchamiento en una resina: El grado de

hinchamiento o hidratacin, que alcanza una resina es limitado, ya que se al-

canza un equilibrio con las fuerzas elsticas de la estructura del polmero

matriz En cambio, las zeolitas, sean naturales o sintticas, no sufren ningn

- 66 -

hinchamiento, ya que su estructura no es elstica. El hinchamiento se

produce por varias razones:

En un medio lquido el ion fijo y el contra-ion tienden a solvatarse.

La solucin inica, altamente concentrada, del interior de la resina tiende a

diluirse al ponerse en contacto con el agua, a causa de osmosis simple.

Los grupos inicos fijos vecinos se repelen uno al otro por fuerzas

electrostticas, lo que hace estirarse a la estructura de la matriz. Esta repulsin

es funcin de la constante dielctrica del medio en que se sumerge la resina.