extracción de cobre por solventes orgánicos y su análisis
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1
Extracción de cobre por solventes orgánicos y su análisis cinético
Chambi Viraca L. Ca. Kapa Ticona R
b. Yanarico Gutiérrez S
c y Quisbert Castro A.G
d
a M.Sc. en Metalurgia Extractiva, Ingeniero Metalúrgico Docente del Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de
Materiales UMSA [email protected] b Ingeniero Metalúrgico Gobernación del Departamento de La Paz [email protected]
c Ingeniero Metalúrgico Docente de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales UMSA [email protected]
d Estudiante de la Carrera de Ingeniería Metalúrgica y de Materiales UMSA [email protected]
Resumen
En el presente trabajo a escala laboratorio fue analizada la extracción solvente y su cinética
con Lix984N, Lix9790N y Acorga M5640, la relación orgánico/acuoso O/A y el efecto del pH de
la fase acuosa. Para las pruebas se utilizó malaquita–azurita que procede de la mina Veta
Verde del Departamento de La Paz, la solución PLS fue preparada asemejando al PLS de la
Planta hidrometalúrgica Lequelequeni de la Empresa Minera de Cororoco.
Los resultados indican que la relación O/A adecuada es 0.9/1 a 1.2/1 obteniéndose
extracciones del 75.60 a 88.83% Cu y la co-extracción de Fe es de 0.67 g/l a pH = 2, siendo el
solvente Acorga M5640 el más selectivo. Asimismo, a un pH de 2.5 las recuperación de cobre
son mayores al 90% y el rango de pH para evitar la co-extracción es de 0.9 a 1.6 con 0.4 g/l de
hierro en la fase orgánica del solvente Acorga M5640.
El orden de reacción es de 1.8 para Lix984N; 2.2 para Lix9790N y 1.5 para Acorga M5640,
estos valores indican que la velocidad de extracción depende directamente de la concentración
de cobre en la solución PLS y los diagramas McCabe Thiele muestran que el número de
etapas es de 2.
Palabras claves: Extracción por solventes orgánicos, co-extracción, cinética de extracción.
Extraction of copper by organic solvents and its kinetic analysis
Abstract
In the present work on a laboratory scale, solvent extraction and its kinetics were analyzed with
Lix984N, Lix9790N and Acorga M5640, the organic/aqueous O/A ratio and the effect of the pH
of the aqueous phase. For the tests malachite-azurite was used from the Veta Verde mine of
the Department of La Paz. The PLS solution was prepared resembling the PLS of the
Lequelequeni hidrometallurgical plant of the Empresa Minera Corocoro.
The results indicate that the adequate O/A ratio is 0.9/1 to 1.2/1, obtaining extractions of 75.60
to 88.83% Cu and the co-extraction of Fe is 0.67 g/l at pH = 2, with the Acorga M5640 solvent
being the most selective. Also at a pH of 2.5, copper recovery is greater than 90% and the pH
range to avoid co-extraction is 0.9 to 1.6 with 0.4 g/l of Iron in the organic phase of Acorga
M5640 solvent.
The reaction order is 1.8 for Lix984N; 2.2 for Lix9790N and 1.5 for Acorga M5640. These values
indicate that the extraction rate depends directly on the concentration of the copper in the PLS
solution. The McCabe Thiele diagrams show that the number of stages is 2.
Keywords: Extraction by organic solvents, co-extraction, extraction kinetics.
2
1. Introducción.
Corocoro, Veta Verde y Chararilla son yacimientos mineralizados de cobre constituidos por
carbonatos (malaquita y azurita) y óxidos de cobre (cupritas y tenoritas). La Empresa Minera
Corocoro luego de realizar la preparación del mineral lo somete a lixiviación en pila dinámica
como por agitación obteniendo una solución preñada PLS con una composición de 3.5 – 4.0 g/l
de Cu y 2.5 a 5.0 g/l de Fe aproximadamente; asimismo, contienen impurezas como Fe, Mn,
Co, Pb, Al y otros los que perjudican la recuperación del cobre siendo un problema su alto
contenido, particularmente el hierro registra tenores mayores a 2.5 g/l. Esta solución PLS es
purificada por extracción solventes donde el problema permanece debido a que el Fe y Cu son
arrastrados a la fase orgánica por el fenómeno de co-extracción, siendo perjudicial para el
orgánico y los procesos posteriores. Las reacciones (1) y (2) muestran la extracción por
solventes de estos dos elementos.
[𝐶𝑢2+]𝑃𝐿𝑆 + 2𝑅𝐻 → [𝑅2𝐶𝑢]𝑂𝑟𝑔 + [2𝐻+]𝐴𝑐𝑠 (1)
[𝐹𝑒2+]𝑃𝐿𝑆 + 2𝑅𝐻 → [𝑅2𝐹𝑒]𝑂𝑟𝑔 + [2𝐻+]𝐴𝑐𝑠 (2)
Al analizar la reacción (2) se observa que el ion 𝐹𝑒2+ compite con el 𝐶𝑢2+ de la reacción (1) en
la extracción por solventes orgánicos. Si el pH es mayor a 2, existen los siguientes riesgos;
mayor cantidad de hierro susceptible de ser arrastrado a la fase orgánica, el tiempo de
residencia en el mezclador de la PLS es mayor, la relación orgánico/acuoso es menor a la
unidad.
Un problema adicional, es la formación de borras por el uso de Lix 9790N, siendo inevitable su
formación en la extracción solventes (SX), según Poblete y Cruz (2015 p.4) el contenido
recomendable de hierro en el electrolito rico debe ser 1 a 2 g/l.
Debido a los anteriores problemas, en el presente trabajo se realiza una mejor purificación del
cobre, controlando la co–extracción del hierro, para este propósito se estudió la cinética de
extracción con tres solvente orgánicos LIX 9790N, LIX 984N y ACORGA M5640; asimismo, se
determinaron los parámetros de operación para obtener una solución de cobre de alta pureza
de los productos de lixiviación, trabajo que fue realizado a escala laboratorio.
2. Trabajo experimental.
2.1. Materiales.
Se emplearon los orgánicos Lix 984N, Lix 9790N y Acorga M5640 con diluyente Orfom SX 80
para la serie Lix y Escaid 110 para la serie Acorga. El diluyente fue una solución diluida de
𝐻2𝑆𝑂4 del 5 y 8% en peso el que fue usado en la lixiviación del mineral; para la etapa de re–
extracción, la solución ácida fue preparada con una concentración de 200 g/l (el descargado
del cobre no fue parte del presente trabajo).
2.2. Mineral.
Las pruebas de lixiviación (considerado como una etapa preliminar) fueron realizadas con
mineral de cobre que procedía de la mina Veta Verde (V.V.) cuya composición y el espectro de
DRX se muestran en la Tabla 1 y Figura 1 respectivamente.
3
Tabla 1: Composición química del mineral de Veta Verde
Muestra CuS % Fe % Mn % Pb % Sb %
V.V. 6.97 0.47 0.42 0.58 0.026
Figura 1: Espectro de difracción de rayos X del mineral de Veta Verde
La Figura 1, muestra la presencia predominante de malaquita 𝐶𝑢2(𝐶𝑂3)(𝑂𝐻)2 en sus
respectivas líneas de difracción denotadas con una letra “m”, la presencia de cuarzo 𝑆𝑖𝑂2 con
“Q” que en algunos casos sus líneas de difracción interfieren con las de malaquita. También se
observa la presencia limitada del silicato doble de hierro y aluminio 𝐹𝑒3𝐴𝑙2(𝑆𝑖𝑂4)3 simbolizada
con la letra “a”.
2.3. Solución preñada.
La concentración de la solución preñada PLS registra 22.83 g/l de Cu y 0.351 g/l de Fe
obtenida de la lixiviación de carbonato de cobre procedente de la mina Veta Verde cuya
cantidad de cobre soluble llega a 6.97 % indicada en la Tabla 1.
2.4. Equipos.
El equipo utilizado en las pruebas de extracción solvente fue un multiparamétrico Star Com,
instalado en línea con un computador mediante su propio software Star Com 1.0, el equipo y
sus respectivos accesorios se muestra en la Figura 2.
4
3
2
1
5
6Fase Orgánica
Cargada
Fase Acuosa
“Refino”
6
RE
– E
XT
RA
CC
ION
DE
CO
BR
E
Fase Orgánica
Descargada
Fase Acuosa
“Electrolito”
73
4
5
8
Figura 2: Equipo multi-paramétrico instalado con matraces de separación y otros materiales
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Inte
nsity
[ I
/ Io
]
[ 2 theta ]
m
m Cu2(CO3) (OH)2 No Tj 10-0339Q SiO2 Tj 46-1045a Fe3Al2(SiO4)3 Tj 09-0427
mm
m m
Q
mm
m
m
m
m
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Qa
a
a
aaa
4
2.5. Procedimiento experimental.
Una vez encendido el multiparamétrico se procede a la calibración con soluciones Buffer de pH
7.0, 4.01 y 10.01. Seguidamente, se realizaba las pruebas de titulación ácido-base para
observar el grado de confiabilidad, luego se procedía con las pruebas de extracción de cobre,
la información exportada, en tiempo real, era el pH a una planilla del Excel. Las pruebas de
lixiviación se realizaron en un vaso de precipitado donde fue instalado un agitador y un
electrodo del tipo ROSS ultra pH/ATC Triode que está en línea con el multiparamétrico y el
computador.
Las variables analizadas fueron; tipo de orgánico, relación volumen orgánico/acuoso “O/A”, pH
y temperatura. Las variables repuestas fueron, concentración de Cobre en la fase orgánica y en
la fase acuosa, recuperación y número de extracciones. La Tabla 2 muestra las distintas
relaciones O/A usados en las pruebas experimentales.
Tabla 2. Relación orgánico/acuoso para las pruebas experimentales
Compuesto orgánico
Relación orgánico/acuoso O/A (50 ml fase acuosa)
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Lix – 984N 0.8 0.9 1 1.2 2 5
Lix – 9790N 0.8 0.9 1 1.2 2 5
Acorga M5640 0.8 0.9 1 1.2 2 5
3. Resultados y discusión.
3.1. Resultados de las pruebas preliminares, titulación ácido-base.
La titulación acido–base fueron realizados con ácido sulfúrico e hidróxido de sodio para lograr
la confiabilidad de la información obtenida, para lo cual se preparó dos soluciones de 𝐻2𝑆𝑂4 de
0.5 y 1 M, la solución de 𝑁𝑎𝑂𝐻 se preparó a una concentración 1 M, posteriormente se
procedió a su estandarización obteniendo una concentración de 0.975 M. Los resultados se
muestran en la Figura 3.
En la figura anterior, se observa el pH máximo, registrado por el multi-paramétrico, de 13.6
para ambas pruebas, además se corrobora el comportamiento teórico de titulación ácido-base
con la diferencia sólo en el tiempo para las dos soluciones de 𝐻2𝑆𝑂4, estos resultados
identifican el alto grado de seguridad del equipo y aseguran que los resultados del trabajo con
los solventes orgánicos serán confiables.
Figura 3. Pruebas preliminares de titulación acido – base, 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 0.5 y 1M.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400
[ pH
]
Tiempo [ s ]
C H2SO4 = 1 M
C H2SO4 = 0.5 M
CNaOH = 1 M
TProm = 17oC
5
3.2. Resultados de las pruebas preliminares, lixiviación de mineral de cobre.
Las pruebas de lixiviación fueron realizadas con 30% de sólidos y la granulometría del mineral
de –35 mallas de serie Tyler, la composición del mineral fue indicada en la Tabla 1 y la
reacción estudiada fue:
Malaquita: 𝐶𝑢2(𝑂𝐻)2𝐶𝑂3 + 2𝐻2𝑆𝑂4 = 2𝐶𝑢𝑆𝑂4 + 𝐶𝑂2(𝑔) + 3𝐻2𝑂(𝑙) (3)
En la reacción (3) por 1 mol de cobre del mineral se producirán 1 moles de cobre como sulfato y
requerirán 1 mol de 𝐻2𝑆𝑂4. Es decir, por cada 221 g de malaquita se requieren 196 g de 𝐻2𝑆𝑂4 y
se producirán 319 g de 𝐶𝑢𝑆𝑂4(𝑙) y 44 g (ó 22.4 l) de 𝐶𝑂2(𝑔), la termodinámica indica que la
reacción (3) es exotérmicas ∆𝐻𝑟 = −26.76 𝑘𝑐𝑎𝑙 a 20oC, aspecto que se manifiesta con la
elevación de la temperatura en la lixiviación.
La concentración de ácido sulfúrico fue preparada al 5 y 8 % en peso y el pH inicial fue registrado
de 0.5, a las cuales por separado fueron introducidos el mineral en una cantidad determinada
para el volumen de ácido sulfúrico, los resultados de estas pruebas se presentan en la Figura 4.
Figura 4. Lixiviación de la malaquita con las soluciones 5 y 8 % en peso de 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒
La Figura 4, muestra que la concentración de cobre alanzada fue de 19.84 g/l cuando se trabajó
con una solución ácida del 5 % y, cuando la lixiviación fue realizada con una concentración del 8
% de ácido, la concentración máxima de cobre fue de 23.41 g/l. Los resultados obtenidos con el
multi-paramétrico se muestran en la Tabla 3 y fueron comparados con los análisis químicos
realizados a dichas soluciones PLS.
Tabla 3. Composición química de la solución PLS experimental comparada con el Análisis químico
PLS Conc. ácido
% Pruebas experimental Análisis químico Lab. IIMETMAT PLS Preparada
Cu g/l Cu g/l Fe g/l g/l
(P–32) 5 19.84 19.77 0.207 Cu = 3.75
(P–37) 8 23.41 22.83 0.351 Fe = 2.50
Las condiciones para las pruebas realizadas son; concentración de ácido 8 %, densidad de la
solución de 1.038 g/l y 30% de sólidos; las pruebas posteriores fueron realizados con la
solución rica codificado con P-37 y mediante un balance de masa, a partir de esta solución rica,
se preparó el PLS de trabajo con una concentración de 3.75 g/l de Cu y 2.50 g/l de Fe, solución
destinado para la extracción con solventes orgánicos.
0
5
10
15
20
25
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Cu
en
PLS
[
g/l
]
Tiempo [ s ]
Análisis Qmc (Sol 8%)
Análisis Qmc (Sol 5%)
Lixiviación con 8 %
Lixiviación con 5 %
6
3.3. Resultados del efecto de la relación orgánico/acuoso.
El efecto de la relación orgánico/acuoso se estudió a temperatura constante y se usó las
distintas relaciones O/A indicada en la Tabla 2. Las fases orgánicas (LIX 9790N, LIX 984N y
ACORGA M5640) fueron diluidas al 15% en volumen con los diluyentes respectivos indicados
anteriormente. Los resultados de estas pruebas se muestran en las siguientes figuras.
Figura 5. Concentración de obre g /l y la relación fases orgánico/acuoso y su comparación con el análisis químico a) O/A 0.8/1 Lix 984N y O/A 1/1 Lix 9790N b) O/A 1.2/1 Acorga M5640
La Figura 5 a) y 5 b), muestra el comportamiento del cobre en la extracción solventes con los
orgánicos indicados anteriormente, las cuales fueron comparadas con los resultados del
análisis químicos y como se observa no muestra gran disparidad con respecto a las
informaciones adquiridas por el multi-paramétrico. Asimismo, la recuperación de cobre en la
extracción solvente se muestra en las siguientes figuras.
Figura 6. Recuperación porcentual de cobre a diferentes relaciones O/A a) Lix 9790N b) Acorga M5640
La Figura 6 a), indica que la recuperación de cobre será mayor a mayor relación
orgánico/acuosa, los valores al que se llegan son del 85.15% con LIX 9790N cuando la relación
O/A es de 1.2/1, para el solvente Acorga M5640 la recuperación alcanzada fue del 88.83% con
la relación O/A de 1.2/1 y cuando la relación O/A fue de 2/1 las recuperaciones llegaron hasta
95.12% y 98.20% respectivamente.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 50 100 150 200 250 300 350
Cu
; F
ase
org
án
ica
[ g
/l ]
Tiempo [ s ]
[ O/A ] = 0.8/1 Lix 984N
[ Cu ] Análisis químico Lix 984
[ O/A ] = 1/1 Lix 9790N
[ Cu ] Análisis químico Lix 9790N
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 50 100 150 200 250 300 350C
u;
Fa
se o
rgá
nic
a [
g/l
]Tiempo [ s ]
[ O/A ] = 1.2/1 Acorga M5640
[ Cu ] Análiss químico
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300 350
Re
cup
era
ció
n [
% ]
Tiempo [ s ]
[ 0.8/1 ]
[ 1/1 ]
[ 1.2/1 ]
[ 2/1 ]
[ O/A ]
LIX 9790N
[ 0.9/1 ]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200 250 300 350
Re
cu
pe
ració
n [
% ]
Tiempo [ s ]
[ 0.8/1 ]
[ 1/1 ]
[ 1.2/1 ]
[ 2/1 ]
[ O/A ]
ACORGA M5640
[ 0.9/1 ]
a) b)
a) b)
7
3.4. Diagramas McCabe Thiele.
Los resultados de la extracción por solventes realizados con los orgánicos LIX 984N, LIX
9790N y Acorga M5640 permiten elaborar los diagramas McCabe Thiele con el objetivo de
determinar el número y las concentraciones de cada etapa de extracción. Los resultados se
muestran en las siguientes figuras.
Figura 7. Diagrama McCabe Thiele a) Lix 984N b) Lix 9790N c) Acorga M5640
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Cu
Fa
se o
rgá
nic
a [
g/l ]
Cu Fase Acuosa [g/l]
LIX 984N
Curva de Ajuste
PLS
: 3
.88
[g
/l ]
E1
E2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Cu
Fas
e O
rgán
ica
[g/l
]
Cu Fase Acuosa [ g/l ]
LIX 9790N
Curva de Ajuste
PLS
: 3
.88
[g/
l ]
E1
E2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Cu F
ase
Org
ánic
a [ g
/l ]
Cu Fase Acuosa [ g/l ]
ACORGA M5640
Curva de Ajuste
PLS
: 3
.88
[g/l
]
E1
E2
b)
c)
a)
8
Las Figuras 7 a), 7 b) y 7 c) muestra los diagramas McCabe Thiele construidos en base a los
resultados de extracción, las curvas de ajuste fueron realizados por el método de los mínimos
cuadrados. Los resultados indican, para el caso de LIX 984N que la primera extracción llega a
3.45 g/l de cobre en la fase orgánica y 1.38 g/l en la fase acuosa y en la segunda extracción el
refino (fase acuosa) tiene 0.13 g/l de cobre aproximadamente. Para el caso de LIX 9790N la
primera extracción fue de 3.37 g/l, la solución acuosa de 2.1 g/l de Cu y la segunda extracción
registra 0.15 g/l en la solución final (refino). Para el caso de Acorga M5640, la concentración de
Cu en el orgánico es de 3.49 g/l y la fase acuosa de 1.52 g/l y en la segunda etapa se registró
0.04 g/l en el residuo (refino). El número de extracciones en todos los casos es de 2 etapas.
3.5. Efecto del pH.
Los resultados de recuperación de cobre con los solventes Lix 984N y Lix 9790N debido a su
similitud se muestran en la Figura 8 a); asimismo, en la Figura 8 b) se dibuja la recuperación de
cobre con el solvente Acorga M5640, las pruebas de extracción fueron realizadas con pH´s de
0.76, 1.1, 2.0, y 2.5, temperatura ambiente y relación O/A de 1/1. Para disminuir el pH a 0.76 la
regulación fue realizada con 𝐻2𝑆𝑂4 y para subirlo hasta valores de 2 y 2.5 se usó 𝑁𝑎𝑂𝐻.
Figura 8 a). Efecto del pH en la recuperación de cobre; LIX 9790N; Lix 984N, O/A = 1/1
Figura 8 b). Efecto del pH en la extracción y recuperación de cobre con Acorga M5640, O/A = 1/1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 50 100 150 200 250 300 350
Cu
Fa
se O
rgá
nic
a [
g/l
]
Tiempo [ s ]
Re
cup
era
ció
n [
% ]
pH 0.76
pH 1.1
pH 2.0pH 2.5
Lix 984N
Lix 9790N
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 50 100 150 200 250 300 350
Cu
Fa
se O
rgá
nic
a [
g/l
]
Tiempo [ s ]
Re
cup
era
ció
n [
% ]
pH 0.76
pH 1.1
pH 2.0
pH 2.5
Acorga M5640
9
Las Figuras Figura 8 a) y 8 b) muestran que el pH del PLS tiene influencia en la extracción del
cobre; a mayor pH mayores son las recuperaciones de cobre con los tres solventes usando en
la investigación, a pH = 2.5 los resultados sobrepasan el 95% de recuperación de cobre.
3.6. Isotermas de extracción.
Las isotermas de extracción revelan la co-extracción del hierro y determinan el pH de
extracción; asimismo, se han graficado los análisis químicos. Las concentraciones de cobre y
hierro se han considerado en la fase orgánica.
Los resultados de estas pruebas se muestran en las Figuras 9 a), 9 b) y 9 c) para los solventes
Lix 984N, Lix 9790N y Acorga M5640 respectivamente.
Figura 9 a). Isotermas de extracción de cobre y hierro con LIX – 984N
Figura 9 b). Isotermas de extracción de cobre y hierro con LIX – 9790N
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Cu
, Fe
Fas
e o
rgán
ica
[g
/l ]
[ pH ]
Cu (Análisis Qmc)
Cu
Fe
Lix 984N
% R
ecu
per
acó
n
0
10
20
30
40
50
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0.0
0.5
1.0
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3.5
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0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Cu
, Fe
Fase
org
ánic
a [
g /l
]
[ pH ]
Cu (Análisis Qmc)
Cu
Fe
% R
ecu
per
ació
n
Lix 9790N
10
Figura 9 c). Isotermas de extracción de cobre y hierro con ACORGA M5640
La Figura 9 a) muestra los resultados de extracción realizado con Lix 984N e indica que para
conseguir que el hierro se encuentre en cantidades mínimas en el orgánico, el rango de pH
debe estar comprendido de 1 a 1.5. Asimismo, en la Figura 9 b) realizado con Lix 9790N el
rango de pH se restringe a valores de 1 a 1.2 a partir del cual el hierro se incrementa
exponencialmente en la fase orgánica.
Por otra lado, cuando las pruebas fueron realizadas con el solvente Acorga M5640 el rango de
pH para minimizar la presencia de hierro en la fase orgánica se amplía desde 0.9 a 1.6, este
solvente permite alcanzar una recuperación de cobre levemente mayor al 90% a pH = 1.6, en
cambio los solventes Lix 984N y 9790N se limitan a recuperaciones del 88.14 y 80.41%
respectivamente en el rango de pH identificado. Asimismo, cuando se eleva el pH a 2 las
recuperaciones de cobre se incrementan hasta valores mayores al 94.33% pero la cantidad de
hierro también se incrementa sustancialmente hasta valores de 2.29 g/l en el caso de usar el
solvente Lix 9790N, no siendo adecuado mayor contenido de hierro en el orgánico.
Por otro lado, los resultados de los análisis químicos ploteados en las anteriores figuras
permiten indicar la similitud con los resultados obtenidos con el multiparamétrico.
3.7. Efecto de la temperatura.
Las temperaturas consideradas fueron 2, 15 y 30oC (temperaturas similares al clima del
Altiplano del Departamento de La Paz–Bolivia) para determinar su efecto en la extracción de
cobre. Por la similitud de resultados entre los solventes orgánicos Lix 984N, Lix9790N y Acorga
M5640 solo se ha graficado las recuperaciones del orgánico Acorga M5640 en la siguiente
Figura 10. Los resultados en fase orgánica sobrepasan ligeramente el 85% de recuperación de
cobre a 30oC.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Cu
, Fe
Fa
se o
rgá
nic
a [
g /l
]
[ pH ]
Cu (Análisis Qmc)
Cu
Fe
% R
ecu
pe
raci
ón
Acorga M5640
11
Figura 10. Efecto de la temperatura sobre la extracción de cobre con el solvente Acorga M5640
3.8. Cinética de extracción.
La cinética de extracción de cobre por solventes orgánicos, fue determinado con los datos
experimentales de relación O/A, pH y temperatura para los tres solventes: Lix 984N, Lix 9790N
y Acorga M5640, de acuerdo a la ecuación (4). En el presente trabajo se encontró que el orden
de reacción es distinto a 1 y la integración se expresa por la ecuación (5).
𝑣 =𝑑𝐶
𝑑𝑡= −�̅� ∙ 𝐶𝑛 (4)
1
𝐶𝑓𝑛−1 −
1
𝐶𝑜𝑛−1 = (𝑛 − 1) ∙ �̅� ∙ 𝑡 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑛 ≠ 1 (5)
Donde, 𝐶 es la concentración de cobre en la fase orgánica en g/l, 𝑛 el orden de reacción y �̅�
la constante cinética aparente, los valores calculados están indicados en la siguiente tabla;
parámetros que fueron determinados experimentalmente, los modelos matemáticos de
extracción solvente están reveladas en las ecuaciones (6), (7) y (8).
Tabla 4. Constantes cinéticas aparentes para diferentes condiciones y diferentes solventes orgánicos
Condiciones Lix 984N
𝑘 ̅ × 10−2
Lix 9790N
𝑘 ̅ × 10−2
Acorga M5640
𝑘 ̅ × 10−2
O/A
0.8 0.413 0.2500 0.62
0.9 0.363 0.3000 0.72
1.0 0.375 0.4000 0.90
1.2 0.513 0.6583 1.80
2.0 0.675 0.6250 1.68
5.0 5.613 2.4167 15.14
pH
0.76 0.263 0.1167 0.50
1.1 0.388 0.3917 0.90
2.0 0.863 0.8833 1.58
2.5 1.500 0.5583 2.26
Temperatura
2oC 0.363 0.3417 0.56
15oC 0.388 0.4417 0.90
30oC 1.600 0.8417 1.82
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 50 100 150 200 250 300 350
Cu
Fa
se O
rgá
nic
a [
g/l]
Tiempo [ s ]
Re
cu
pe
ració
n [
% ]
Acorga M5640
T = 15oC
T = 2oC
T = 30oC
12
La Tabla 4, muestra que las constantes cinéticas aparentes del solvente orgánico Acorga
M5640 son mayores a cuando se trabaja con los orgánicos Lix 984N y Lix 9790N, esto quiere
decir, que las velocidades de extracción serán más rápidos y la recuperaciones de cobre serán
mayores con referencia a los solventes de la serie Lix. El orden de reacción, varía desde 1.5 a
2.2 valores determinado por linealización del modelo de la ecuación (5).
Lix 984N; 𝑛 = 1.8 ; 1
𝐶𝑓0.8 −
1
𝐶𝑜0.8 = 0.8 ∙ �̅� ∙ 𝑡 (6)
Lix 9790; 𝑛 = 2.2 ; 1
𝐶𝑓1.2 −
1
𝐶𝑜1.2 = 1.2 ∙ �̅� ∙ 𝑡 (7)
Acorga M5640; 𝑛 = 1.5 ; 1
𝐶𝑓0.5 −
1
𝐶𝑜0.5 = 0.5 ∙ �̅� ∙ 𝑡 (8)
En la Figuras 11 se muestra el efecto del pH sobre la cinética para el orgánico Acorga M5640 y
fue determinado que el orden de reacción es 1.5, este aspecto indica que a mayor relación O/A,
mayor pH y mayor temperatura, las constantes cinéticas (Tabla 4) son mayores significando
mayores recuperaciones de cobre para los distintos solventes orgánicos estudiados.
Figura 11. Velocidad de extracción, para diferentes valores de pH – Acorga M5640
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 20 40 60 80 100 120
[y]
Tiempo [s]
pH = 0,75
pH = 1,1
pH = 2
pH = 2,5
13
4. Conclusiones.
De las pruebas realizadas y los resultados obtenidos de la extracción por solventes con los
compuestos orgánicos Lix 984N, Lix 9790N y Acorga M5640 a diferentes condiciones, las
conclusiones son:
- La variación de la relación O/A influye en la recuperación de cobre, a mayor relación O/A
más rápida es la velocidad de extracción que cuando se trabaja con relaciones [O/A]
menores.
- La recuperación de cobre para la relación O/A de 0.9 y 1 son cercanos al rango del 75.6 al
80,7 % y la recuperación de cobre con una relación O/A de 2/1 se aproxima al 95%; sin
embargo, este resultado estaría condicionado a la co-extracción de hierro en el solvente
orgánico.
- La co–extracción del hierro a un pH = 2 con Lix 984N registró una concentración de 0.75 g/l,
con Lix 9790N fue de 2.29 g/l y con Acorga M5640 llegó a 0.67 g/l, mostrando que los
orgánicos Acorga M5640 y Lix 984N son más selectivos respecto a Lix 9790N.
- De las isotermas de extracción, el rango adecuado de pH es 0.9 a 1.6 cuando se trabaja con
el orgánico Acorga M5640, siendo la extracción del 3.50 g/l de cobre (recuperación de cobre
mayores al 90 %) y 0.4 g/l de hierro en la fase orgánica.
- Los resultados de considerar la variación de la temperatura, son similares llegando hasta
valores del 85% de recuperación de cobre en la fase orgánica.
- El orden de reacción de extracción, en las pruebas experimentales realizadas fue
determinado por el ajusta lineal, siendo 1.8 para Lix 984N; 2.2 para Lix 9790N y 1.5 para el
solvente Acorga M5640.
- Para una relación O/A de 0.9 la constante cinética para el orgánico Acorga es �̅� = 0.72 ×
10−2 siendo mayor comparado con las constantes cinéticas de los otros reactivos que son
�̅� = 0.30 × 10−2 para Lix 9790N y �̅� = 0.36 × 10−2 para el orgánico Lix 984N. Esto permite
afirmar que la extracción solvente de cobre con el orgánico Acorga es más rápida y las
recuperaciones serán mayores.
- Por los diagramas McCabe Thiele construidos con los datos experimentales se demuestran
que el número de extracciones para los orgánicos Lix 984N, Lix 9790N y Acorga M5640
deben ser 2 etapas.
5. Agradecimientos.
Los autores, agradecen al Proyecto IDH 4015 por la extensión del financiamiento y al DIPGIS-
UMSA por permitir dicho financiamiento; asimismo, se hace partícipe al Sr. Decano de la
Facultad de Ingeniería de la UMSA Ing. Miguel Calla y al Ing. Mario Blanco del IGEMA–UMSA
por las colaboración y contribución en las diferentes etapas del presente trabajo.
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Bibliografía
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