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$: PROCESAMIENTO DE MINERALES“N Es la disolución preferente de uno o más componentes de una mezcla sólida por contacto con un disolvente líquido. Es la eliminación de una fracción$

LIXIVIACIÓN

Es la disolución preferente de uno o más componentes de una mezcla sólida por contacto con un disolvente líquido.

Es la eliminación de una fracción soluble, en forma de solución, a partir de una fase sólida permeable e insoluble a la cual está asociada.

EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO

Se le llama también:

Lixiviación.

Lavado.

Percolación

Infusión.

Decantación por sedimentación

LIXIVIACIÓN La separación implica

la disolución selectiva del soluto por un líquido con el que es miscible.

El constituyente soluble puede ser sólido y estar incorporado, combinado químicamente o adsorbido o bien mantenido mecánicamente en la estructura porosa del material insoluble.

APLICACIONES DE LA LIXIVIACIÓN

Producción de aceites vegetales a partir de semillas de algodón y otros.

Producción de productos farmaceúticos.

Producción de azúcar a partir de la remolacha.

APLICACIONES DE LA LIXIVIACIÓN

Producción de sabores y esencias a partir de raíces y hojas de plantas.

Lixiviación de oro a partir de sus minerales.

Lixiviación de cobre a partir de sus minerales con ácido sulfúrico.

MATERIALES ANIMALES Y VEGETALES

Los materiales biológicos tienen estructura celular y los constituyentes solubles suelen estar dentro de las células.

Es poco práctico moler los materiales biológicos a tamaños pequeños para lixiviarlos.

MATERIALES INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS

Los metales útiles suelen encontrarse en mezclas con grandes cantidades de constituyentes indeseables y la lixiviación permite extraerlos en forma de sales solubles.

Los minerales de cobre se lixivian con soluciones de ácido sulfúrico.

MÉTODO DE PREPARACIÓN

Depende de:

Alto grado de la proporción del constituyente soluble presente.

Su distribución en el material sólido original.

La naturaleza del sólido, que puede estar constituido por células vegetales o el material soluble está totalmente rodeado por una matriz de materia insoluble.

Del tamaño de partícula original.

PREPARACIÓN DE MATERIALES INORGÁNICOS Y ORGÁNICOS

Sobre todo en el caso de minerales se procede a una trituración y molienda previa para aumentar la velocidad de lixiviación, ya que los solutos quedan más accesibles a la acción del disolvente.

PREPARACIÓN DE MATERIALES BIOLÓGICOS

Para hojas, tallos y raíces son secados previamente lo cual ayuda a romper las paredes celulares.

El disolvente ataca directamente al soluto.

MECANISMO DE LIXIVIACIÓN

POROS O INTERSTICIOS

SOLUTO IMPORTANTE

PARTÍCULA SÓLIDA

ETAPAS DE LIXIVIACIÓN

1)Transferencia del solvente de la solución a la superficie del sólido.

2)Difusión del solvente en los poros del sólido.

3)Disolución del soluto en el disolvente.

4)Difusión del soluto a la superficie de la partícula.

5)Transferencia del soluto fuera de la superficie de la partícula.

REACTIVO LIXIVIANTE

SOLUCION

LIXIVIADA

SOLUTO IMPORTANTE

1

2

3 4 5

MECANISMO

Cualquiera de las cinco etapas puede ser responsable de limitar la velocidad de extracción.

Suelen ser rápidas la transferencia de solvente a la partícula y la disolución del soluto en el disolvente.

REACTIVO LIXIVIANTE

SOLUCION

LIXIVIADA

SOLUTO IMPORTANTE

1

2

3 4 5

MECANISMO

REACTIVO LIXIVIANTE

SOLUCION

LIXIVIADA

SOLUTO IMPORTANTE

1

2

3 4 5

La velocidad de difusión del soluto a través del sólido y la del disolvente hasta la superficie del sólido suelen ser la resistencia que controla el proceso global de la lixiviación.

MECANISMO

El proceso de extracción se subdivide en dos categorías de acuerdo al mecanismo responsable por la etapa de disolución:

1) Aquellas operaciones que ocurren debido a la solubilidad del soluto con el solvente. En este caso la velocidad de extracción es controlada por el fenómeno de difusión. Ej: extracción del azúcar de la remolacha.

SOLUTO IMPORTANTE

PARTÍCULA SÓLIDA

POROS

MECANISMO

2) Extracciones donde el solvente reacciona con un constituyente del material sólido para producir un compuesto soluble en el solvente. En este caso la cinética de la reacción que produce el soluto juega un papel preponderante. Ej. Extracción de metales.

SOLUTO IMPORTANTE

PARTÍCULA SÓLIDA

POROS

VELOCIDAD DE LIXIVIACIÓN

Si el sólido está constituido por una estructura inerte porosa, con el soluto y el disolvente localizados en los poros del sólido, la difusión a través del sólido poroso se puede describir como una difusividad efectiva.

SOLUTO IMPORTANTE

PARTÍCULA SÓLIDA

POROS O INTERSTICIOS

TRANSFERENCIA DE MASA

Las velocidades de extracción para partículas individuales son díficiles de aseverar debido a la imposibilidad de definir las formas de los poros o canales a través de los cuales ocurre la transferencia de masa.

Sin embargo la naturaleza del proceso difusional en un sólido poroso puede ser ilustrada por considerar la difusión del soluto a través de un poro.

REACTIVO LIXIVIANTE

SOLUCION

LIXIVIADA

SOLUTO IMPORTANTE

1

2

3 4 5

RAPIDEZ DE LIXIVIACIÓN

Cuando un material se disuelve de un sólido a la solución de disolvente la velocidad de transferencia de masa desde la superficie sólida al líquido suele ser el factor que controla el proceso.

En esencia no hay resistencia en la fase sólida por lo que se puede obtener la siguiente ecuación:

AASLA cck

A

N


NA son los kmoles de A que se disuelven en la solución por segundo.

A es el área superficial de las partículas en m2.

Donde kL es el coeficiente de transferencia de masa en m/s.

cAS es la concentración de saturación del soluto A en la solución.

cA es la concentración de A en la solución en el tiempo t

AASLA cck

A

N


AASLAA ccAkN

dt

Vdc

tV

Ak

AoAS

AASL

ecc

cc

Por balance de materia igualamos la rapidez de acumulación con la velocidad de transferencia de masa:

Se integra y se tiene la siguiente ecuación:

La solución tiende de manera exponencial a condiciones de saturación.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE LIXIVIACIÓN

Tamaño de partícula

Solvente.

Temperatura.

Agitación

TAMAÑO DE PARTÍCULA

Cuando más pequeño sea el tamaño de partícula, mayor es el área interfasial entre el sólido y el solvente y por lo tanto más alta la transferencia de masa y más pequeña la distancia entre el soluto a difundirse y el sólido que lo contiene.

SOLVENTE

El solvente debe ser muy selectivo del soluto a extraer y su viscosidad debe ser suficientemente baja para que pueda circular libremente.

TEMPERATURA

En muchos casos la solubilidad del soluto a extraer se incrementa con la temperatura dando una alta velocidad de extracción.

AGITACIÓN

La agitación del solvente es importante debido a que incrementa la difusión turbulenta por lo tanto incrementa la transferencia del soluto desde la superficie de las partículas a la solución en sí.

LIXIVIACIÓN BACTERIANA

Las bacterias son organismos unicelulares con un tamaño del orden de 1 micrón que constituye una de las formas de vida más arcaicas y primarias.

La lixiviación bacteriana se está utilizando para extraer metales como el cobre, zinc, el oro y el uranio.

EXTRACCIÓN SÓLIDO - LÍQUIDO

DIAGRAMA DE EQUILIBRIO

Los datos de equilibrio se pueden graficar en un diagrama rectangular como fracciones de peso de

los tres componentes:

A : disolvente

B: sólido inerte o insoluble.

C: soluto.

Las dos fases son:

Derrame o líquido

Flujo inferior o suspensión.


Se utilizará las siguientes coordenadas:

soluciónkg

sólidokg

CdekgAdekg

BdekgN

.

.

....

..

soluciónkg

solutokg

CdekgAdekg

Cdekgx

.

.

....

..

soluciónkg

solutokg

CdekgAdekg

Cdekgy

.

.

....

..

En el líquido de derrame:

En la suspensión o flujo inferior

CONCENTRACIONES

N

0 1 .x,y

M1

E1

R1

NM1

NE1

R2

M2

E2

DIAGRAMAS DE EQUILIBRIO

N

0 1

Flujo inferior

N vs y

Derrame

N vs x

.x,y

Línea de unión

Si se lixivia el sólido con suficiente disolvente y se proporciona tiempo de contacto adecuado entonces todo el soluto se disuelve y si se logra una separación perfecta del sólido y líquido tendríamos una separación del 100 %.

En la práctica la eficiencia es bastante menor que 100% debido a tiempo insuficiente de contacto o no lograr la separación perfecta entre el sólido y el líquido.

EFICIENCIA DE LAS ETAPAS


N

0 1

Flujo inferior

N vs y

Derrame

N vs x

.x,y

C es infinitamente soluble en el disolvente

El sólido B es parcialmente soluble en el disolvente o se ha separado un líquido incompletamente sedimentado


N

0 1

N vs y

N vs x

.x,y

Flujo inferior constante

La solución lixiviada no contiene B ni disuelta ni suspendida


N

0 1

N vs y

N vs x

.x,y

Línea de

unión

Soluto C tiene una solubilidad limitada en el disolvente A

N

0 1

Flujo inferior

N vs y

Derrame

N vs x

.x,y

Línea de unión

Las líneas de unión no son verticales debido si el tiempo de contacto es insuficiente, si hay adsorción preferente del soluto o si el soluto es soluble en B.

LIXIVIACIÓN EN UNA SOLA ETAPA

1 Solución lixiviada

R1 masa(A+C)

X1 masa C/(masa(A+C)

Sólido lixiviado

B masa insoluble

E1 masa(A+C)

y1 masa C/(masa(A+C)

N1 masa B/masa(A+C)

Sólido a lixiviar

B masa insoluble

F masa(A+C)

yF masa C/(masa(A+C)

NF masa B/masa (A+C)

Disolvente

R0 masa(A+C)

x0 masa C/(masa(A+C)


Balance de soluto C:

F yF + R0 x0 =M yM

Balance de solución (soluto + disolvente):

F + R0 = M

M

B

RF

BNM

0

0

00

RF

xRFyy F

M


N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M

N vs y

N vs x

Línea de unión


Para la mayoría de los fines el sólido B es insoluble en el disolvente y dado que se obtiene una solución de lixiviación líquida clara, el sólido B descargado en los sólidos lixiviados se tomará como el mismo que

en los sólidos por lixiviar.

B = NF F = E1 N1

Resolviendo finalmente:

M1 = E1 + R1

EJEMPLO

500 kg de un mineral de cobre, de composición 12% en peso de CuSO4, 3 % de agua y 85 % de inertes, se somete a un proceso de extracción de una sola etapa con 3000 kg de agua. La cantidad de disolución retenida por los sólidos es de 0.8 kg/kg de inerte. Calcular las composiciones y flujos del flujo superior o extracto y flujo inferior o refinado.


25.18.0

1

.

..

soluciónkg

inertesólidokgN

kgxB .42550085.0

A : agua


C: CuSO4

kgxA .1550003.0

kgxC .6050012.0

El flujo inferior es constante por lo que:


N

0 1 .x,y

Línea de unión vertical

Flujo inferior constante

1.25

1 Solución lixiviada

R1 masa(A+C)

x1 masa C/(masa(A+C)

Sólido lixiviado

B masa insoluble

E1 masa(A+C)

y1 masa C/(masa(A+C)

N1 masa B/masa(A+C)

Sólido a lixiviar

B =425 kg

F (A+C) =75 kg

yF (C/(A+C)) = 60 / 75 = 0.80

NF (B/(A+C))= 425 /75 = 5.667

Disolvente

R0 (A+C) = 3000 kg

x0 (C/(A+C)) = 0.0

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M

yM

1382.0753000

425

0

RF

BNM

0195.0300075

30000758.0

0

00

xx

RF

xRFyy F

M

NM

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M

R1

E1

RESULTADOS

kgN

BE 340

25.1

425

1

1

1111 3403075 RREM

Sale y1 = x1 = 0.0195

kgR 273534030751

LIXIVIACIÓN EN VARIAS ETAPAS EN CORRIENTE CRUZADA

1 3

Sólido a

lixiviar

Disolvente de lixiviación

F

Ro1

R2 R3

Soluciones lixiviadas

Sólido lixiviado

E3,y3

R03

B

x3

yF 2

R1

E1,y1 E2,y2

Ro2

B B

x1 x2

xo1 xo2 xo3

Balance de soluto C en la etapa n:

En-1 yn-1 + Ron xon =Mn yMn= Enyn + Rnxn

Balance de solución (soluto + disolvente) en la etapa n:

En-1 + Ron = Mn = En + Rn

non

MM

B

RE

BN

n

1

on

oonnM

RE

xREyy

n

1

11

Balance de soluto C en la etapa 1:

F yF + R0 x0 =M1 yM1

Balance de solución (soluto + disolvente) en la primera etapa:

F + R0 = M1

101 M

B

RF

BNM

0

00

1 RF

xRFyy F

M


N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0

N vs y

N vs x

F

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0

N vs y

N vs x

F

0

00

1 RF

xRFyy F

M

101 M

B

RF

BNM

M1

yM1

NM1

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 Líneas de unión

F

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 Líneas de unión

F

2 E1,y1

E2,y2

Ro2 B

x2

xo2

R2

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 M2 Líneas de unión

F

021

020211

2 RE

xREyyM

20212 M

B

RE

BNM

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 M2

R2

E2

Líneas de unión

F

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 M2

R2

E2

Líneas de unión

F

3 E2,y2

E3,y3

Ro3 B

x3

xo3

R3

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 M2

R2

E2

Líneas de unión M3

F

032

030322

3 RE

xREyyM

30323 M

B

RE

BNM

N

.x ,y 0 1

NF

R0

xF x0 R1

E1

M1 M2

R2

E2

Líneas de unión M3

E3

R3

F


Para la mayoría de los fines el sólido B es insoluble en el disolvente y dado que se obtiene una solución de lixiviación líquida clara, el sólido B descargado en los sólidos lixiviados se tomará

como el mismo que en los sólidos por lixiviar.

B = NF F = E1 N1 =En Nn

Donde n es la etapa en la cual se hace el cálculo.

Luego se determina Rn :

Mn = En + Rn

1 3

Sólido a

lixiviar

Disolvente de lixiviación

F

Ro1

R2 R3

Soluciones lixiviadas

Sólido lixiviado

E3,y3

R03

B

x3

yF 2

R1

E1,y1 E2,y2

Ro2

B B

x1 x2

xo1 xo2 xo3

100% 332211 xFy

RxRxRxónrecuperaci

F

EJEMPLO

500 kg de un mineral de cobre, de composición 12% en peso de CuSO4, 3 % de agua y 85 % de inertes, se somete a un proceso de extracción de dos etapas en un proceso a corriente cruzada con 1000 kg de agua pura. La cantidad de disolución retenida por los sólidos es de 0.8 kg/kg de inerte. Calcular el porcentaje de recuperación del sulfato de cobre.

25.18.0

1

.

..

soluciónkg

inertesólidokgN

kgxB .42550085.0

A : agua


C: CuSO4

kgxA .1550003.0

kgxC .6050012.0

El flujo inferior es constante por lo que:

1 3

Ro1 =1000 kg

R2 R3

E3,y3

R03 = 1000 kg

B

x3

2

R1

E1,y1 E2,y2

Ro2 = 1000 kg

B B

x1 x2

Xo1 = 0 Xo2 = 0 Xo3 = 0

B =425 kg

F (A+C) =75 kg

yF (C/(A+C)) = 60 / 75 = 0.80

NF (B/(A+C))= 425 /75 = 5.667

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M1

yM1 =0.06

395.0100075

425

01

1

RF

BNM

06.0100075

10000758.0

01

01011

xx

RF

xRFyy F

M

NM1

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M1

R1

E1

PRIMERA ETAPA

kgN

BE 340

25.1

425

1

1

1111 3401075 RREM

Sale y1 = x1 = 0.06

kgR 73534010751

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M1

R1

NM2

E1

2 E1,y1

E2,y2

Ro2 B

x2

xo2

R2

yM2

015.01000340

)1000)(0()340)(06.0(

021

020211

2

RE

xREyyM

31.01000340

425

0212

RE

BNM

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M1

R1

E1

2 E1,y1

E2,y2

Ro2 B

x2

xo2

R2

R2

E2

M2

SEGUNDA ETAPA

kgN

BE 340

25.1

425

2

2

2222 3401340 RREM

Sale y2 = x2 = 0.015

kgR 100034013402

N

S 1 .x,y

1.25

F (0.8,5.67)

M1

R1

E1

R2

E2

100% 2211 xFy

RxRxónrecuperaci

F

M2

50.98100)75)(8.0(

)1000)(015.0()735)(06.0(%

xónrecuperaci

procesamiento de minerales“n es la disolución preferente de uno o más componentes de una mezcla...

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