LIXIVIACIÓN

La extracción sólido-líquido o lixiviación es una operación unitaria cuya finalidad es la separación de uno o más componentes contenidos en una fase sólida, mediante la utilización de una fase líquida o disolvente. El componente que se transfiere de la fase sólida a la líquida recibe el nombre de soluto, mientras que el sólido insoluble se denomina inerte.

LIXIVIACIÓN

Ejemplos Los minerales de cobre se disuelven preferentemente a partir de algunos de sus minerales por lixiviación con ácido sulfúrico, el oro se separa de sus minerales con la ayuda de soluciones de cianuro de sodio

Proceso de Lixiviación en pilas para la obtención de oro y plata

LIXIVIACIÓN

Ejemplos La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda, los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas

REALIZACIÓN DEL PROCESO

Preparación del material:

Transporte del material a la zona de lixiviación:

Formado de pilas:

Bañado o riego:

FACTORES IMPORTANTES DE UNA LIXIVIACIÓN

Temperatura de lixiviación

Concentración gravitacional

Etapas de lixiviación

Disolvente adecuado

Poner en contacto el disolvente

con el material que

se desea lixiviar,

Separar la solución formada del residuo

solidó.

Precipit

ar el

metal

de la

solución

OPERACIÓN EN ESTADO DISCONTINUOIncluyen aquellas en que los sólidos y los líquidos se ponen en contacto únicamente en forma de lotes y también aquellas en que un lote del solido se pone en contacto con una corriente que fluye continuamente del liquido.

Los tipos de lixiviación en estado discontinuo se dividen

en:

Lixiviación de lechos

fijos

Lixiviación in situ

Lixiviación en

botaderos

Lixiviación en Pilas

Lixiviación en Batea

Lixiviación de pulpa

Lixiviación por

agitación

Lixiviación a presión

Lixiviación in situ

Tipo I Tipo II Tipo III

La lixiviación IN SITU que algunas veces se llama “Minería en solución” se refiere a la aplicación de soluciones directamente a un cuerpo mineralizado.

Lixiviación en botaderos

Esta técnica consiste en lixiviar lastres, desmontes o sobrecarga de minas de tajo abierto.Ventajas:

-Se requiere de poca inversión. -Es económico de operar.

Desventajas:-La recuperación es baja. -Necesita tiempos excesivos para extraer todo el metal.

Lixiviación en pilas

Se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal).

Una vez preparado el mineral, se coloca en montones de sección trapezoidal y altura calculada para proceder a su riego con la solución lixiviante. Tras percolar a través de toda la pila, se recolectan los líquidos enriquecidos (solución rica) que se llevan a la planta de proceso de recuperación de la sustancia mineral (sal o metal).

Lixiviación en batea

Esta técnica consiste en contactar un lecho de mineral con una solución acuosa que percola e inunda la batea o estanque.

Bateas de lixiviación

Lixiviación de pulpa: Lixiviación por agitación

La lixiviación por agitación requiere que el mineral esté finamente molido, aumentando el área expuesta. Se utiliza preferentemente para minerales no porosos.

Lixiviación a presión

Se realiza con dos propósitos :

Una disolución rápida de todos los valores presentes en el

mineral.

Mejorar la velocidad de disolución de minerales difíciles

de lixiviar y poco solubles en presión atmosférica.

Autoclave

OPERACIÓN EN ESTADO CONTINUOLa lixiviación de un lecho estacionario de sólidos se realiza en un tanque con un fondo falso perforado para soportar los sólidos y permitir la salida del solvente.

Lixiviación durante el molido

Muchos sólidos deben ser molidos para que las porciones solubles sean accesibles a los disolventes de lixiviación

Tanques con agitación

Tanques con

agitación

Agitación mecánica

Rotores de flujo axial

Rotores de flujo radialAgitación

neumática

EQUIPOS

EQUIPOS DE

LIXIVIACION

EQUIPOS DE DISPERCION

DE LAS PARTICULAS

SOLIDADAS EN EL LIQUIDO

EQUIPOS POR PERCOLACION

SOLVENTE

Extractor tipo Bollman:

TRABAJA CON SOLIDOS DE

FORMA CONTINUA

PUEDE MANEJAR DE

2000 A 20000KG/H

ESTA COMPUESTO DE CESTAS MOVILES

TRABAJA EN CONTRA

CORRIENTE

PERCOLADORES

ESTA FORMADO POR

COMPARTIMIENTO ANULARES

ECONOMICO

SENCILLO

REQUIEREN DE POCO ESPACIO

Extractor tipo Rotocel:

Percolador de banda sinfín:

TRABAJA DE FORMA SIMILAR AL

ROTOCEL

TRABA EN FOMA LINEAL

Extractor tipo Kennedy: Opera básica básicamente

como un percolador

El solido se desplaza a través del disolvente

El disolvente fluye por

gravedad de cámara a cámara

se emplea poco para materiales

frágiles

Tanques Agitados por carga :

Tanques agitados mediante

impulsores coaxiales

Los tanques de posición vertical

se le colocan agitadores sobre

un eje vertical

los tanques en posición

horizontal se le coloca el agitador

sobre un eje horizontal

solo proporciona una etapa simple de equilibrio

EQUPIOS DE DISPERSIÓN

Tanques de Pachuca:

ES EL EQUIPO MÁS SENCILLO Y USANDO AMPLIAMENTE EN LA

INDUSTRIA METALÚRGICAS

SE PUENDEN CONSTRUIR DE

MADREAS, METAL Y CONCRETO

Tanques de sedimentación por gravedad: Pueden servir

como equipos de contactos

continuos y separación

Se pueden lixiviar sólidos finos en forma

continua

Trabajan en contra corriente

Requieren gran cantidad de

espacio

Tanques tipo Dorr: Utiliza el principio de

transporte de materia con

aire

Utiliza también el trabajo

mecánico de sólidos

Es muy usado en la industria metalúrgica y

química

También puede ser usado para

el lavado de sólidos

finamente dividíos

1. CAMBIO DE FASE DEL SOLUTO

2. DIFUSIÓN DEL SOLUTO EN EL DISOLVENTE

CONTENIDO EN LOS POROS DEL SÓLIDO

3. TRANSFERENCIA DEL SOLUTO DESDE LA

SUPERFICIE DE LAS PARTÍCULAS HASTA EL SENO

DE LA DISOLUCIÓN

EQUILIBRIO SÓLIDO-LÍQUIDO

EQUILIBRIO

El mecanismo de la extracción de un soluto contenido en una partícula sólida mediante un líquido, se considera que ocurre en 3 etapas sucesivas hasta que se alcanza el equilibrio:

1. CAMBIO DE FASE DEL SOLUTO: paso de soluto de la fase sólida a la fase líquida.

2. DIFUSIÓN DEL SOLUTO EN EL DISOLVENTE CONTENIDO EN LOS POROS DEL SÓLIDO:

La expresión de la velocidad de transferencia de materia en esta etapa vendrá dada por:

3. TRANSFERENCIA DEL SOLUTO DESDE LA SUPERFICIE DE LAS PARTÍCULAS HASTA EL SENO DE LA DISOLUCIÓN:

la velocidad de transferencia de materia viene dada por la expresión:

ETAPAS PARA ALCANZAR EL EQUILIBRIO

MÉTODOS DE CÁLCULO

MÉTODOS DE CÁLCULO

Los problemas de lixiviación pueden resolverse por los siguientes métodos de cálculo:

EQUILIBRIO PRÁCTICO

TRIÁNGULO RECTÁNGULO

DIAGRAMA RECTANGULAR

LIXIVIACIÓN EN UNA SOLA ETAPA

VARIAS ETAPAS A CORRIENTE CRUZADA

EQUILIBRIO PRÁCTICO:

x, y*=C en base libre de B

N=B/(A+C)

Por lo general, será más sencillo realizar los cálculos gráficamente, como en otras operaciones de transferencia de masa; para esto se requiere la representación grafica de las condiciones en el equilibrio, las cuales consideran directamente la eficiencia de las etapas

TRIÁNGULO RECTÁNGULO:

I S

D

y1

y1satNO SATURADA

SATURADA

N

P

En la extracción sólido-líquido, en la que el soluto esta originalmente en fase sólida, la cantidad de soluto que puede disolverse estará limitada por la saturación de la disolución, que será función de la temperatura y la presión.

TRIÁNGULO RECTÁNGULO (cont):

I S

D

A,y1

C

K

GH

B

D

DIAGRAMA RECTANGULAR:

k

CA

G

H

E1

R1

D`D

B`B R1´

M1

E1`

D

N=I/(D+S)

X,y=S/(D+S

F

Debido a que en el diagrama triangular los datos suelen agruparse hacia un extremo, resultando incómodas las lecturas, es preferible usar un diagrama rectangular en el q se representen en ordenadas Kg de inerte/ Kg de disolución I (D+S), y en abscisas Kg de soluto/ Kg de disolución S (D+S).

LIXIVIACIÓN EN UNA SOLA ETAPA:

SÓLIDO QUE SE VA A LIXIVIARB= masa de insolublesF= masa de (A+C)NF= masa de B/(A+C)YF=masa de C/(A+C)

SÓLIDO LIXIVIADOB= masa insolubleE1= masa de (A+C)N1= masa de B/(A+C)Y1=masa de C/(A+C)

DISOLVENTE DE LIXIVIACIÓNRo=masa de solución (A+C)C0=masa de C/(A+C)

SOLUCIÓN LIXIVIADAR1=masa de solución (A+C)X1=masa de C/(A+C)

LIXIVIACIÓN EN UNA SOLA ETAPA (cont):

Por definición de N, B = Nf*F = E1*N1

 Un balance de soluto (C), F*Yf + Ro*Xo = E1*Y1 + R1*X1

U balance de disolvente (A), F (1-yf) + Ro (1-Xo) = E1 (1-Y1) + R1 (1-X1)

Y un balance de la “solución” (soluto + solvente) F+Ro = E1 + R1 = M1  El mezclado de los sólidos que se van a lixiviar y el disolvente de lixiviación produce una mezcla de masa M1 libre de B tal que:

NM1 = B/ (F+Ro) = B/M1YM1 = YF*F + Ro*Xo / F+Ro

LIXIVIACIÓN EN VARIAS ETAPAS A CORRIENTE CRUZADA:

1 2 nSÓLIDO A LAVAR

APLICACIONES

Lixiviación del cobreMINA

CONMINUCION

LIXIVIACION

EXTRACCION CON SOLVENTE

ELECTROOBTENCION

CATODO

Planta lixiviación de cobre

Mina de cobre

lixiviación del oroReacción cianuración:

4 Au + 8 CNNa + O2 + 2 H2O → 4 (CN)2 Na Au + 4 HONa

Lixiviación azúcar de remolacha

LAVADO

CORTE EN RODAJAS

DIFUSION

LIXIVIACION

MOLIENDA

CONCENTRACION

LIXIVIACION DE SEMILLAS VEGETALES

Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos. Generalmente, los disolventes

utilizados son nafta de petróleo, una fracción muy cercana al hexano; los hidrocarburos clorados dejan un residuo demasiado tóxico para el alimento lixiviado y no puede utilizarse para alimentación animal

EJEMPLOS

EJEMPLO 1: El azúcar que queda en un lecho de carbón de hueso que se utilizo para decolorarlo, se va a lixiviar inundando el lecho con agua; posteriormente, el lecho se drenara de la solución de azúcar resultante. El diámetro del lecho es de 1m, la profundidad 3m, la temperatura es de 65⁰c. la solución de azúcar que se drena tiene una densidad de 1137 kg/m³ y una tensión superficial de 0.066 N/M. la densidad global del carbón es 960 kg/m³ y la densidad individual de la partícula es 1762kg/m³. Las partículas tienen una superficie externa de 16,4m²/kg. Calcule la masa de solución que queda retenida aun en el lecho después de que se ha determinado el goteo de la solución.Expresarla también como: DATOS:Φ =1mh =3mT=65⁰Cρl= 1137 kg/m³ σ= 0.066 N/Mρglobalcarbon= 960 kg/m³ρc/particula= 1762kg/m³Sup. Externa= 16,4m²/kg

Solución:

• el volumen vacío fraccionado es:

ε = 1-= 0.455m³ vacío / m³ lecho.• La superficie de la partícula es:

αp= sup. externa*

αp = (16.4m²/kg)*(960kg/m³) = 15744 m²/m³lecho

• El diámetro de la partícula es:

Φp = 6*

Φp = 6* = 2,077*10 ⁴⁻ m

• Permeabilidad del lecho:

K =

K = = 894*10⁻10 m³/s

• Saturación residual inicial:

s₀ = 0.075 cuando el factor k*ρl*g / gσ*gc 0.02

= = 1.54*10⁻5

s₀ = 0.075

• Altura drenada:

ZD = 0.275*(gc/g) / (k/g) ⁰͘͘͘͘⁵* (ρl/σ)

ZD = 0.275*(1/9.81) / [(8.94*10⁻¹⁰) / 9.81]⁰͘͘⁵* (1137/0.066) = 0.175m

• Saturación residual promedio

spr = +

spr = + = 0.1276

• = 0.1276*ε = 0.1276*(0.455) = 0.0581 m³/m³

• = =0.069 kg/kg

EJEMPLO 2: Se va a extraer aceite de una comida con benceno, utilizando un extractor

continuo en contracorriente. La unidad a tratar es de 1000kg (basada en el sólido totalmente

agotado) por hora. La comida no tratada contiene 400kg de aceite y está contaminada con

25 kg de benceno. La mezcla de solvente fresco contiene 10kg de aceite y 655 kg de

benceno. Los sólidos agotados han de contener 60 kg de aceite no extraído. Experimentos

en idénticas situaciones a las de la bacteria que se proyectan, indican que la solución

retenida depende de la concentración de la solución en la forma que se indica en la tabla.

Calcular a) La concentración de la solución concentrada, o extracto; b) La concentración de

la solución que sale con los sólidos extraídos; c) La masa de solución que sale con la

comida extraída; d) La masa del extracto; e) El número de etapas que se requieren. Todas

las magnitudes están dadas por hora.

 

Solución: sean x y y las fracciones masa de aceite en las soluciones de los

flujos inferior y superior para la entrada de solvente,

Vb = 10 + 655 = 665kg solución /h

Yb = 10 / 665 = 0.015

Determine la cantidad y composición de la solución en los sólidos agotados,

por prueba y error.

Si Xb = 0.1, la solución retenida a partir de la tabla A, es 0.050kg/kg. Por lo

tanto

CONCENTRACION, KG DE ACEITE

/KG DE SOLUCION

SOLUCION RETENIDA, KG/KG DE

SOLIDO

0 0.5

0.1 0.505

0.2 0.515

0.3 0.530

0.4 0.550

0.5 0.571

0.6 0.595

0.7 0.620

Lb = 0.505*(1000) =505kg/h, Xb = 60 / 505 = 0.119

A partir de la tabla A, la solución retenida es 0.507 kg/kg

Lb = 0.507*(1000) = 507, Xb= 60/507 = 0.118 (suficientemente próximo)

El benceno en el flujo inferior para Lb es 507 – 60 = 447 kg solución /h

Xa = 400 / 425 = 0.941

Aceite en el extracto = entrada de aceite -60 = 10+400+-60 = 350 kg /h

Benceno en el extracto = 655 + 25 -447 = 233kg/h =

Va = 350+233 = 583kg/h, Ya = 350 / 583 = 0.6

Determinar las concentraciones de entrada y salida para la primera etapa y

localice la línea de operación para las etapas restantes. Partiendo de que X1 =

Ya = 0.6, la solución retenida es 0.595 kg/kg de solido.

L1 = 0.505*(1000) = 595

BALANCE DE MATERIA GLOBAL:

V2 = L1+Va –V2 = 595 + 583 425 = 753Kg/h

Balance de aceite:

La*Xa+V2*Y2 = L1X1+VaYa, V2Y2 = 595*(0.6)+583(0.6)- 425*(0.941) = 307

Y2 = 307 / 753 = 0.408

El punto X1= 0.6, Y2 = 0.408 está en el extremo final de la línea de operación para

etapas restantes. Para determinar un punto intermedio en la línea de operación, se

escoge Xn = 0.3 Ln = solución retenida = 0.53*(1000) = 530 kg /h

Para un balance global ,

Vn+1 = 530 + 583 – 425 = 688 kg/h

Un balance de aceite da

Vn+1*Yn+1 = Ln*Xn + Va*Ya – LaXa = 530*0.3+583*0.6 -400 = 108.8

Yn+1 = 108.8/ 688 = 0.158