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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
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