Extraccion

Extracción

Es una operación unitaria de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios componentes de una mezcla en un disolvente selectivo.

Liquido-Liquido

Solido-Liquido

En la extracción líquido-líquido se separa un componente de una mezcla líquida, con ayuda de un disolvente, que preferentemente lo disuelve. Campos de aplicación son, por ejemplo, la separación de vitaminas de soluciones acuosas o la separación de aromáticos de fracciones de petróleo.

El número mínimo de componentes presentes en la extracción es tres. Un problema importante lo constituye la selección del disolvente extractor.

Operación unitaria también conocida como lixiviación, percolación o lavado; se usa lavado si se quiere eliminar un componente no deseado, se usa lixiviación cuando se quiere extraer un componente valioso, y se usa percolación por la forma de operación -vertido de un liquido sobre un solido-.

Equipos de etapas simples.

Con la extracción sólido-líquido se puede extraer componentes solubles de sólidos con ayuda de un disolvente. Campos de aplicación de esta operación básica son, por ejemplo, la obtención de aceite de frutos oleaginosos o la lixiviación de minerales.

Estos equipos se dividen en dos tipos, los Mezcladores-Sedimentadores, y los Dispositivos-Mezcladores.

Mezcladores-Sedimentadores

Dispositivos-Mezcladores

Un mezclador-sedimentador es un aparato de una etapa, que generalmente consiste en dos partes: un mezclador para poner en contacto las dos fases líquidas y lograr la transferencia de masa y un sedimentador para separarlas mecánicamente. La operación puede ser continua o por lotes.

El método de extracción liquido - liquido, para separar los constituyentes de una solución acuosa, puede aplicarse cuando uno o más de estos constituyentes son apreciablemente solubles en un liquido orgánico. Prácticamente inmiscible con el agua, mientras que los restantes son mucho menos solubles.

Un ejemplo de su esquematización es el siguiente:

Estos aparatos sólo son útiles para operación continua. Sus aplicaciones son limitadas: el grado de dispersión producida para cierto aparato depende del flujo; además, puede esperarse que la transferencia de masa sea muy pequeña, puesto que el área interfacial específica decae con rapidez al descender la corriente del mezclador y puesto que el tiempo de retención es muy corto.

Los mezcladores son de dos tipos: mezcladores de flujo y tanques de mezclado.

Los mezcladores de flujo, o mezcladores de línea, son aparatos de volumen muy pequeño colocados en una línea de tubos, como una serie de orificios o boquillas de alimentación, a través de los cuales se bombean a corriente paralela los dos líquidos que se van a poner en contacto. La pérdida de energía mecánica que corresponde a la caída de presión se utiliza parcialmente para que los líquidos se dispersen uno en el otro. Entonces, la dispersión resultante se pasa al sedimentador.

Como problema de ingeniería, hay que considerar la extracción por disolvente como una operación de difusión, en la que se produce transferencia de soluto desde una fase liquida a otra, prácticamente inmiscible con la primera. El proceso se realiza en columnas de extracción, o bien en dispositivos mezcladores-decantadores, funcionando en contracorriente; la fase orgánica circula en una dirección y la fase acuosa en dirección opuesta.

Operaciones en estado estacionario.

Si las concentraciones a través del tiempo varían, para cualquier punto del equipo, entonces estamos hablando de una operación en estado no estacionario. Dentro de estas tenemos:

Lixiviación a la intemperie.

Tanque de Percolación.

Lixiviación in situ.

Estos tanques se dividen en dos tipos, abiertos y cerrados.

Los minerales con bajo contenido, cuyo valor en mineral no garantiza el gasto de molienda o trituración, pueden lixiviarse en forma de rocas extraídas de la mina y colocadas en grandes montones sobre terreno impermeable. El licor de lixiviación se bombea sobre el mineral y se obtiene cuando sale del montón.

Cerrados:

Abiertos:

Esta operación, que algunas veces se llama minería en solución, se refiere a la lixiviación por percolación de los minerales en la mina, mediante la circulación del disolvente sobre y a través del cuerpo del mineral.

Los sólidos de tamaño intermedio pueden lixiviarse adecuadamente con métodos de percolación en tanques abiertos. La construcción de estos tanques varía bastante, según la naturaleza del sólido y del líquido que se van a manejar y el tamaño de la operación, pero son relativamente baratos.

En algunos casos de lixiviación el disolvente es volátil, siendo preciso utilizar recipientes cerrados operados a presión. También se requiere presión para forzar el paso de disolvente a través del lecho en el caso de sólidos poco permeables.

Un ejemplo de esquematización es el siguiente:

Un ejemplo de esquema es:

Éstas, a su vez, pueden descansar sobre tiras similares colocadas en ángulos rectos, separadas 150 mm o más, de forma que el licor de lixiviación pueda fluir hasta un conjunto de tuberías que llevan al fondo del tanque. Para sostener partículas muy finas, la rejilla de madera puede cubrirse mediante una estera de coco y un filtro de lona muy tenso y sujeto con una cuerda metida en una ranura alrededor de la periferia del fondo falso.

Los tanques pequeños frecuentemente se hacen de madera, siempre y cuando este material no sea atacado químicamente por el líquido de lixiviación. Las partículas sólidas por lixiviar descansan sobre un fondo falso, que en la construcción más sencilla consiste en una rejilla de tiras de madera colocadas en forma paralela unas con respecto a otras y lo suficientemente cercanas para sostener al sólido.

Los tanques pequeños también pueden hacerse completamente de metal, con fondos falsos perforados, sobre los cuales se coloca una tela filtro, como en la lixiviación de productos farmacéuticos a partir de plantas. Los tanques de percolación muy grandes (45 por 34 por 5.5 m de profundidad) para la lixiviación de minerales de cobre, se han fabricado de concreto reforzado revestidos con cemento de plomo o bituminoso.

Los tanques pequeños pueden tener puertas laterales cerca del fondo para extraer el sólido lixiviado, mientras que los tanques muy grandes generalmente se vacían excavando desde la parte superior.

Los diseños varían considerablemente, según su aplicación. En el caso de la lixiviación de azúcar a partir de las rebanadas de remolacha, se utiliza un difusor del tipo mostrado en la figura siguiente. Estos difusores se colocan en batería con 16 tanques como máximo; las remolachas sufren la lixiviación con agua caliente a contracorriente, como en el sistema de Shanks. Los calentadores se colocan entre los difusores para que la temperatura de la solución se mantenga de 70 a 78 ºC. De esta forma, puede lixiviarse del 95 al 98% del azúcar de remolachas que contenían inicialmente alrededor del 18%, para formar una solución de 12% de concentración. También se utiliza el equipo continuo a contracorriente en la industria del azúcar de remolacha.

Se utiliza regularmente para obtener sal a partir de los depósitos en la superficie de la tierra mediante la disolución de la sal en agua, la cual se bombea hasta el depósito. Se ha aplicado a la lixiviación de minerales con bajo contenido de cobre, tan bajo como 0.2% de cobre y a vetas a profundidades de hasta 335 m (1 100 ft) debajo de la superficie.

En la minería en solución para uranio, el mineral debe oxidarse in situ, con el fin de solubilizarlo en soluciones de carbonato. Los reactivos pueden inyectarse continuamente a través de una serie de tuberías que bajan hasta la veta; el licor resultante se obtiene a través de otra serie de tuberías. En forma alternativa, el reactivo puede bombearse intermitentemente y sacarse a través del mismo pozo.

En un caso normal de lixiviación a la intemperie de uranio, después de colocar una tubería perforada de drenaje sobre una base de arcilla impermeable, el mineral se apila sobre las tuberías, en montones de 6 a 8 m de altura, con sección transversal trapezoidal y 120 m de ancho en la base, con una longitud de hasta 800 m (0.5 millas). La solución de lixiviación, que se introduce en forma de lagunas en la parte superior del montón, se va percolando hasta las tuberías de drenaje en la base, de donde se lleva a otro lugar.

Los tanques deben llenarse con sólidos cuyo tamaño de partícula sea lo más uniforme posible; de esta manera, el porcentaje de huecos será mayor y menor la caída de presión requerida para el flujo del líquido de lixiviación. Esto también induce la uniformidad del grado de lixiviación de cada partícula sólida y una dificultad menor ocasionada por el acanalamiento del líquido que podría pasar a través de un número limitado de pasajes a través del lecho de sólidos.

Un método alternativo es admitir líquido continuamente al tanque y continuamente separar la solución resultante, con o sin recirculación de una parte del flujo total. Una operación de este tipo puede ser equivalente a muchas etapas. Como la solución que se obtiene de ordinario es más densa que el disolvente, el mezclado por convección se reduce mediante la percolación en dirección descendente.

Entonces, el líquido puede drenarse del sólido a través del fondo falso del tanque. Toda esta operación representa una etapa. Con la repetición de este proceso se obtendrá la disolución final de todo el soluto. Entonces, el único soluto retenido es el que está disuelto en la solución que humedece al sólido drenado. Éste puede enjuagarse llenando el tanque con disolvente fresco y repitiendo la operación tantas veces como sea necesario.

La operación de uno de estos tanques puede seguir distintos procedimientos. Después de que el tanque se llena con sólido, un lote de disolvente, lo suficientemente grande para sumergir al sólido, se puede bombear en el tanque y dejar que toda la masa se empape o remoje durante cierto periodo. A lo largo de este periodo, el lote del líquido puede circularse o no sobre el sólido mediante bombeo.

Algunas veces se utiliza el flujo ascendente, con el fin de evitar que se tape el lecho o el filtro con rebabas, pero esto puede provocar el arrastre excesivo de esas rebabas en el líquido sobrenadante. Otra modificación, utilizada con menos frecuencia, es la aspersión continua del líquido sobre la parte superior, dejando que el líquido gotee a través del sólido, el cual nunca se sumerge por completo. Hay estudios excelentes sobre los procesos, técnicas y química de la lixiviación de minerales

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