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• Luis Alberto Apaza Arce

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CURSO OPERACIONES PLANTA SX

INDICE Indice.....................................................................1 I.

Introducción..............................................................4

II. 1.

Objetivo...................................................................5 Aspectos generales de la obtención del cobre...................6

2.

Introducción a la Extracción por Solventes....................11 2.1 Reseña histórica.................................................................11 2.2 Definiciones........................................................................20 2.3 Mecanismo químico............................................................24 2.3.1 Descripción del proceso...........................24 2.3.2 Reacción química........................................24 2.3.3 Reacción química reversible en SX del cobre.............................................................26 2.4 Flujos y etapas...................................................................32 2.5 Circuitos..............................................................................33 2.6 Extractantes, solventes y modificadores..................37 2.7 Diagrama de McCabe - Thiele .....................................48 2.8 Consideraciones de diseño en SX..................................52

3.

Operación de la Planta Industrial de SX ......60 3.1 Diagrama de procesos......................................................62 3.2 Descripción de los procesos unitarios..........................63 3.2.1 Transferencia iónica y decantación.......63 3.2.2 Extracción...................................................65 3.2.3 Re-extracción.............................................67 3.2.4 Coalescencia................................................76 3.2.5 Filtración de la solución avance..............82 3.2.6 Tratamiento de borras y recuperación de orgánico........................................................93 3.2.7 Recuperación de propiedades del extractante...............................................102 3.2.8 Controles operacionales..........................105 3.2.9 Análisis químico........................................109 1

3.2.10

Control de sistemas y operación...........112 3.2.10.1 Sistemas de control, alarmas y toma de datos................................112 3.2.10.2 Sala de control................................124

2

1. ASPECTOS GENERALES DE LA OBTENCIÓN DEL COBRE. Tradicionalmente, la obtención del cobre sigue dos caminos diferentes. Este depende de la naturaleza del mineral a tratar: mineral oxidado o mineral sulfurado. A continuación se esquematizan ambos procesos, dependiendo de su Naturaleza. Mineral de OXIDOS.

Mineral de SULFUROS.

MINA

MINA

EXPLOTACION

EXPLOTACION

CHANCADO

CHANCADO

AGLOMERADO

MOLIENDA

LIXIVIACION

FLOTACION

EXTRACCION POR SOLVENTES

FUNDICION

ELECTRO -OBTENCION

CATODO DE COBRE (>99.95 % ) CLIENTE (EE.UU, Korea, China, Francia)

ANODO DE COBRE (97 %) ELECTRO - REFINACION

CATODO DE COBRE (>99.95 %) CLIENTE (EE.UU, Korea, China, Francia)

FABRICACION ALAMBRES Y CONDUCTORES, ENTRE OTROS FABRICACION ALAMBRES Y CONDUCTORES, ENTRE OTROS Fig. nº1-1: Cadena del valor de minerales oxidados y sulfurados 6

Los dos caminos anteriores pueden considerarse como los tradicionales en la obtención del cobre. Dado que los procesos pirometalúrgicos de minerales sulfurados son económicamente más costosos por la energía que debe proveerse al proceso de molienda y fusión, más contaminante por la generación de gases tóxicos, razón por la que se les exigen la incorporación de plantas de tratamiento de gases, dada la actual exigencia ambiental, se ha desarrollado una alternativa hidrometalúrgica. Este nuevo proceso hidrometalúrgico de tratamiento de mineral sulfurado incorpora organismos celulares o bacterias, de ahí su nombre: “Proceso de Lixiviación Bacterial”. Como se puede ver en la siguiente figura, las etapas involucradas en este proceso son muy similares a aquellas presentes en el tratamiento de óxidos. La diferencia básica es que el mineral sulfurado en vez de ser lixiviado directamente con ácido, es contactado con bacterias quienes realizan una lixiviación indirecta. Las bacterias transforman los sulfuros difícilmente lixiviables con el ácido sulfúrico diluido en sulfatos fácilmente lixiviables con soluciones aciduladas. Además, estos microorganismos generan férrico y ácido sulfúrico a partir del fierro, agua y oxígeno presentes, los que finalmente disuelven (lixivian) el mineral ahora sulfatado. Una desventaja de este proceso es el mayor tiempo que requiere el proceso de lixiviación y de las condiciones ambientales que deben proveerse a las bacterias para su supervivencia y reproducción. En la Fig. nº1-3 se muestra la cadena del valor para este proceso de obtención del cobre a partir de minerales sulfurados.

7

Mineral de sulfuros MINA

EXPLOTACION

CHANCADO

ACONDICIONAMIENTO

LIXIVIACION BACTERIAL

EXTRACCION POR SOLVENTES

ELECTRO -OBTENCION

CATODO DE COBRE (>99.95 % COBRE)

COMERCIALIZACION

CLIENTE (EE.UU, Korea, China, Francia)

FABRICACION ALAMBRES Y CONDUCTORES, ENTRE OTROS Fig. nº1-3: Proceso bacterial de tratamiento de minerales sulfurados.

En particular, la secuencia de tratamiento de los minerales oxidados y sulfurados seguido, se esquematiza en la Fig. nº1-4 y Fig.nº1-5.

8

Fig. nº1-4: Secuencia de procesamiento del mineral oxidado

9

Fig. nº1-5: Secuencia de procesamiento del mineral sulfurado

10

2.

INTRODUCCIÓN A LA EXTRACCIÓN POR SOLVENTES.

2.1

Reseña histórica.

Ya desde 1842 Péligot hace referencia a la utilización de un proceso para la extracción de uranio. Posteriormente, alrededor de los años treinta, este proceso se comienza a aplicar en el campo de la industria del petróleo. En el campo de la metalurgia, su primera aplicación es en 1942, para purificar nitrato de uranilo mediante el mismo proceso que cien años antes había desarrollado Péligot. Esta operación se realizó en Estados Unidos y se le denominó "Proyecto Manhattan", cuyo objetivo fue producir uranio para la primera bomba atómica. En un principio el proceso de SX fue desarrollado en forma batch o discontinua. Sólo en 1946 fue realizado en forma continua y en contracorriente. Hasta 1968, la industria extractiva del cobre recuperaba este metal desde soluciones débiles obtenidas de lixiviación (botaderos, pilas, etc.) mediante cementación con chatarra de hierro. Solamente las soluciones de alta concentración, 25-50 gpl. provenientes de percolación por agitación, resultaban económicamente rentables para obtener cátodos. A partir de 1963, la empresa General Milis produce extractantes que fueron gradualmente ganando aplicaciones en la extracción de cobre desde soluciones, produciendo primero Lix-63, Lix-64 y la de primera aplicación industrial Lix64N en Blue Bird (Arizona) en 1968 para una capacidad de producción de 7.000 TMA de cátodos y desplazando la planta de cementación. Desde esos años el desarrollo de esta técnica fue vertiginosa, siendo aplicado desde los años sesenta a la hidrometalurgia de los metales no ferreos más comunes como cobre, niquel, cobalto y zinc. Por ejemplo, En 1970, empieza a operar la planta Bagdad (Arizona) utilizando Lix-64N para producir 25 TPD de cátodos a partir de lixiviación de botaderos. En 1973 inicia operaciones la planta Chingola (Zambia) para tratar soluciones obtenidas en la lixiviación de colas de flotación de óxidos, para producir 90.000 TMA de cátodos. En los años siguientes entraron varias plantas en operación en E.E.U.U. (Anaconda, Johnson Camp, Twin Buttes, Miami) en Perú y Chile (Cerro Verde, Lo Aguirre). Por lo tanto, en alrededor de diez años, el cobre producido empleando el proceso de extracción por solventes se incrementó de 7.000 a 200.000 TMA. Codelco inicio las primeras pruebas de SX a nivel piloto en 1969-70, pero solo lo incorporó a sus procesos el año 1985, para el tratamiento de las aguas de 11

mina del mineral en Teniente. En Chuquicamata, la implementación del proceso de SX comenzó recién en 1988, con el proyecto ripios, tratando las soluciones combinadas de lixiviación de ripios y bateas, con concentraciones en cobre entre 10 a 12 gpl.

Cronología de la Planta de SX del Centro de Trabajo de Chuquicamata. La cronología de la implementación de modificaciones operacionales a la Unidad de SX, es la siguiente: 1988

Puesta en marcha de la Planta de SX: circuito 2E - 2S y 6 filtros de electrolito tipo Degremont, con lecho filtrante arena, antracita y grava.

1989

Operación de proceso de ruptura mecánica de Crud. Recuperación de orgánico contenido en crud de etapas y sumidero del proceso SX.

En la Fig. nº2-1 se muestra el diagrama de flujo, de la Planta de SX del Centro de Trabajo de Chuquicamata, hasta 1989.

12

Fig. nº 2-1: Diagrama de flujos de la Planta hasta el año 1989.

13

Julio 1990

Operación post - decantador (BS-1) en flujo de electrolito de Avance. Reducción de orgánico contenido en el flujo efluente de la etapa S-1 y, eventualmente, de sólidos en suspensión.

Dic. 1991

Operación de una etapa de lavado de orgánico cargado. Disminución de arrastres A/O, disminución de contenido de cloruro en arrastres A/O y de sólidos en suspensión.

Abril 1992

Operación de ruptura mecánica modificada. Optimización de la recuperación de orgánico contenido en Crud.

Abril 1992

Operación de bombas de alimentación (PLS) en balsa. Reducción de la tasa de generación de crud por control de sólidos en suspención.

Agos. 1992 Adición de reactivos. - Control de sólidos en suspensión. - Reducción de la tasa de generación de crud. Abril 1993 - 1994 Operación de filtro de electrolito prototipo. Control de orgánico y de sólidos en suspensión en el electrolito de avance. Julio 1994

Operación segundo pozo de alimentación a la Planta de SX. Control sólidos en suspensión.

Agos. 1994 Transformación del lavador de orgánico (tren B etapa E- 1) en la etapa productiva E-3. Procesamiento de la solución de ripio excedente. Mayo - Octubre 1994 Operación consecutiva de filtros de electrolitos. Control de orgánico en electrolito de electrodepositación.

avance

a

14

Abril - Diciembre 1994 Operación consecutiva de coalescedores. Reducción de arrastres de acuoso a la etapa de re-extracción. Control de contaminantes, en particular cloruro en electrolito de avance. Mayo 1995 Inicio de la operación de Filtro Sparkler. Restauración de las propiedades de coalescencia del orgánico. 1994 – 1996

1996 - 2000

Operación Planta SX Configuración: 2E - 2S (tren A) y 2E - 1 S (tren B) Unidades adicionales:

Filtro Degremont Filtro Chuqui Coalescedores

6 4 5

Plantas anexas

Ruptura mecánica crud Restauración de las propiedades de coalescencia.

Operación Planta SX Configuración: 2E - 2 S (tren A) y 2E - 1 S (tren B) Unidades adicionales:

Filtro Degremont Filtro Chuqui Coalescedores

6 6 5

Plantas anexas

Ruptura mecánica de crud. Restauración de las propiedades de coalescencia. Centrifugación (eventual).

En la Fig. nº2-2 se presenta el diagrama de flujos de la Planta de SX entre los años 1994 a 1996. 15

Fig. nº2-2: Diagrama de flujos de la Planta de SX entre los años 1994 a 1996.

16

En la Fig. nº2-3 se muestra el diagrama de flujos de la Planta de SX, del Centro de Trabajo de Chuquicamata entre los años 1997 a 2000.

ALIMENTACION

Fig. nº2-3: Diagrama de flujos de la Planta de SX entre 1997 y 2000.

17

La Fig. nº2-4, muestra el diagrama de flujos de la Planta de SX entre 2000 y 2003. La configuración corresponde a un circuito en serie 2E – 2S en el tren A y un circuito en serie 2E – 1S en el tren B.

PLS POZO # 1

E1A

By - pass Orgánico By - pass PLS

E1B E2A REFINO TREN A SPENT

S2A E2B

SPENT

S1B S1A

REFINO TREN B

TK SOLVENTE COALESCEDORES

AGUA INDUSTRIAL

5 FILTRO DEGREMONT 3

2

1

5

4

6

4

TK

5

4

1

2

ORGANICO

6 BW

3 TK AVANCE

FILTRO CHUQUI 12

11

10

9

8

7

AGUA INDUSTRIAL

FILTRO SPARKLER

CENTRIFUGA AVANCE FILTRADO

SUMIDERO

Fig. nº2-4: Diagrama de flujos de la Planta de SX entre 2000 y 2003.

18

Actualmente, la planta de Extracción por Solvente de Chuquicamata, se encuentra tratando soluciones provenientes de la lixiviación de ripios, bateas, pilas y polvos de fundición. La Fig. nº2-5 muestra el diagrama de flujos actual. La configuración corresponde a un circuito en serie 2E – 1S y uno en paralelo 1E – 1S en el tren A y un circuito en serie 2E – 1S en el tren B. PLS POZO # 2 PLS POZO # 1

E1A

By - passOrgánico By - passPLS

E1B E2A REFINO TREN A

E3A E2B

SPENT

S1B

SPENT

S1A

REFINO TREN B

TK

REFINO A

SOLVENTE AGUA INDUSTRIAL

COALESCEDORES

FILTRO DEGREMONT 3

2

1

5

4

6

5

TK

4

ORGANICO

6 BW

5

4

1

2 3

TK FILTRO CHUQUI 8 12 11 10 9

AVANCE 7

AGUA INDUSTRIAL

FILTRO SPARKLER

CENTRIFUGA AVANCE FILTRADO

SUMIDERO

Fig. nº2-5: Diagrama de flujos de la Planta de SX en 2004. 19

2.2

Definiciones

Metalurgia. Es el arte y la ciencia de extraer los metales, desde los minerales y adecuarlos para el uso humano. Por lo tanto la metalurgia se divide en dos grandes ramas: la metalurgia extractiva y la metalurgia de transformación o de materiales. La primera comprende las operaciones mineras para la obtención del metal desde su estado primario. La segunda se encarga de dar las propiedades físicas, eléctricas, mecánicas y de forma al metal primario, dejándolo apto para ser utilizado como producto intermedio o final. Hidrometalurgia. Es la rama de la metalurgia que basa sus procesos en soluciones liquidas y que tradicionalmente se encarga del tratamiento de los minerales oxidados, a diferencia de la pirometalurgia que lo hace vía fuego, con los sulfurados. Extracción por solventes (Solvent Extraction o SX). Es un proceso físico-químico de concentración y purificación de solución, que básicamente consiste en la transferencia de un soluto (por ejemplo, el cobre disuelto) entre una solución acuosa a una solución orgánica. Etapa de Extracción. Es el proceso de transferencia de un elemento disuelto de interés, desde la solución acuosa que lo contiene, hacia la fase orgánica. Etapa de Lavado. Es la etapa del proceso de SX que consiste en el lavado del orgánico cargado con agua levemente acidulada. El lavado tiene por objetivo remover o diluir las impurezas que han sido arrastrados por el orgánico como microgotas, durante las etapas de extracción. Etapa de Re-extracción o stripping. Es el proceso de transferencia de un elemento disuelto de interés, desde la solución orgánica que lo contiene, hacia la fase acuosa.

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Solución de lixiviación cargada (que en inglés se denota como PLS o Pregnant leach Solution). Solución acuosa proveniente de la lixiviación, rica en algún elemento disuelto de interés. Refino. Solución acuosa pobre en el elemento de interés, saliente del proceso de extracción por solventes y que entra a lixiviación. Electrolito pobre (o Spent que en inglés significa gastado). Solución acuosa pobre en el elemento de interés, saliente del proceso de electrodepositación y entrante al proceso de extracción por solventes. Solución Avance. Solución acuosa rica en el elemento disuelto de interés, que sale del proceso de extracción por solventes e ingresa al proceso de electrodepositación. Extractante. Es el componente activo en la fase orgánica que reacciona químicamente con el metal para formar un complejo órgano-metal el cual es soluble en la fase orgánica. Solvente. Componente orgánico donde está disuelto el extractante para formar la fase orgánica. Consiste de hidrocarburos alifáticos o aromáticos o una mezcla de los dos. Emulsión. Es una mezcla estable de las fases orgánica y acuosa. Dispersión. Es una mezcla inestable causada por el contacto de las fases orgánica y acuosa. Crud o borra. Es una emulsión formada por una fase orgánica, una fase acuosa, aire y sólidos coloidales o muy finos.

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Arrastre. Son pequeñas gotas de una fase en la matriz de otra fase. Coalescencia. Separación natural o espontánea de dos líquidos. Líquidos inmiscibles. Son aquellos líquidos que por sus características físico-químicas no se mezclan. Modificador. Es cualquier componente añadido a la fase orgánica, que altera el comportamiento del reactivo extractante. Por ejemplo, facilitando la coalescencia, modificando los equilibrios de extracción y re-extracción, favoreciendo la solubilidad del extractante cargado en la fase orgánica, etc. Continuidad de fase. Se define para aquella fase en que se mantienen dispersas las demás. Continuidad orgánica. Es aquella condición en que la fase orgánica mantiene dispersa una fase acuosa a la forma de microgotas. Continuidad acuosa. Es aquella condición en que la fase acuosa mantiene dispersa una fase orgánica a la forma de microgotas. Curva de Distribución. También conocida como isoterma o diagrama de Mc Cabe-Thiele. Es una curva ploteada que muestra la relación en equilibrio entre la concentración del metal en la fase orgánica como una función del metal en la fase acuosa. Cinética de extracción. Es la velocidad a la cual un metal se transfiere de la fase acuosa a la fase orgánica. Determina el tiempo de contacto y el tamaño del mezclador. Capacidad de carga. Es la concentración máxima de un metal en la fase orgánica bajo una serie de condiciones dadas. 22

Razón O/A. Es la cantidad de la fase orgánica dividida por la cantidad de fase acuosa, generalmente expresada en volumen. Razón A/O. Es la cantidad de la fase acuosa dividida por la cantidad de fase orgánica, generalmente expresada en volumen. Razón de operación. Es la razón aritmética entre el flujo de orgánico y el flujo de acuoso que alimentan a los mezcladores en cada etapa. Porcentaje de extracción (% E). Es el resultado del cálculo dado por la siguiente ecuación: %E

=

( Flujo entrante * (Cu+2) - Flujo saliente * (Cu+2) ) * 100 (Flujo entrante * (Cu+2))

donde (Cu+2) es la concentración de cobre en solución. Inversión de fase. Es el cambio de una continuidad de fases a otra. Banda de dispersión. Zona inestable donde coexisten las fases orgánica y acuosa, dispersas. La banda de dispersión proveniente del mezclador se rompe en el decantador y el orgánico se filtra a través de la banda, mientras que el acuoso baja a su fase. Sinergismo. Resultado del efecto de dos o más extractantes en la fase orgánica.

23

2.3

Mecanismo químico.

2.3.1 Descripción del proceso. La extracción por solventes (SX) aplicada a la hidrometalurgia es un proceso unitario para la purificación y concentración de una amplia variedad de metales. Esta consiste en el contacto íntimo de una fase orgánica que contiene un extractante con una fase acuosa que contiene el metal de interés disuelto. El extractante reacciona químicamente con el metal disuelto para formar un complejo órgano-metal, el cual es soluble en la fase orgánica. Las impurezas por lo general no reaccionan con el extractante y se quedan en la fase acuosa. La fase orgánica que contiene el complejo órgano - metal es separado de la fase acuosa. El metal es recuperado y concentrado en otra fase acuosa por inversión de la primera reacción química, a causa de un cambio en el pH. La extracción por solventes fue primeramente aplicada a metales de alto valor, pero en la actualidad la tecnología es aplicada a metales de menor valor dada la disponibilidad de nuevos extractantes con mejor selectividad, cinética más rápida y tiempos de liberación de las fases más cortos y también al reciente desarrollo de equipos más eficientes. 2.3.2 Reacción química. Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas para poder realizar operaciones matemáticas con ellas. Una reacción química es un proceso en el que una o más sustancias —los reactivos— se transforman en otras sustancias diferentes —los productos de la reacción.

24

Ejemplo de reacción química.

Fig. nº2-6: Representación de una reacción química.

Significado de una ecuación química. Una ecuación química proporciona mucha información de forma condensada. La reacción antes mostrada es una muy sencilla. Dos sustancias, llamadas reactivos, reaccionan entre sí. La primera de ellas es el magnesio, simbolizado por Mg; la ‘s’ indica que está en forma sólida. El símbolo HCl corresponde a la fórmula del ácido clorhídrico, que contiene números iguales de átomos de hidrógeno (H) y cloro (Cl) combinados. La ‘l’ significa que el ácido clorhídrico está en estado líquido. El 2 que frente a la formula HCl indica que dos moles (un mol es una medida de la cantidad de sustancia) reaccionan con un mol de magnesio (el 1 delante del símbolo Mg o delante de cualquier formula, suele omitirse). La flecha muestra el sentido de la reacción. En el lado derecho, la ecuación muestra un sólido, el cloruro de magnesio, y un gas (indicado por la ‘g’), el hidrógeno, H2. En el sólido, cada átomo de magnesio está combinado con dos átomos de cloro, como indica el subíndice 2. En el gas hidrógeno H2, los átomos están unidos por parejas, como también indica el subíndice 2. Las ecuaciones químicas pueden ser muchísimas más complejas que ésta. Las reacciones químicas pueden directas o inversas y reversibles o irreversibles.

25

•

•

Una reacción química es directa cuando las moléculas A y B (moléculas reactivos) reaccionan para formar las moléculas C y D (moléculas productos). Se dice que una reacción es inversa cuando las moléculas C y D (moléculas productos) reaccionan para formar las moléculas A y B (moléculas reactivos). Una reacción química es reversible cuando las moléculas productos C y D, reaccionan y dan origen a las moléculas reactivos originales A y B. En cambio, una reacción irreversible es aquella en que ya no se puede volver a obtener los reactivos originales una vez que ha producido la reacción química.

2.3.3 Reacción química reversible en SX del cobre. El proceso de extracción por solventes se representa mediante una reacción química reversible en la que se intercambian especies disueltas (iones) desde una fase liquida a otra, inmiscibles, según la siguiente ecuación.

(Cu + +)

acuoso

+2

(HR )

organico

=

(CuR 2)

organico

(H +)

+2

acuosa

Esta es la ecuación de reacción química fundamental de la Extracción por Solvente del cobre.

En ella (Cu++)acuosa representa la concentración del ion cobre disuelto en la fase acuosa (fase líquida cuya base es el agua). (CuR2)orgánico representa la concentración de cobre disuelto en la fase orgánica (solvente + extractante) y que ha sido atrapado por el extractante. (HR)orgánico representa la concentración del extractante en la fase orgánica y (H+)acuoso es la concentración de ácido (ácido libre) en la fase acuosa. En la reacción se simboliza R-H para indicar que sólo es el protón H+ el que se intercambia con el Cu+2.

26

Esta ecuación química fundamental reversible describe los dos procesos presentes en extracción por solventes: la extracción y la re-extracción, de acuerdo a la dirección de la reacción. Una forma más pedagógica de representar la reacción química fundamental de extracción y/o reextracción de cobre, es la mostrada en la Fig. nº2-7. En este caso, se han desarrollado los términos RH y CuR2. En otras palabras, se ha sustituido la abreviatura del extractante RH y la del cobre disuelto en el reactivo orgánico CuR2, por la estructura de la molécula, en dos dimensiones. Como el término RH es genérico, es decir, se utiliza para representar cualquier tipo de extractante, se ha escogido como ejemplo de la Fig. Nº2-7, el extractante 2 hidroxil – 5 dodecilbenzenofenoxima (molécula de un extractante, de la marca comercial LIX).

Fig. nº2-7: Reacción de extracción de cobre.

Donde: C H N O Cu+2 C12H25 H+

: representa un átomo de carbono. : representa un átomo de hidrógeno. : representa un átomo de nitrógeno. : representa un átomo de oxígeno. : representa el cobre disuelto (ion cúprico). : representa una cadena de átomos de carbono unidos con átomos de hidrógeno. : representa un átomo de hidrógeno en un medio acuoso (ácido libre).

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En esta ecuación, el término RH de la ecuación fundamental, es la correspondiente a la molécula mostrada en la Fig. nº2-8.:

R

H Fig. nº2-8: Representación molecular del extractante R-H.

Nótese que para este ejemplo, R es la molécula del extractante 2 hidroxil – 5 dodecilbenzenofenoxima (Un tipo de extractante de la marca comercial LIX). Sin embargo, R puede representar la molécula de cualquier otro extractante. El término CuR2 de la ecuación fundamental, es la corresponde a la molécula mostrada en la Fig. nº2-9:

R2

Cu

Fig. nº2-9: Representación molecular de cobre disuelto unido al extractante.

28

Luego, agrupando estas moléculas, se obtiene la representación de la reacción química fundamental abreviada. La Fig. nº2-10 esquematiza la reacción de intercambio.

2

(HR)

organico

+

(Cu + +)

acuoso

=

(CuR 2)

organico

(H +)

+2

acuosa

Fig. nº2-10: Analogía entre representaciones de la extracción de cobre.

29

Etapa de extracción del cobre. Cuando ocurre el proceso de extracción, la ecuación fundamental tiene la siguiente dirección:

(Cu ++)

acuoso

+2

(HR)

organico

⇒ (CuR ) 2

organico

(H +)

+2

acuosa

Esto significa que el cobre disuelto en la fase acuosa (Cu++)ac reacciona con el extractante de la fase orgánica (HR)org, quedando el cobre químicamente atrapado en la fase orgánica (CuR2) y generando ácido libre (H+). De acuerdo con la estequiometría de la reacción, por cada gramo de cobre que se transfiere desde la solución acuosa hacia la fase orgánica, se liberan 1.54 gramos de ácido desde el orgánico hacia la fase acuosa.

Etapa de re-extracción del cobre. Cuando ocurre el proceso de re-extracción, la ecuación fundamental tiene la siguiente dirección:

(Cu++)

acuoso

+2

(HR)

organico

⇐ (CuR ) 2

organico

(H +)

+2

acuosa

Esto significa que el cobre atrapado químicamente en la fase orgánica (CuR2) más la adición de ácido (H+) (o de una solución que contenga ácido, en una determinada concentración), logra liberar el cobre, el que pasa a la fase acuosa (Cu++)ac restaurándose el extractante en la fase orgánica (HR)org, quedando listo para una nueva extracción. Este cambio en la dirección de la reacción química se debe a la incorporación de ácido (H+). Como la ecuación química fundamental es una igualdad, si se adiciona o agrega ácido (lado derecho de la ecuación), la dirección que toma la reacción es hacia la izquierda a fin de establecer un equilibrio. La dirección será hacia la 30

derecha si se disminuye la cantidad de ácido (lado derecho de la ecuación). Esto explica que una vez cargado el orgánico en la etapa de extracción, que es una etapa de baja concentración en ácido, para liberar el cobre o re-extraerlo, es decir, para que la reacción sea en la dirección contraria, se requiere una solución de gran acidez, tal como lo es el electrolito spent proveniente de electrodepositación. En término de la mezcla y los flujos, el proceso de SX se esquematiza en la Fig. nº2-11. Esta Figura muestra un mezclador como equipo principal en propiciar el contacto íntimo entre las moléculas de extractante y de acuoso, y el decantador como equipo complementario para la separación de ambas fases. La figura también muestra la dirección de los flujos de acuoso y orgánico y la presencia de una banda de dispersión (mezcla inestable de orgánico y acuoso). En esta situación, la reacción de extracción o la reacción de re-extracción, dependiendo de la etapa en cuestión, ocurre en la zona de la caja mezcladora. Es en esta caja donde, por efecto de la turbulencia de mezclado, se produce el contacto íntimo entre las moléculas del extractante y del acuoso, con la consiguiente transferencia del ion cúprico.

Zona de ocurrencia de la transferencia del ion cúprico.

Dirección de los flujos.

Fig. nº 2-11: Diagrama de flujos en el decantador del proceso de SX de cobre.

31

2.4

Flujos y etapas.

La extracción por solventes tiene dos grandes etapas: la etapa de extracción de cobre y la etapa de re-extracción de cobre. A la etapa de extracción entra la solución PLS (solución de lixiviación) rica en cobre. Esta solución es contactada con la fase orgánica la que le extrae el cobre disuelto, generándose una solución pobre en cobre denominada “Refino” y una fase orgánica rica en cobre denominada “orgánico cargado”. El flujo de refino es previamente ajustado en ácido y es bombeado a la etapa de lixiviación generándose nuevamente una solución PLS producto de la lixiviación de mineral. El orgánico cargado en la etapa de extracción pasa por coalescedores, para remover el acuoso arrastrado por esta fase y sólidos, de tal manera de evitar contaminación a las etapas posteriores de SX y electrodepositación. Una vez “limpio” el orgánico cargado, este ingresa a la etapa de re-extracción. Aquí el orgánico cargado es contactado con el electrolito pobre proveniente de la etapa de electrodepositación. Este electrolito tiene una alta concentración de ácido libre lo que permite invertir la dirección de la reacción química reversible de extracción, es decir, logra que el orgánico libere el cobre que había atrapado en la etapa de extracción. Como consecuencia de esta liberación se genera una solución rica en cobre denominada “Avance” o “electrolito rico”, flujo que constituye la solución de entrada a electrodepositación. Como contraparte se genera una fase orgánica con baja concentración de cobre, denominado “orgánico descargado”. Esta fase de orgánico descargado es recirculada a la etapa de extracción para una nueva carga en cobre. De la circulación de estos flujos se desprende que la etapa de lixiviación, extracción por solventes y electrodepositación constituyen un circuito cerrado, donde solo existen recirculaciones de soluciones. En la práctica, existen pérdidas de soluciones debido a evaporaciones, purgas y a la humectación del mineral durante la lixiviación. Cada uno de los flujos antes descritos se ha representado globalmente en la Fig. nº2-12.

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Solución PLS o solución rica en cobre

LIXIVIACION EN PILAS, BATEAS, DE RIPIOS O DE POLVOS DE FUNDICION

Solución refino

E Orgánico descargado

Orgánico cargado

RE - EXTRACCION Avance o electrolito rico

ELECTRODEPOSITACION

Electrolito pobre o Spent

CATODOS DE COBRE Fig. nº2-12: Circuito LX-SX-EW.

2.5

Circuitos.

Existen numerosas combinaciones de circuitos en extracción por solvente. El circuito de la planta industrial de extracción por solventes de Chuquicamata hasta 2003 era de dos etapas de extracción por dos de re-extracción para el tren A, cuya nomenclatura es 2E-2S. Actualmente, en el tren A se opera con un circuito en serie 2E + 1S y un circuito en paralelo 1E y 1S, mientras que en el tren B se mantiene el esquema en serie 2E – 1S. Esquemáticamente, el circuito cerrado y en contracorriente 2E – 2S, se dibuja de la siguiente forma (Fig. nº2-13).

33

Fig. nº2-13: Configuración de Circuito 2E-2S

Una configuración del tipo 2E – 1S se muestra en la Fig. nº2-14.

Fig. nº2-14: Configuración de Circuito 2E-1S

34

Otros tipos de configuraciones para un circuito de SX son las mostradas en las Fig. nº2-15 a Fig. nº2-19:

Fig. nº2-15: Configuración de Circuito 2E-2S Dual

Fig. nº2-16: Configuración de Circuito 1E-2S

35

Fig. nº2-17: Configuración de Circuito 1E-3S

Fig. nº2-18: Configuración de Circuito 2E 2S con bypass

36

Fig. nº2-19: Configuración de Circuito 2E 1S con cascada

En general, la configuración elegida dependerá del costo de la inversión, resultados a nivel piloto y posterior operación y mantención de los inventarios de reactivos y de los indicadores de eficiencia de extracción y re-extracción de cobre por etapa, entre otros.

2.6

Extractantes, solventes y modificadores.

Como se mencionó anteriormente, la fase orgánica presente en el proceso de extracción por solventes es una mezcla de dos constituyentes:

FASE ORGÁNICA = EXTRACTANTE + SOLVENTE

37

El extractante. El extractante es un reactivo orgánico cuya característica principal es poder reaccionar y atrapar selectivamente un elemento disuelto específico. Comercialmente, existen diferentes tipos de extractantes: extractantes solvatantes, extractantes básicos, extractantes ácidos y extractantes quelantes. Sin embargo, son estos últimos - los extractantes quelantes - los más utilizados en la extracción de cobre. Los extractantes quelantes principales son las hidroxioximas. Estos poseen grupos hidróxilo (-OH) y grupos oxima (=N-OH) en sus estructuras moleculares y son altamente selectivos, dado que además de operar mediante un mecanismo de intercambio catiónico, forman quelatos con los electrones del nitrógeno (N) y el ion metálico extraído. La representación de los extractantes quelantes tipo oximas (aromáticos), se muestra en la Fig. nº2-20.

Fig. nº2-20: Representación de la estructura de una oxima

En este caso, si R1 es un protón (-H), entonces la oxima es del tipo aldoxima. En cambio, si R1 es una cadena del tipo (–CH3-) la oxima es del tipo cetoxima. Esta diferencia en R1 tiene incidencia en la reactividad de la oxima. Los extractantes del tipo aldoximas son muy fuertes, de alta capacidad de carga y de rápida cinética, en comparación con las cetoximas. Sin embargo, las aldoximas requieren una mayor concentración de ácido sulfúrico para que 38

ocurra la reacción de reextracción y sufren una mayor degradación en presencia de tensoactivos, como alcoholes. El grupo R2 o R3 representan una cadena alifática (lineal) que tiene por objetivo aumentar la solubilidad del extractante y del complejo metálico en la fase orgánica. Por ejemplo, el extractante utilizado en la Planta Industrial de Extracción por Solvente de Chuquicamata, denominado Acorga M-5774, es altamente selectivo, atrapando sólo el cobre disuelto en el PLS de lixiviación y no otras impurezas disueltas como el fierro, manganeso, etc. Recordemos que el PLS que alimenta a la Planta de SX proviene de la lixiviación de ripios, lixiviación de mineral en bateas, lixiviación de mineral en pilas y lixiviación de polvos de fundición. Por lo tanto, cada una de estas soluciones además de traer cobre disuelto, arrastra una gran cantidad de impurezas disueltas (por ejemplo, iones metálicos de aluminio, azufre, manganeso, etc.). En la Tabla nº2-1 se muestran algunas características estándar exigidos al PLS que alimenta a SX.

Característica del PLS

unidad

valor

Concentración de cobre Concentración de ácido Sólidos en suspensión Temperatura pH

gpl gpl ppm ºC

6.0 - 8.5 < o = 6.0 < o = 25 > o = 17 1.7 +/- 0.3

Tabla nº2-1: Características del PLS

De ahí que el extractante deba ser muy selectivo a fin de evitar que las impurezas sean arrastradas hasta el proceso de electrodepositación, contaminando el electrolito y finalmente los cátodos de cobre. Por ejemplo, un gráfico clásico de la selectividad de un extractante, es el que se observa en la Fig. nº2-21. Este gráfico corresponde al extractante LIX64N, 39

que es una mezcla de un LIX 65N (Extractante quelante del tipo hidroxioximas aromáticas) y LIX 63 (Extractante quelante del tipo hidroxioximas alifáticas). En él se observa que para el pH de trabajo en la planta de SX (pH 1.7) el extractante es muy selectivo respecto de atrapar sólo el cobre en solución (ion cúprico) por sobre el fierro disuelto (ion férrico). En otras palabras, se puede decir que el valor del coeficiente de distribución del cobre respecto del fierro debe ser el mayor posible.

2

Concentración del metal en gpl 1

1

2

3

4

5

pH Fig. nº2-21: Selectividad del extractante LIX 64N.

Entre las características más importantes del extractante y que deben ser evaluadas a nivel laboratorio antes de su adquisición son:


Especificidad absoluta, es decir, un reactivo capaz de unirse a un metal solamente. Altamente selectivo frente a las impurezas contenidas en la solución de lixiviación o PLS.

40




Estabilidad química necesaria porque cualquier pérdida por degradación debe ser repuesta con el consiguiente costo de operación. Además los productos de degradación pueden interferir en el proceso mismo de extracción y coalescencia. El extractante debe ser igualmente estable bajo condiciones de extracción como de re-extracción. Esto último involucra un contacto con soluciones de naturaleza muy diferente a las de extracción (PLS o refino) como lo es el electrolito (Avance o spent) de electrodepositación.




Separación de fases rápida. La separación de fases debe ser rápida con el objeto que las dimensiones de los decantadores sean las mínimas posibles. Así se disminuyen los costos de inversión, inventario de reactivos y evaporación de la fase orgánica.




Baja solubilidad en la fase acuosa. Esto es de gran importancia ya que en la extracción por solventes la fase orgánica es recirculada entre las etapas de extracción y re-extracción, lo que por concepto de arrastres hacia los procesos inmediatos (lixiviación o electrodepositación) puede generar una gran perdida económica.




Alta solubilidad en el diluyente.




Alta capacidad de carga.




Alta solubilidad del cobre disuelto y de su enlace con la fase orgánica.




Baja viscosidad.




Poseer una apropiada diferencia de densidad con las soluciones acuosas (PLS, Refino, Avance, spent).




Estar disponible a precio razonable.




No tóxico.




Baja inflamabilidad o alto punto de inflamación.




No favorecer la formación de emulsiones. 41

Luego, para evaluar correctamente un extractante debe considerarse lo siguiente, al momento de realizar las pruebas experimentales:


Debe realizarse primeramente el ensayo de solubilidad del extractante en el solvente para formar la fase orgánica.




Determinar la isoterma de extracción. Para esto se utiliza una solución de una determinada concentración en cobre disuelto y pH. Se contactan diferentes mezclas O/A. Se agitan por 10 minutos aproximadamente y luego se deja decantar. La solución acuosa debe ser analizada por cobre disuelto.




Determinar la isoterma de re-extracción. Análoga al caso anterior, pero previa caracterización de la solución acuosa a emplear para la reextracción.




Selectividad. Se utiliza una solución acuosa de concentración de cobre disuelto y pH conocido, además de las concentraciones de las impurezas que se quiere evaluar. Se contactan volúmenes O/A 1/1 por 10 minutos. Una vez separadas las fases, la solución acuosa es analizada por cobre disuelto y las impurezas de interés. El resultado de dividir las concentraciones de las impurezas y del cobre disuelto determina el valor de la selectividad.




Cinética de extracción y re-extracción. Ambas fases acuosas para extracción y re-extracción se caracterizan. Luego se contacta una razón volumétrica O/A 1/1 a unas 800 r.p.m. y se toman muestras en el tiempo. Luego de separadas las fases, se analiza el acuoso por cobre disuelto.




Separación de fases. Este test se realiza para la etapa de extracción y la de re-extracción. Se contactan razones O/A 1/1, se agita y luego se mide el ascenso de la interfase acuoso-banda de dispersión.




Carga máxima o capacidad de carga. Una solución acuosa de concentración de cobre disuelto y pH conocida es contactada en razón O/A 1/1, luego se agita durante un tiempo. Después se retira todo el acuoso y se agrega el mismo volumen de solución acuosa fresca. Se continúa cambiando la solución

42

acuosa hasta la saturación del extractante. Cada solución acuosa cambiada es analizada por cobre disuelto El extractante utilizado en la planta industrial de Extracción por Solventes de Chuquicamata es el Acorga M-5774, el que ya trae incorporado un modificador. La Tabla nº2-2 y Tabla nº2-3 muestran las características de algunos extractantes que se comercializan para las plantas de extracción por solventes y del extractante Acorga M-5774, respectivamente.

43

Tabla nº2-2: Características Principales de Algunos Extractantes Acorga M- Henkel PT- Henkel LIX- Henkel LIX- Allied 5774 5050 984 984-R MOC 45 Carga de Cobre por 1 porcentaje de extractante (gpl)

2

0,56-0,59

0.5530.575

0.55-0.57

0.51-0.54

0.47-0.48

Allied MOC 55

0.47-0.48

Allied MOC 100 Henkel LIX TD 973N

0.52

0.51-0.54

Cinética de extracción. Acondicionamiento al equilibrio a 250 C, (%) en: 15 segundos

no menor a no menor a 90 80

30 segundos

no menor a mayor a 95 95 mayor a 90 en 60 seg. mayor a 95

Cinética de reextracción. 3 Acondicionamiento al equilibrio a 250 C, (%) en 15 segundos. Extracción de Cu+2 (gpl)en el punto de la isoterma a 250 C, g/l 4 Fase orgánica Fase Acuosa

90 en 60 seg.

igual o igual o mayor a 93 mayor a 95 mayor a 95

no menor a no menor a igual o 95 95 mayor a 90 mayor a 95

no menor a no menor a 4.2 4.2 no mayor a no mayor a 1.6 1.8

mayor a 4.3

igual o mayor a 4.40

igual o mayor a 3.75

1.6

igual o menor a 1.8

igual o menor a 0.30

igual o mayor a 4.90

igual o mayor a 4.2

Re-extracción de Cu+2 (gpl) en el punto de la isoterma a 250 C, g/l 5 Orgánica Acuosa

no mayor a no mayor a 2.1 2.2 No menor No menor a 32 a 3.2

igual o menor a 1.2

Tiempo de separación de fases, en segundos. 6 Extracción Re-extracción Densidad, gr/cm3 a 250 7C 8 Viscosidad, cP a 250 C 9 Selectividad, Cu/FeT

no más de no más de no más de no más de no más de no más de no más de 60 60 60 70 90 100 90 no más de no más de no más de no más de 60 60 60 80 0.91-0.93 0.91-0.92 no más de no más de 200 200 No menor no menor a mayor a a 3000 500 2000

0.91-0.92

0.9

0.93

0.92

-

mayor a 2000

mayor a 2000

mayor a 2000

mayor a 2000

mayor a 2000

44

Tabla nº2-3: Características del extractante Acorga M-5774.

Propiedad/tipo extractante Gravedad específica a 25ºC Punto de inflamación, ºF Factor de carga, g/l de cobre/v/o

5-Nonyl-salicylaldoxima (Acorga M-5774) 0.96 - 0.98 190 0.56 - 0.59

Punto isoterma de extracción, g/l de Orgánico: no menor a 4.2 cobre. Acuoso: No mayor a 1.6 Selectividad Cu/Fe No menor a 3000 Cinética de extracción (30 seg), % No menor a 95 Separación de fases, extracción, seg. No mayor a 60 Punto de isoterma de re-extracción, g/l Orgánico: No mayor a 2.1 de cobre Acuoso: No menor a 32 Cinética de re-extracción (15 seg), % No menor a 95 Separación de fases re-extracción, seg. No mayor a 60 Apariencia Líquido transparente color ámbar sin impurezas visibles Solubilidad compleja (0ºC), 24 horas. No hay precipitación

El solvente. El solvente es la sustancia en la que se disuelve el extractante y permite reducir la viscosidad, gravedad especifica y el costo volumétrico del extractante. El solvente suele ser un kerosene, inmiscible con el agua (no se mezcla con el agua). En general, el solvente es un kerosene, porque puede ser adquirido con facilidad y ha demostrado presentar buenas características en los procesos de extracción y re-extracción, en el ámbito industrial.

Las principales características que debe poseer un solvente son:

45

•

• • • • • •

Disolver el reactivo de extracción, tanto libre (en la etapa de extracción) como en forma de complejo metálico (etapa de reextracción). No debe ser soluble en la fase acuosa, para evitar las pérdidas por disolución. Mezclarse bien con el reactivo de extracción, para disminuir su viscosidad y facilitar el contacto entre fases Estabilidad química en un amplio margen de condiciones de operación. Punto de inflamación alto, para evitar riesgos de incendios. No ser tóxico, para no presentar peligros durante la operación. Bajo costo.

Existe una alta variedad de este tipo de solventes en el mercado y cuyas características se muestran siguiente Tabla nº2-4. Tabla nº2-4: Caracteristica Pricipales de Algunos Diluyentes Escaid 103

Kermac 400-500

Densidad, gr/cm3 Punto de inflamación, ºC

0.8115

0.812

0.8152

81

85

66

Viscisidad a 25ºC, cst Contenido de asufree, ppm

2.2

Contenido de aromáticos en % volumen

Orfom SX- Orfom SX7 12

Solmin 200L

Shellsol 2046

Conosol 170 E-S

Copec solvent 10

0.8152

0.8063

0.806

0.83

0.8123

66

76

79

77

82

1.9

2.0

0.0

2.04

2.22

2

63

0.04%

10

8.8

22.2

22.2

14.7

0.04%

21

6.8

En la Planta Industrial de Extracción por Solventes de Chuquicamata se utiliza como solvente el Escaid 100. Sus características se detallan en la Tabla nº2-5.

46

Tabla nº2-5: Características del solvente Escaid 100.

Propiedades / Solvente Gravedad específica (60 ºF) Punto de inflamación, ºC Indice de bromo, mg / 100 gr Contenido de aromáticos, %peso Viscosidad a 25ºC, cst. Contenido de azufre, ppm Apariencia

Mínimo 0.800 75

Escaid 100 Máximo 0.820 700

18 0

2.10 5 Líquido claro incoloro

Típico 0.814 77 350 24 1.99 1

Modificadores Un modificador es cualquier producto orgánico que al ser añadido disuelto en la fase orgánica altera el comportamiento de un determinado reactivo de extracción por solventes. Entre estas alteraciones, el modificador puede desplazar los equilibrios de extracción y re-extracción, facilitar la coalescencia, controlar la generación de crud, mejorar la solubilidad del extractante cargado en la fase orgánica, etc. En general, los modificadores utilizados son alcoholes aromáticos o alifáticos y/o ésteres, los que agregados en ciertas cantidades, buscan mejorar la reextracción del ion metálico, sin alterar la fuerza extractiva. Por ejemplo, a veces el solvente por si solo no es suficiente para evitar ciertos problemas en la separación de fases y entonces se incorpora un modificador de fases. El modificador tiene como función favorecer la coalescencia del sistema, mejorando así la separación de fases. Actualmente, en la planta industrial de SX de Chuquicamata, no se está utilizando por si solo un modificador, sino que su adición al sistema es a través del Extractante Acorga M-5774, que lo trae incorporado. Los costos de algunos reactivos usados en la planta industrial de Extracción por Solventes se muestran en la siguiente Tabla nº2-6.

47

Tabla nº2-6: Costos de reactivos de SX.

Reactivo Acorga M-5774 Kieselguhr Zeolita Natural Kerosene

2.7

Costo (Unidad Base) US$7229/m3 US$0.12/kg US$0.72/kg US$528.56/ton métrica

Diagrama de Mc. Cabe-Thile

La combinación de la isoterma de distribución y la línea de operación constituyen el diagrama de operación o diagrama de Mc. Cabe- Thiele (Fig. nº222). Este diagrama es utilizado para estimar el número teórico de etapas para obtener resultados específicos en un sistema SX. La isoterma de distribución es un gráfico de la concentración de la especie extraída en la fase orgánica versus la concentración de la misma especie en la fase acuosa, en una situación de “equilibrio” y a una temperatura constante. La línea de operación se basa en un balance de masa, ya que las concentraciones de metal disuelto en el orgánico que entra y la del refino que sale, son coordenadas de un punto sobre la línea de operación. Similarmente, la concentración del elemento metálico en la fase acuosa y en la fase orgánica que sale de cualquier etapa, son coordenadas de puntos sobre la línea de operación. Opcionalmente, la línea de operación se puede obtener sólo con un punto y con la razón de flujos O/A que se alimenta al sistema. La razón O/A determina la pendiente de la recta.

48

Fig. nº2-22: Diagrama de Mc. Cabe - Thiele

Donde: xo = concentración inicial del metal en la fase acuosa. xn = concentración del metal en el refino (En este caso, xn = x3). Y1 = concentración final del metal en el orgánico cargado. Yn+1 = concentración inicial del metal en la fase orgánica.

Esta representación gráfica corresponde a una situación ideal, es decir, la isoterma de equilibrio supone un equilibrio químico perfecto. Sin embargo, en la práctica no se alcanza esta idealidad y sólo se tiene una isoterma de pseudoequilibrio o equilibrio práctico. Esto se ilustra en la Fig. nº2-23.

49

Fig. nº2-23: Diagrama de extracción de Mc. Cabe – Thile.

Construcción experimental del diagrama de Mc. Cabe-Thiele Para iniciar la construcción de la curva de pseudo-equilibrio, se debe definir el tipo de extractante y diluyente a utilizar, el PLS, el modificador y sus concentraciones si se utiliza y el tiempo que se dará de mezcla. Se comienza el diagrama con un punto en el eje horizontal que corresponde a la concentración del PLS. A continuación se ponen en contacto diferentes volúmenes de fase acuosa y fase orgánica, las que se agitan y luego se dejan separar. Se pueden tomar relaciones de volúmenes O/A de 10/1, 4/1, 3/1, 2/1, 1/1, 1/2, 1/3, 1/4, etc. Luego, a cada uno de estos contactos se les analiza la concentración del metal. Así se obtiene la curva de pseudo-equilibrio o equilibrio práctico, según la Fig. nº2-24.

50

Fig. nº2-24: Construcción de la línea de pseudo equilibrio.

Con esta curva se puede construir el Diagrama de Mc. Cabe-Thiele, definiendo sólo:
La razón de operación O/A, la que generalmente es cercana a 1/1.
La concentración final del metal en el refino.
La concentración del metal en el orgánico descargado. De la misma forma descrita para la construcción del Diagrama de extracción de Mc. Cabe-Thiele, se puede construir el Diagrama de re-extracción de Mc. Cabe Thiele. Solo debe considerarse que la abscisa de la gráfica representa ahora la concentración del metal en la fase orgánica y la ordenada la concentración del metal en la fase acuosa, según se aprecia en la Fig. nº2-25.

51

Fig. nº2-25: Diagrama de reextracción de Mc. Cabe – Thile.

2.8

Consideraciones de diseño en SX.

En SX, cada etapa de contacto entre la fase acuosa y la fase orgánica, sea en extracción o re-extracción se realiza generalmente en un equipo denominado mezclador-decantador (en inglés mixer-settler). En un principio, los mezcladores usados eran cilíndricos, con un diámetro igual a la altura. Sus desventajas eran: a.

El decantador debía ser colocado al mismo nivel del rebose del mezclador, lo que implicaba que o se suspendía el decantador (decantador elevado) o se debía enterrar el mezclador en un foso. En todos los casos crecía la cabeza de succión del equipo agitador de mezcla y bombeo (pump – mixer) lo que los hacía difíciles de calibrar respecto de la proporción de energía que se debe dedicar a mezclar y la que se debe usar en el bombeo desde las etapas adyacentes.

52

En la Fig. nº2-26 se puede apreciar el primer diseño.

Fig. nº2-26: Primer diseño de un mezclador-decantador.

Luego, alrededor de los 70, se propusieron alternativas para dejar los mezcladores al mismo nivel de los decantadores. Este fue el diseño del mezclador – decantador de bajo perfil (o diseño low – profile) (Fig. nº2-27). Este diseño considera la división del mezclador en varias cajas sucesivas en serie. Con esto resultaba más conveniente un diseño rectangular, separado en dos o tres cubos adyacentes, en el que sólo el primero actúa como un agitador de mezclado y bombeo, de mucho menor cabeza de succión y los restantes operan como mezcladores auxiliares de bajo consumo energético. Desde entonces son numerosas las mejoras que se han introducido en los diseños. Entre algunas destacan: • •

Uso generalizado de deflectores (baffles) en las paredes del interior de los mezcladores para evitar la succión de aire en el vórtice central. Uso de una caja de llegada común de los flujos, pero compartimentada, antes de ser succionados al interior del primer mezclador, por el agitador de mezclado y bombeo.

53

•

• •

•

•

•

Deflectores dobles que hacen pasar las fases mezcladas de una caja de mezcla a la siguiente, siempre saliendo por arriba pero entrando por abajo, para evitar la entrada de aire y los cortocircuitos. Uso de impulsores de diseño especial, para evitar la producción de microgotas y optimizar la aplicación de energía en el mezclado. Uso generalizado de un deflector – distribuidor a la entrada de la mezcla, a todo lo ancho del decantador, para evitar líneas de flujo preferentes en el decantador. Uso generalizado de varios deflectores auxiliares transversales a los flujos, ubicados en el interior del decantador, de tipo barreras de estacas (picket-fence) para ayudar a la coalescencia. Uso de equipos colectores de borra, montados sobre un carro móvil para facilitar la uniformidad en la operación de succión, usando una bomba portátil de diafragma dotada de una manguera aspiradora y un tubo transparente para ver la borra succionada y el punto de termino de la operación. Serie de artificios menores colocados en las canaletas de rebose y puntos de salidas de cañerías, destinados a evitar el vórtice y la succión de aire en el agitador del equipo siguiente.

Fig. nº2-27: Mezclador – decantador de bajo perfil.

54

Otro diseño es el que considera el uso de una canaleta que conduce la mezcla que sale del mezclador hasta el otro extremo del decantador, haciendo que la decantación se realice con un movimiento inverso. Con esto, las canaletas de rebose quedan al mismo lado de los mezcladores y se disminuyen las distancias de cañerías entre las etapas. Este se conoce como diseño Krebs. La Fig. nº2-28 lo ilustra.

Fig. nº2-28: Mezclador – decantador Krebs.

Recientemente se ha incorporado el diseño del mezclador de baja velocidad y agitación suave, conocido como VSF (vertical smooth flow) (Fig. nº2-29). Este sistema fue desarrollado por Outokumpu para ser usado inicialmente en la SX de molibdeno, renio, zinc, cobalto y níquel, en 1977. El diseño de agitación suave está basado en un agitador tipo espiral, denominado Spirok. La transferencia de las fases desde un equipo al otro la hace una bomba de baja cabeza de succión, DOP, que está imposibilitada de succionar aire. El conjunto del diseño pretende disminuir al mínimo los arrastres de una fase en la otra, al evitar la formación de microgotas que, normalmente, se producen por el efecto de corte de un mezclador de alta velocidad. En la siguiente figura se aprecia el diseño VSF.

55

Fig. nº2-29: Mezclador – decantador tipo VSF.

El diseño que se utiliza actualmente en la Unidad de SX del Centro de Trabajo de Chuquicamata es del tipo mezclador – decantador de bajo perfil (o diseño low – profile). Es así como este diseño considera la división del mezclador en varias cajas sucesivas en serie. Las Fig. nº2-30 y Fig. nº2-31 y Tabla nº2-7, muestran las cantidades de cajas y sus dimensiones, para las etapas de extracción y re-extracción, en cada tren.

56

Flujo

Flujo

Fig. nº2-30: Cajas en las unidades de extracción.

Fig. nº2-31: Cajas en las unidades de re-extracción.

Las dimensiones se muestran en la Tabla nº2-7.

Medidas en milímetros Tren Etapa

donde L L1 B DP DS Altura

L

L1

B

DP

DS

Altura

A

E-1

3830

3830

3830

2700

1300

3660

A

E-2

3500

3500

3500

2700

1300

3660

A

S-1

3830

3830

2700

3660

A

S-2

3830

3830

2700

3660

B

E-1

3500

3500

3500

2700

1300

3660

B

E-2

3830

3830

3830

1880

1524

3660

B

S-1

3830

3830

1880

3660

= Largo de la caja primaria. = Largo de la caja secundaria. = Ancho de las cajas. = Diámetro de primario. = Diámetro de secundario. = Altura total de la caja. 57

Por otra parte, el piso de los decantadores, en todas las etapas, presentan una inclinación equivalente a un 4.5%, según se observa en la Fig. nº2-32.

inclinación

Fig. nº2-32: Piso de los decantadores.

Respecto de las rejillas difusoras o picket fences, estos están distribuidos dependiendo del tipo, de acuerdo con lo representado en la Fig. nº2-33. Los decantadores del tren A cuentan con rejillas del tipo A, mientras que el tren B cuenta con rejillas del tipo B.

Fig. nº2-33: Rejas difusoras (Picket – Fences). 58

En cada una, la distribución del flujo de avance respecto de la ubicación de las rejas difusoras se representa en la Fig. nº2-34.

Primera corrida rejas difusoras Segunda corrida rejas difusoras Flujo

Fig. nº2-34: Distribución de rejas difusoras en decantadores.

Las dimensiones de las rejas difusoras, expresadas en milímetros, se detallan en la Tabla nº2-8. Tabla nº2-8: REJA DIFUSORA (RD) Primera corrida Tren Etapa

A

B

Donde: RD Drd

E-1 E-2 S-1 S-2 E-1 E-2 S-1

Tipo reja difusora A A A A B B B

Drd 1100 1100 1100 1100 400 400 400

Segunda corrida

Tablilla Espacio Tablilla 100 100 100 100 100 100 100

100 100 100 100 100 100 100

150 150 150 150 150 150 150

Espacio 50 50 50 50 50 50 50

Espacio entre

Altura

corrida 51 51 51 51 51 51 51

1140 1140 1140 1140 1140 1140 1140

= Ubicación de la reja difusora, dentro del decantador. = Distancia del muro (pared interior) a la reja difusora.

59

3.

OPERACIÓN DE LA PLANTA INDUSTRIAL DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES

Actualmente, la operación de la Planta Industrial de Extracción por Solvente 2E-1S (circuito en serie) y 1E-1S (circuito en paralelo) en el tren A y 2E-1S (circuito en serie) en el tren B - tiene dos grandes áreas. Los procesos de extracción y re-extración propiamente tales y el área de estanques o “thank farm”. En la primera área se logra transferir el cobre disuelto desde el PLS al electrolito de avance, que entra a la Planta de Electrodepositación. La segunda área, apoya el proceso principal. Esta considera el favorecer la coalescencia del acuoso arrastrado, mediante el uso de 5 unidades coalescedores, para los flujos de orgánico de ambos trenes; el almacenamiento temporal de soluciones en circulación en diferentes estanques, tratamiento del orgánico para la recuperación de sus propiedades químicas, tratamiento de borras para la recuperación de orgánico, filtraciones de soluciones de electrolito de avance mediante el uso de 6 unidades de filtros Degremont y 6 unidades de filtros Demister, recepción y almacenamiento de soluciones a piso (sumidero), entre otras. Esquemáticamente, las dos áreas se muestran en la Fig. nº3-1.

60

PLS

REFINO

ZONA DE MEZCLADO, EXTRACCION Y REEXTRACCION

ZONA DE ESTANQUES (zona complementaria)

AVANCE

SPENT

Fig. nº 3-1: Esquema global de la Unidad de SX de Chuquicamata.

61

3.1 Diagrama de procesos. El diagrama de flujos de la Planta Industrial de SX considera cada una de las etapas que intervienen y la entrada y salida de flujos. La Fig. Nº3-2 muestra el diagrama actual. PLS POZO # 2 PLS POZO # 1

E1A

By - passOrgánico By - passPLS

E1B E2A REFINO TREN A

E3A E2B

SPENT

S1B

SPENT

REFINO TREN B

S1A TK

REFINO A

SOLVENTE COALESCEDORES

AGUA INDUSTRIAL

FILTRO DEGREMONT 3

2

1

5

4

6

5

TK

4

ORGANICO

6 BW

5

4

1

2 3

TK FILTRO CHUQUI 8 12 11 10 9

AVANCE 7

AGUA INDUSTRIAL

FILTRO SPARKLER

CENTRIFUGA

AVANCE FILTRADO

SUMIDERO

Fig. nº 3-2: Diagrama de flujos de la Unidad de SX de Chuquicamata.

62

3.2

Descripción de los procesos unitarios.

3.2.1 Transferencia iónica y decantación. La solución de lixiviación proveniente de la lixiviación de Bateas, ripios y polvos de fundición denominada PLS se mezcla con la fase orgánica. La composición del promedio del PLS se muestra en la Tabla nº3-1.

Característica del PLS

unidad

valor

Concentración de cobre

gpl

6.0 - 8.5

Concentración de ácido

gpl

4a6

Sólidos en suspensión

ppm

< o = 25

ºC

> o = 17

Temperatura pH

1.7 +/- 0.3 Tabla nº 3-1: Algunas características del PLS.

Se provoca así una dispersión entre una fase acuosa (PLS) y una fase orgánica. Esta dispersión pasa por rebalse desde las cajas mezcladoras al decantador. La transferencia del cobre disuelto en el PLS hacia el extractante se realiza mayoritariamente en la zona del mezclador. La Fig. nº3-3 muestra un esquema de un mezclador-decantador, la dirección de circulación de los flujos y la zona en que se produce la transferencia de cobre.

63

Dirección de los flujos.

(Cu ++)

acuoso

+2

(HR)

organico

⇒ (CuR ) 2

organico

(H + )

+2

acuosa

Fig. nº 3-3: Transferencia de cobre y separación de fases en un mezclador-decantador.

También, en esta sección se agregan aditivos para agilizar la separación de fases y conseguir disminuir los arrastres a las etapas siguientes. El reactivo utilizado actualmente en la Planta de SX es el Kieselguhr. Las Fig. nº3-4 y Fig. nº3-5, muestran las cajas mezcladoras y el reactivo Kieselguhr utilizados en la Unidad de SX de Chuquicamata.

64

Fig. nº3-4: Vista de la caja mezcladora E1 A

Fig. nº 3-5: Sacos de Kieselguhr

3.2.2 Extracción. La solución PLS proveniente de lixiviación y la fase orgánica se han mezclado y se ha transferido el cobre disuelto desde el acuoso (PLS) hacia el extractante (RH), formándose la unión órgano-metal (CuR2). Como se señaló en el capítulo 2, punto 2.6 “Extractantes, solventes y modificadores”, el extractante es selectivo y enlaza solamente el cobre disuelto. Esto es posible dada la baja acidez del PLS (pH entre 1.7 +/- 0.3). Si la acidez aumenta, el pH disminuye, y la reacción química fundamental de extracción por solvente se desplaza hacia la izquierda, perdiéndose la capacidad de extracción de la fase orgánica. En otras palabras, se produce una “re-extracción”. Una acidez menor o equivalentemente un pH mayor, implicará que el extractante atrape más cobre, pero también más impurezas, de acuerdo con la Fig. nº3-6.

65

2

Concentración del metal en la fase orgánica gpl 1

1

2

3

4

pH Etapa de EXTRACCION. Solución acuosa PLS con pH = 1.7. El cobre disuelto en el PLS (Cu+2) es transferido al extractante (CuR2). La concentración de cobre en la fase orgánica es de 2 gpl.

(Cu++)

acuoso

+2

(HR)

organico

⇒ (CuR ) 2

organico

(H +)

+2

acuosa

Acido generado debido a la reacción de transferencia.

Fig. nº 3-6: Selectividad en la etapa de extracción.

Es por ello que el pH o la acidez de la solución PLS debe permanecer ajustada en cierto rango, dependiendo de las propiedades selectivas del extractante que se esté utilizando. Estas condiciones deben ser determinadas previamente mediante pruebas de laboratorio y/o en planta piloto. Por lo tanto, en las etapas de extracción, se transfiere el cobre disuelto a la fase orgánica, con lo que se genera una fase rica en cobre denominada 66

“orgánico cargado” y otra fase acuosa pobre en cobre llamada “refino”. En esta solución refino permanecen disueltas todas las impurezas provenientes del PLS, las que por la selectividad del extractante, no pasan a la fase orgánica. La solución refino retorna al proceso de lixiviación. Debe observarse que la transferencia del cobre hacia la fase orgánica, tiene asociada una contra transferencia: del PLS pasa el cobre disuelto al extractante, mientras que desde el extractante hacia la solución acuosa, se transfiere el ácido libre (H+) que inicialmente forma parte de su estructura molecular (R-H). Es por ello que la solución refino aumenta su acidez o, que es lo mismo, disminuye su pH. Este aumento de la acidez en la solución acuosa de salida de la etapa de extracción, es utilizado en la lixiviación de mineral.

3.2.3 Re-extracción. Al igual que en el caso de la etapa de extracción, en la etapa de re extracción el mezclado, la transferencia y la posterior separación de fases orgánico/acuoso - se realiza en equipos denominados mezcladoresdecantadores. Una fotografía de estos equipos se muestra en la Fig. Nº3-7.

Fig. nº 3-7: Vista general de Mezcladores -Decantadores

En la etapa de re-extracción, el orgánico cargado proveniente de extracción, es contactado con la solución proveniente de Electrodepositación. La solución electrolítica es de alta acidez (entre 150 a 200 gpl de ácido libre, dependiendo 67

de las condiciones particulares del proceso), lo que desplaza la reacción química fundamental de SX hacia la izquierda, es decir, el cobre que había sido transferido hacia el extractante es ahora liberado hacia la solución acuosa de alta acidez. Así, el electrolito proveniente de electrodepositación, llamado también spent, se enriquece en cobre disuelto pasando a llamarse "avance". La Fig. nº3-8 esquematiza el proceso de reextracción.

2

Concentración del metal en la fase orgánica gpl 1

1

2

3

4

pH Etapa de RE EXTRACCION. Solución acuosa SPENT con un pH ≈ 0. El cobre es transferido desde el extractante (CuR2) al electrolito (Cu+2). La concentración de cobre en la fase orgánica es de 0 gpl.

(CuR2)

organico

(H +)

+2

acuosa

⇒ (Cu

++

)

acuoso

+2

(HR)

organico

El ácido generado en la etapa de extracción 2(H+) vuelve a formar parte de la molécula del extractante (HR). Fig. nº 3-8: Selectividad en la etapa de reextracción.

68

En el proceso de re-extracción, se produce una regeneración del reactivo orgánico, dado que paralelamente al traspaso de cobre desde la fase orgánica hacia el electrolito, el extractante recupera el ácido que había perdido en la etapa de extracción. Por lo tanto, se logra una regeneración del extractante y ahora la mezcla orgánica pasa a llamarse "orgánico descargado". Este orgánico descargado retorna a la etapa de extracción donde vuelve a cargarse en cobre, proveniente de la solución PLS. Luego, el orgánico cumple un ciclo y no abandona el circuito de SX, salvo arrastres menores hacia las etapas de lixiviación y electrodepositación. Tanto en la etapa de extracción como en la de re-extracción, se deben manejar ciertos parámetros para lograr un eficiente control operacional. A continuación se revisan algunos y se presentan valores, considerando la configuración 2E – 2S en el tren A y 2E – 1S en el tren B, de la Planta Industrial de SX de Chuquicamata. Se hace notar que los conceptos básicos se mantienen, frente a cambios en las configuraciones de los circuitos, aún cuando algunos valores operacionales (por ejemplo, la capacidad de tratamiento de flujos) puedan cambiar.
Flujo de solución PLS: Este flujo es el que alimenta a la etapa de extracción. En el caso de la Planta Industrial de Extracción por Solventes, el flujo de PLS es de 1000 a 1100 m3/hora como valores extremos de entrada al tren A y de 800 a 900 m3/hora en el tren B. Este valor permite conocer la capacidad de tratamiento de la planta. El valor total del flujo de entrada a planta no debe superar los 2300 m3/hr, que es la capacidad de diseño.
Flujo de spent o electrolito pobre: Este flujo corresponde al electrolito proveniente de electrodepositación, con una concentración de 35 a 37 gpl en cobre. Como se mencionó anteriormente, esta solución es altamente ácida, producto de las reacciones químicas en electrodepositación. En electrodepositación, la reacción catódica es la depositación del cobre disuelto, mientras que la de oxidación corresponde a la generación de oxígeno y ácido libre. Estas reacciones en EW explican el aumento de acidez entre la solución avance y la solución spent que retorna desde la electrodepositación a SX. El valor del flujo de spent hacia SX es de 500 a 600 m3/hora para el tren A y de 290 a 400 m3/hora para el tren B. El flujo de spent se calcula según:

69

Flujo de spent = (Flujo de orgánico) / (razón de operaciones requerida)
Flujo de orgánico: Como el flujo de acuoso PLS es conocido, el flujo de orgánico queda definido a través de los valores de (O/A) y (O/S), según: (Flujo de orgánico)extracción = Flujo de PLS x (O/A) para la etapa de extracción. (Flujo de orgánico)re-extracción = Flujo de spent x (O/S) para la etapa de re-extracción. Donde (A/O) y (O/S) representan las razones de operación en extracción y re extracción, respectivamente. En el caso de la planta de SX de Chuquicamata, el flujo de orgánico en extracción es de 1320 m3/hr mientras que en re-extracción es de 600 m3/hr, aproximadamente. El valor específico dependerá de la razón de operación (O/A) o (O/S) y de los flujos de PLS o de spent, a los que se deba operar.
Razón de operación (denotada por (R/O)): esta razón de flujos considera las recirculaciones tanto de PLS como de spent en los mezcladores. Estas recirculaciones sirven, entre otro, para lograr mayores extracciones o reextracciones y estabilizar las continuidades de fases en cada mezclador. La razón de operación R/O se obtiene de manera práctica tomando muestras en cada unidad, en la zona de mezcla, y midiendo las alturas de las fases, una vez separadas. La formula utilizada es: R/O = Altura de orgánico / altura de acuoso. En el caso de la planta industrial de SX, configuración 2E-2S en el tren A y 2E-1S en el tren B, estos valores son: Razón O/A en la etapa E1, tren A = 1.1 – 1.3 Razón O/A en la etapa E2, tren A = 1.1 – 1.3 Razón O/S en la etapa S1, tren A = 2.0 – 2.2 Razón O/S en la etapa S2, tren A = 2.0 – 2.2 70

Razón O/A en la etapa E1, tren B = 1.1 – 1.3 Razón O/A en la etapa E2, tren B = 1.1 – 1.3 Razón O/S en la etapa S1, tren B = 2.0 – 2.2
Velocidad de agitación: La velocidad de agitación define en gran medida el tamaño de las gotas en la dispersión generada durante el mezclado y con ello la velocidad con que el extractante intercambia el cobre disuelto y el ácido (reacción fundamental de SX) y el posterior tiempo requerido para la separación de fases. Luego, con una velocidad de agitación baja no se produce una buena succión de las fases en mezcla y la agitación es deficiente. Una mayor velocidad de agitación logra obtener un alto grado de contacto entre la fase acuosa y la orgánica en mezcla, con el consiguiente aumento en la cantidad de cobre intercambiado. Sin embargo, la dispersión generada es muy fina (gotas muy pequeñas o microgotas) lo que provoca un aumento en los arrastres a las etapas siguientes. Lo anterior se debe a que la separación de fases en el decantador es gravimétrica, es decir, es producto de la fuerza de gravedad. Gotas más pequeñas tienen un menor peso, por lo que se requiere un mayor tiempo para que decanten. Con ello, se hace insuficiente el tamaño lineal del decantador y rebalsa orgánico conteniendo microgotas de solución acuosa hacia la etapa siguiente. Igual situación ocurre con la fase acuosa que puede arrastrar microgotas de orgánico. Esto es de especial importancia cuando estos arrastres se producen en las etapas finales de SX, dado que los arrastres de microgotas de orgánico pueden traspasarse al proceso de electrodepositación o al de lixiviación, con la consiguiente pérdida del reactivo orgánico y la contaminación de los cátodos de cobre electrodepositados o el deterioro de los sistemas de riego en lixiviación. Pero no sólo el orgánico arrastrado constituye un problema de contaminación, sino también las impurezas como el cloruro atrapado en las microgotas de solución acuosa, que puede provocar problemas de corrosión a las placas de acero inoxidable sobre las que se deposita el cobre. Normalmente, la experiencia indica que el rango normal del mezclador está entre 1500 a 1800 r.p.m. (revoluciones o vueltas por minuto). Los rangos operacionales aproximados para la Planta Industrial de SX son: Marcha tren A, extracción = 1500 a 1800 r.p.m. Marcha tren B, E1 = 1500 a 1800 r.p.m. 71

Marcha tren B, E2 = 1300 a 1500 r.p.m. Marcha tren A, re-extracción = 1500 a 1800 r.p.m. Marcha tren B, re-extracción = 1300 a 1500 r.p.m. El detalle de las velocidades de giro de los motores principales y secundarios para cada una de las etapas, se presentan en la tabla 3-2.

Etapa E1-A E2-A S1-A S2-A E1-B E2-B S1-B

Reductores Principal 45.731 : 1 45.731 : 1 45.731 : 1 45.731 : 1 45.731 : 1 25 : 1 25 : 1

Secundario 21.731 : 1 21.731 : 1 no no 21.731 : 1 20 : 1 no

Etapa E1-A E2-A S1-A S2-A E1-B E2-B S1-B

Motores Principal 1750 1820 1750 1790 1780 1420 1300

Secundario 480 500 no no 500 500 no

Tabla nº 3-2: Reductores y velocidades de motores en rpm.


Flujo específico: Es el flujo total de soluciones (orgánico + acuoso + recirculaciones) por unidad de área base del decantador. El valor del flujo específico dependerá de la altura de la banda de dispersión con la que se quiere operar (altura de bandas: generalmente de 8 a 16 cm.).
Banda de dispersión: Es la zona en que se existen las dos fases (acuoso y orgánico) en proceso de separación. En otras palabras, existe una fase dispersa en la otra, es decir, gotas de orgánico en una matriz de acuoso o bien gotas de acuoso en una matriz de orgánico (dependerá de la continuidad de fases). Sobre esta banda de dispersión existe la fase orgánica, mientras que bajo la banda de dispersión existe la fase acuosa. A este proceso de transformación natural de una dispersión de fase orgánica y acuosa, formada en el mezclador, a dos fases se le denomina Coalescencia. El tamaño de la banda de dispersión tiene efectos sobre los arrastres. Bandas de dispersión extremas (muy grandes o muy pequeñas) provocan arrastres de microgotas, tanto de orgánico como de solución acuosa. La experiencia indica que la banda de dispersión debe tener una altura del 25 al 30% de la altura total de la fase orgánica o equivalentemente de 8 a 72

16 centímetros. En la planta industrial de SX se tienen alturas de orgánico puro entre 26 - 31 cm para la etapa E1A y de 26 – 30 cm para E2A, S1, S2. La altura de la banda de dispersión varía entre 6.5 – 9.0 cm. La altura de la banda de dispersión depende de: • Velocidad de agitación: a mayores velocidades de agitación, mayor es la banda de dispersión debido a la formación de microgotas de baja masa, lo que dificulta su decantación por efectos de la gravedad, • Tipo y concentración del extractante. • Tipo de continuidad: la continuidad orgánica favorece mayores alturas de bandas de dispersión, mientras que en continuidad acuosa se obtienen menores alturas. • Viscosidad de las soluciones: al aumentar la viscosidad aumenta la altura de la banda de dispersión, dada la resistencia viscosa que opone la fase continua a la decantación de la fase dispersa. • Densidad de las soluciones: a semejanza de densidades, la banda de dispersión tiende a mantenerse. • La temperatura.
Continuidad de fases: La continuidad de fases se refiere a la fase líquida continua que tiene asociada gotas o dispersión de otra fase líquida y que dada su naturaleza, no se mezclan homogéneamente, sino que sólo forman una dispersión. Esta dispersión tiende a separarse de manera natural y dar origen a las dos fases líquidas que la originaron. A este proceso se le denomina Coalescencia. En extracción por solventes se pueden dar dos tipos de continuidades.


Continuidad acuosa: es aquella en que la fase dispersa es la orgánica, es decir, existen gotas de orgánico en una matriz de solución acuosa. (ver Fig. nº3-9).

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Acuoso como fase continua. Mezcla orgánica como fase dispersa a la forma de microgotas.

Fig. nº 3-9: Representación de una continuidad acuosa




Continuidad orgánica: es aquella en que la fase dispersa es la acuosa, es decir, existen gotas de solución acuosa en una matriz de solución orgánica. (ver Fig. nº3-10) Mezcla orgánica como fase continua. Acuoso como fase dispersa a la forma de microgotas.

Fig. nº 3-10: Representación de una continuidad orgánica

Operacionalmente, la continuidad de fases tiene gran importancia en los arrastres hacia las etapas siguientes. En la literatura definen como arrastre O/A al volumen de orgánico arrastrado por la fase acuosa y arrastre A/O a aquel de solución acuosa en el orgánico.

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En general, la continuidad escogida dependerá de los objetivos operacionales que se quiera lograr. Sin embargo, como regla general, la continuidad recomendable es: ♦ Continuidad orgánica en el caso de soluciones acuosas que salen del circuito de SX, para evitar arrastres de orgánico hacia Lixiviación y Electrodepositación, lo que implica una pérdida del reactivo altamente costoso, una contaminación del cátodo de cobre o deterioro de las líneas de lixiviación. ♦ Continuidad acuosa en el caso de solución orgánica que circula entre la etapa de extracción a re-extracción y viceversa. Lo primero, con el fin de evitar arrastres de solución acuosa impura desde extracción a re-extracción y, por consiguiente, a electrodepositación. Lo segundo, para evitar arrastres de solución altamente ácida desde reextracción a extracción, lo que disminuye la eficiencia del extractante. En la Planta Industrial de Extracción por Solvente, configuración 2E-2S tren A y 2E-1S tren B, se trabaja con continuidad orgánica las etapas de E1A, E2A, S1A, S2A, E1B, E2B y S1B. En la actualidad (desde 2004), para la configuración 2E-1S en serie y 1E-1S en paralelo en el tren A y 2E-1S en el tren B, se trabaja en continuidad acuosa. Luego la continuidad depende de las condiciones y objetivos operacionales que se quiera lograr. Específicamente, algunos de los parámetros operacionales controlados rutinariamente en el sector de mezcladores-decantadores en la Planta Industrial de SX son: ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

Flujo de PLS. Flujo de orgánico. Altura de orgánico en el decantador. Separación de fases. Razón de operación. Continuidad. Arrastres, etc.

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En el capítulo 3.2.10 “Control de Sistemas y Operación”, se discute en detalle los controles operacionales, mientras que en la tabla nº3-4 se presentan resumidamente sus objetivos y el método de medición.

3.2.4 Coalescencia. Una vez que el orgánico se ha cargado en el cobre disuelto, proveniente contenido en el PLS, es circulado a un tratamiento intermedio entre la etapa de extracción y la re-extracción. Esta operación se denomina Coalescencia. Con el fin de disminuir los arrastres de solución acuosa (A/O), el orgánico cargado se hace circular a través de un estanque cilíndrico de acero inoxidable, relleno con viruta de HDPE llamado Coalescedor. El nombre es a causa del proceso físico-químico que tiene lugar en su interior. (ver Fig. nº3-11)

Fig. nº 3-11: Coalescedores

Todas las sustancias tienen energía interna y externa. Una de las energías externas es la energía de superficie. Como se ha demostrado, todo en el universo tiende al estado de menor energía. Luego, para disminuir su energía superficial, el agua (y las soluciones líquidas) tenderán a formar gotas esféricas y a unirse (fenómeno conocido como Coalescencia). Dos gotas tienen mayor superficie específica que la unión de ambas formando una sola. Por lo 76

tanto, al disminuir el área expuesta al ambiente disminuye la energía superficial. Por otra parte, cuando un líquido moja un material, se dice que el material es hidrofílico. Al contrario, si el líquido no lo moja (por ejemplo, un traje de PVC), el material es hidrófobo. En el caso del coalescedor industrial de Chuquicamata, su lecho está compuesto por viruta de HDPE, de baja densidad aparente, alta porosidad y superficie específica que induce a la coalescencia de las microgotas de agua. El HDPE es un material hidrófobo que permite ser mojado por el orgánico, no así el agua. Por lo tanto, al pasar la fase orgánica por el lecho del coalescedor, las microgotas de acuoso arrastradas serán desplazadas. A su vez, cada una de estas microgotas se reunirán por el fenómeno de coalescencia (disminución de su energía superficial) y formarán gotas más grandes. Después de un tiempo se formarán gotas grandes que decantarán hacia el fondo del coalescedor. El coalescedor es despichado a través de una válvula ubicada a nivel de piso y el orgánico abandona el estanque por rebalse, libre de microgotas de acuoso o, también llamados, arrastres A/O. El orgánico cargado limpio es recirculado hacia la etapa de re-extracción para la transferencia del cobre a la solución electrolítica proveniente de electrodepositación. Las características principales del lecho del coalescedor son: Material Forma

Densidad aparente Tamaños típicos

Superficie específica Flujo específico aceptable

: HDPE :Cinta enroscada resultante del torneado mecánico de tuberías de HDPE en desuso. : 0.005 – 0.008 ton/m3 : ancho : 12 mm, espesor : 1 mm, largo: variable. : + 38 cm2/g : 30 m3/h m2

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En la Fig. nº3-12 se aprecia un esquema del Coalescedor Industrial de Chuquicamata. Sus características de diseño son:              

Número de unidades en servicio Diámetro Altura Volumen útil Flujo total de orgánico Flujo específico máximo Tiempo de residencia mínimo Contenido A/O entrada Contenido A/O salida Frecuencia de retrolavado, veces/mes Duración proceso retrolavado Flujo de aire en retrolavado Presión del aire entrada del distribuidor Tiempo de llenado estanque con agua

:5 :6m :6m : 153 m3 : 3743 m3/h : 30 m3/h/m2 : 10 min : 1000 - 5000 ppm : 80 - 150 ppm :1-2 : 8 hrs : 1415 m3/N/h : 10 - 30 psi : 15 min

Fig. nº3-12: Esquema del interior de un coalescedor.

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Las fortalezas del coalescedor Chuquicamata, pueden resumirse en:  Operan por gravedad.  Mínimos requerimientos de limpieza y mantención.  No existen unidades en movimiento o agitación.  Prácticamente no consumen energía eléctrica.  Operación muy simple y eficiente.  Mínima necesidad de instrumentación y sistemas de control. Las debilidades del coalescedor Chuquicamata, pueden resumirse en:  Alto inventario de orgánico en proceso.  Pierden eficiencia por colmatación con sólidos, especialmente el operar la etapa de extracción E-1, en continuidad acuosa. Para asegurar un buen desempeño, el coalescedor debe ser retrolavado con agua una o dos veces al mes o en otra frecuencia, de acuerdo con las condiciones operacionales. En términos generales, el retrolavado consiste de las siguientes etapas:       

Aislar el Coalescedor Evacuar el orgánico: puede ser por arriba o un drenaje por abajo. El orgánico limpio se retorna al circuito, el sucio a la planta de Crud. Se llena el estanque con agua industrial y se agita con aire (30′) Se vacía por el fondo al sumidero o Pozo de Refino Se repite 3 y 4 veces, o hasta que salgan aguas claras Se drena el agua hacia el Pozo de Refino Ultimo lavado con agua tratada para no incorporar impurezas al electrolito.

Como se señaló en el punto 3.2.3, los factores que determinan un mayor o menor arrastre de acuoso en la fase orgánica (A/O), entre otros, son:        

Continuidad de fase. Temperatura. Densidad. Viscosidad Tamaño de gota. Flujos específicos y velocidades lineales. Altura de capas de orgánico, acuoso y bandas de dispersión. Grado de agitación. 79

       

Características del extractante y diluyente y su concentración. Tiempo de separación de fases. Diseño de picket fence. Niveles de crud. Compuestos tensoactivos. Características de la fase acuosa. Tensión interfacial. Sólidos en suspensión o coloides, etc.

El no controlar los arrastres de microgotas de acuoso hacia las etapas de reextracción y desde allí hacia el proceso de electrodepositación, puede provocar serios problemas. Por ejemplo:            

Contaminación del electrolito con cloruro, manganeso, nitrato, aluminio, sílice, fierro, yoduro, sólidos y otros. Mayor corrosión anódica. Mayor contaminación catódica. Mayor contaminación ambiental en la nave. Mayores pérdidas de electrolito por arrastres en reextracción, mayor requerimiento de purgas. Pérdidas de cobre, ácido sulfúrico, cobalto y aditivos contenidos en el electrolito. Requerimientos adicionales en reposición de agua declorizada. Potenciales pitting en placas de acero inoxidable. Problemas de despegue de cátodos que afectan la producción. Deterioro de la calidad física del producto. Envenenamiento de orgánico. Problemas críticos en invierno en plantas que operan con altos niveles de cloruro y nitratos en la solución PLS.

Sin embargo, existen acciones que pueden prevenir estos arrastres A/O. Entre ellos están:

Operacionales: • Incorporar en la alimentación a SX reactivos compatibles con la fase orgánica (ej. Magnafloc 333), en dosis menores a 1 ppm, con el fin de bajar la generación de crud y, como consecuencia, el riesgo de traspaso

80

• • • •

• • • • • • •

de fase acuosa al orgánico cargado, entre la etapa de extracción y de reextracción. Operar las etapas E - 1 y S - 2 en continuidad acuosa. Incorporación al PLS de coagulantes y/o floculantes compatibles con la fase orgánica, en niveles controlados. Restauración de las propiedades de separación de fases. Minimizar las pérdidas de calor. Especial cuidado en la operación de la planta SX en días fríos, periodos en que el orgánico se hace más viscoso y los arrastres A/O son más elevados. Minimizar la formación de crud. Optimizar el grado de agitación sin alterar eficiencias. Incrementar hasta donde sea operativamente posible las capas de orgánico de las etapas E - 1 y S – 2 En casos críticos de altas bandas de dispersión incorporar crud, bentonita, zeolitas o kieselguhr en dosis controladas. Incorporar agua de lluvia en sector de vertederos hacia el interior del decantador. Utilizar mallas y/o lechos empacados en decantadores. Utilizar fase orgánica óptima, definida de acuerdo a las propiedades de las oximas.

Alternativos. • Convencionales. _ Empleo etapa de lavado del orgánico cargado. _ Empleo de coalescedores. _ Decantación adicional en estanque de orgánico. _ Concepto estanque orgánico - coalescedor. _ Combinación de las anteriores. • No convencionales _ Centrifugación. _ Empleo hidrociclones. _ Filtración _ Coalescedores electrostáticos. _ El concepto CRA baffied settler. _ Tecnología IIP separator.

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3.2.5 Filtración de la solución Avance. Con el objetivo de minimizar los arrastres de orgánico en acuoso (O/A) y los sólidos en suspensión se utilizan los filtros de solución avance, llamados Filtro Chuquicamata o Filtro Demister y Filtros Degremont. Los arrastres de orgánico en acuoso, generalmente llamados “arrastres O/A”, son microgotas de orgánico que no lograron separarse desde la fase acuosa durante su paso por el decantador. Además de los arrastres de microgotas de orgánico, también se traspasan sólidos en suspención. Como se mencionó en el punto 3.2.3, entre los factores que determinan mayores o menores arrastres de orgánico en la fase acuosa O/A (La fase acuosa puede ser el refino saliente hacia LX o el electrolito rico saliente hacia EW), son:

                

Continuidad de fases. Temperatura. Densidad. Viscosidad. Tamaño de las gotas. Flujos específicos y velocidades lineales. Altura de las capas de orgánico y acuoso. Altura de la banda de dispersión. Grado de agitación. Características del extractante y diluyente y sus concentraciones. Tiempo de separación de fases. Diseño del picket fence. Niveles de crud. Presencia y tipos de compuestos tensoactivos. Características de la fase acuosa. Tensión interfacial. Sólidos en suspensión, etc.

El no controlar los arrastres de microgotas de acuoso hacia los procesos de LX y EW, puede provocar serios problemas. Por ejemplo: 82

♦ Impacto en la calidad catódica. _ Obtención de cátodos quemados en casos críticos o con deterioro en su apariencia física. _ Mala calidad del depósito en zonas impregnadas con orgánico al sembrar cátodos permanentes e incremento de impurezas. _ Incremento contaminación con plomo. Mayor corrosión anódica. _ Se produce una contaminación química del cátodo con carbono e hidrógeno proveniente del hidrocarburo. Estos elementos pueden afectar negativamente sus propiedades físicas, durante su transformación en productos terminados. ♦ Contaminación ambiental y riesgos de incendio en nave por la alta volatilidad a las temperaturas de operación. ♦ Impactos importantes en los costos de operación por: pérdidas de fase orgánica, mano de obra adicional en limpieza de circuito Scavenger y esferas antineblina contaminadas, deterioro de celdas que utilizan brea como recubrimientos, mayores requerimientos de Cobalto y otros aditivos por aumento de corrosión anódica. ♦ Obstrucción de los sistemas de distribución de soluciones en lixiviación. Respecto de los sólidos en suspención, estos pueden provocar problemas en: ♦ Los intercambiadores de calor. ♦ Nodulación catódica. ♦ Aportes de otras impurezas por disolución de los sólidos al contactarse con el electrolito. Algunos elementos pueden ser: cloruro, manganeso, sílice, fierro, aluminio.

Sin embargo, existen acciones que pueden prevenir estos arrastres O/A. Entre ellos están:

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Operacionales.         

Operación de etapas de Extracción (E - 2) y Stripping (S - 1) en continuidad orgánica Minimizar o eliminar la problemática de generación de crud. Adición a solución PLS de coagulante compatible con fase orgánica. Optimizar el nivel de operación de las capas de orgánico y acuoso en decantadores. Minimizar las pérdidas de calor, temperatura PLS > 21 ºC. Optimizar grado de agitación sin alterar eficiencia. Para altas bandas de dispersión en etapa E - 2, incorporar crud, bentonita, zeolitas o kieselguhr en dosificaciones controladas. Incorporación de mallas y/o lechos empacados en decantadores. Restauración de propiedades físicas de separación de fases del orgánico de operación. Tratamiento con arcilla (bentonitas, zeolitas) y filtración en filtro Sparkler.

Alternativos. 

Convencionales: Uso de post decantadores de electrolito. Flotación en columnas. Filtración en filtros de arena y antracita. Filtro de electrolito Chuquicamata. Uso de coalescedores.



No convencionales: Uso columnas con carbón activado. Flotación en campo centrífugo. Tecnología IIP separador.



Post Decantadores: - Unidades complementarias a filtración final en caso de electrolito. - Aire a través de mangueras microporosas en la alimentación mejoran rendimientos. 84

-

-

-



Eficiencias no superiores a 40%. Empleo de mallas o lechos empacados. Dificultades en la remoción del orgánico, natas y sólidos en forma de crud en la superficie. Propiedades de coalescencia deterioradas en orgánico recuperado; envío a sistema de tratamiento de crud y restauración. Post decantadores con baffles especiales, previo a pond de refino son alternativas actualmente en operación. Pond de refino es el mayor post decantador en la línea de proceso: • Recuperación orgánico con Skimmer - Estanque - Bombeo a planta borras. • Sistema 3M de captación y filtración.

Columnas de Flotación: - Tecnología de uso común en SX. - Baja eficiencia para bajos niveles de arrastres 0/A. - Unidades complementarias a filtración final. - Alta inversión para unidades de gran tamaño. Se destacan: • Columna de flotación tipo MAGMA. • Columna de flotación COMINCO. • Columna de flotación JAMESON - CELL.

En la actualidad, para minimizar la problemática de los arrastres 0/A en el electrolito de avance hacia la nave electrolítica de Chuquicamata, se dispone de dos tecnologías de filtración: Filtros Degremont (6 unidades, de tecnología Francesa) y Filtros Chuquicamata (6 unidades). A continuación se describen los dos tipos de filtros utilizados en la planta industrial de extracción por solvente de Chuquicamata.

85

Filtros Degremont El electrolito rico saliente de la etapa de re-extracción puede arrastrar pequeñas gotas de orgánico y sólidos que no lograron decantar. Además existe presencia de sólidos dado el tratamiento de recuperación de las propiedades extractivas del orgánico mediante la adición de zeolita. El electrolito rico e impuro ingresa al filtro Degremont por su parte lateral superior, atravesando el lecho filtrante y escurriendo por el costado lateral inferior opuesto, libre de orgánico y sólidos en suspención. El filtro Degremont posee en su interior tres componentes: ♦ Carbón mineral antracita (aproximadamente, 40 cm). ♦ Grava cuarzosa (aproximadamente, 10 cm). ♦ Arena cuarzosa (aproximadamente, 50 cm).

La Antracita favorece el fenómeno de coalescencia de las microgotas de orgánico arrastradas por el electrolito rico. La capa de arena retiene los sólidos en suspención, de tal manera de evitar arrastres hacia el proceso de electrodepositación. A medida que el filtro opera en el tiempo, cada lecho filtrante se obstruye con el sedimento atrapado y consecuentemente aumenta la presión. Existe una presión máxima operacional definida para este tipo de filtros, luego de lo cual se hace necesario un lavado. En general, el lavado se realiza con agua y aire a presión, durante un lapso de al menos 30 minutos. El agua de lavado (100 a 120 m3/h) es ingresada a través de una válvula ubicada a nivel del piso del filtro y su evacuación se realiza a través de otra válvula ubicada en la mitad de su altura. La generación de turbulencia se realiza mediante la inyección de aire a presión (3 psi). La evacuación del agua turbia se realiza a través de una válvula ubicada en el fondo de cada filtro. También se evacua solución a través de válvulas laterales. La Fig. nº3-13 muestra los actuales filtros Degremont operando en la Unidad de SX de Chuquicamata.

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Fig. nº 3-13: Filtros Degremont

Entre las características más importantes de los Filtros Degremont, se cuentan las siguientes.        

Lecho Filtrante: Arena - Antracita (Granate). Tecnología convencional en SX. Alta eficiencia en remoción de orgánico. Tasas de filtración del orden de 12 - 14 m3 /h m2. Construidos en acero inoxidable. Retrolavado opcional con agua declorizada o electrolito. Equipos importados que demandan altas inversiones. Observaciones relevantes: _ Abrasión lecho filtrante demanda reposición. _ Deben ser retrolavados al menos cada 16 horas. _ Altos consumos de agua y aire. _ Vaciado parcial pierde parte del electrolito.

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_ _ _

Material fino tapa las boquillas, afectando operación. Altos costos por mantención y repuestos. No responden bien ante cambios abruptos en arrastres, En este caso requieren un proceso previo a la filtración final.

Filtro Demister o Filtro Chuquicamata. A diferencia del filtro Degremont, que trabaja presurizado y que contiene tres lechos, el filtro Demister es de un diseño y operatividad mucho más simple, pero igual o más eficiente en retener los arrastres de orgánico y sólidos en suspensión. Los filtros por diseño, entregan un electrolito con una concentración de sólidos en suspención inferior a 2 - 6 ppm y de orgánico 4 - 6 ppm. En la práctica y en términos generales, las concentraciones de ambos elementos no superan las 3 ppm. La Fig. nº3-14 muestra los actuales filtros Chuqui operando en la Unidad de SX.

Fig. nº3-14: Filtros Demister o “filtro Chuqui”.

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El filtro Demister o "Filtro Chuqui" no es más que un estanque de fibra de vidrio (FRP) o acero inoxidable SS316 relleno con malla de polipropileno a través del cual se hace pasar el electrolito rico o avance con el objetivo de remover el orgánico y sólidos en suspención. El orgánico moja el relleno del filtro y es retenido en su interior, mientras que la solución acuosa lo abandona “libre” de arrastres (O/A) y sólidos coloidales.

Fig. nº3-15: Vista del distribuidor del filtro Demister

Operacionalmente, la solución ingresa por la parte superior del filtro. Un distribuidor metálico con cañerías perforadas permite el riego de la solución rica sobre el lecho filtrante (ver Fig. nº3-15). Cumplido el periodo definido para su operación, aproximadamente 100 hrs de operación cada filtro de la batería de 6 unidades, es retrolavado para eliminar los sólidos y contaminantes retenidos. El retrolavado se realiza de la siguiente manera: Etapa 1: Detención de Filtración _ Suspensión alimentación de electrolito al filtro seleccionado por el PLC para ser lavado. _ Vaciado lento del electrolito remanente al estanque alimentación Filtro (10′). _ Cierre de válvula de descarga de electrolito. 89

Etapa 2: Descompactación del lecho filtrante _ Llenado del filtro con agua industrial hasta el nivel de rebalse (15′). _ Inyección de aire a 5 - 10 psi, por el distribuidor inferior (20′). _ Drenaje descendente del volumen de agua conteniendo sólidos y orgánico por la línea de drenaje inferior. _ Repetir pasos 1 a 3 tres veces consecutivas. Etapa 3: Retrolavado. _ Llenado del filtro con agua industrial. _ Partir inyección de aire de 5 a 10 psi. _ Abrir válvula de agua (inferior) y dejar rebalsar por dos horas. _ Descarga de acuoso. _ Ultimo lavado ascendente con agua tratada (sin Cl) y se descarga al Pozo de Refino. La Fig. nº3-16 muestra un esquema del interior del filtro “Chuqui”, mientras que la Fig. nº3-17, muestra el circuito de flujos.

Fig. nº3-16: Esquema del interior del filtro Chuqui.

90

Fig. nº3-17: Circuito de filtros Chuqui.

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Entre sus características, destacan:  Filtro de lecho profundo.  Contaminantes atrapados al interior del lecho.  Tamaño de los poros del lecho filtrante son muy superiores al tamaño de los contaminantes.  La velocidad y eficiencia permanecen constante durante un largo periodo de tiempo.  La retención de impurezas es a través de fuerzas superficiales.  Durante su operación, se reduce el tamaño de los poros, pero no se bloquean.  Material de construcción: SS 316,6 mm  Dimensiones _ Diámetro: 3.4 m. _ Altura : 4.1 m.  Area Filtrante:9.08 m.  Lecho Filtrante _ Material: mallas de polipropileno. _ Densidad aparente: 0. 1 ton/ m3 _ Altura del lecho: 1.8 - 2.0 m.  Capacidad Filtración: 120 - 180 m3/h.  Flujo Específico: 13 - 18 m3/h*m.  Ciclos de Filtración: _ Rango: 1 - 11 días. _ Nonnal: 4 días.  Ciclo retrolavado: 3 - 4 horas.  Presión aire retrolavado: 8 - 30 psi.  Consumo agua en retrolavado: 200 m3.  Descarga retrolavado: Inferior y Superior.

Entre       

sus ventajas, respecto de otros filtros, se cuentan: Inversiones y costos de operación menores. Opera a presión normal por gravedad. Gran simplicidad de operación. Gastos en mantención y repuestos menores. Lecho filtrante no se deteriora. Dos años de operación invariable. Filtración continua al menos cinco días. Menores consumos de agua y aire. 92

      

Mayor disponibilidad y utilización de equipos. Menores pérdidas de electrolito. Acepta altos arrastres 0/A en la alimentación. No necesariamente demanda “after settler” o columna de flotación. Alta capacidad de tratamiento y eficiencia. Materiales de construcción de bajo costo. Equipamiento nacional y no importado.

La Tabla nº3-3 muestra algunos de los resultados operacionales de los filtros Chuqui y filtro Degremont, ambos utilizados para limpiar la solución avance con arrastres de orgánico, O/A. Item Flujo de alimentación, m3/h Flujo específico, m3 / h m2 Ciclo de filtración, h Arrastre O/A Horiba, ppm Alimentación Descarga Sólidos, ppm Alimentación Descarga Remoción, % Orgánico Sólidos

Filtro Degremont 98 13.5 16

Filtro Chuqui (Prototipo) 120 13.2 48 – 120

21 – 19 5-7

39 – 51 4–6

5 – 11 2-6

8 – 15 2–6

76 – 78 40 - 67

87 – 90 60 – 77

3.2.6 Tratamiento de borras y recuperación de orgánico.

En todas las operaciones de SX, independiente de la modalidad del proceso de lixiviación utilizado, sea en botaderos, bateas y/o pilas; se generan en mayor o menor grado borras interfaciales conocidas como crud, gunk, grumos o borras. Este emulsificador (el crud) generalmente se localiza en la internase orgánicoacuoso, en los decantadores. En una continuidad acuosa, el crud tiene a flotar. El crud corresponde a una emulsión estable constituida por una mezcla íntima de la fase acuosa, fase orgánica, sólidos y aire. Los sólidos en suspención provenientes de la solución PLS (20 ppm, como máximo) que alimenta el circuito 93

de SX, ayudan a estabilizar la emulsión. También sólidos coloidales pueden ayudar a esta estabilización. Básicamente la borra está constituida volumétricamente por: Orgánico : 50 – 65% Acuoso: 27 – 37% Sólidos: 3 – 17%. Aire Entre los sólidos arcillosos que contribuyen a la estabilización de la emulsión, se encuentran la kaolinita, montmorrillonita, cloritas y yeso, cuyos elementos son sílice, aluminio, cobre y fierro. En las plantas de SX, tasas normales de formación de crud se encuentran entre los 0.15 a 0.30 l / m3 PLS. En condiciones críticas las tasas de formación pueden llegar hasta 0.7 l / m3 PLS. En el caso de Chuquicamata, la tasa de formación ha ido en franca decadencia. Así en 1991 la tasa de formación era de un 0.40 l/m3 PLS, en 1992 era de 0.30 l/m3 PLS, en 1993 era de 0.17 l/m3 PLS y en 1994 fue de 0.16 l/m3 PLS. Gracias a la adición de Nalcolyte 8103 para el control de los sólidos en suspención en la alimentación a SX, 1994 constituye el año en que se logró la total eliminación de crud. Entre los factores determinantes en la generación de crud, pueden citarse:     

La naturaleza y contenido de sólidos en suspensión en la alimentación de solución a SX. Características del extractante y diluyente. Presencia de compuestos tensoactivos. Grado de agitación, atrapamiento de aire en mezclado. Continuidad de fases, etc.

La presencia de crud puede provocar severos problemas operacionales, tales como:



Incrementos de arrastres de acuoso en fase orgánica (A/O), y de orgánico en fase acuosa (O/A).

94



Aumento de impurezas en el electrolito (Fe, NO3, Cl, Mn, etc.) a electrodepositación. _ Cl-: sobre 20 ppm produce un grano de cobre muy fino, aumenta la corrosión por pitting (corrosión en la interfase electrolito – aire), aumento de la corrosión anódica. _ Mn: Generación de MnO4- (permanganato) que es un oxidante enérgico y daña la estructura del extractante orgánico. Aumentos del potencial. Generación de cloro gaseoso. Normalmente se espera una concentración menor a 40 ppm. _ Fe: Afecta negativamente la eficiencia de corriente. Se estima una concentración máxima permitida de 3 gpl. _ Al: Aumenta la viscosidad del electrolito, afectando la transferencia iónica. _ NO3: Favorece la corrosión anódica. _ SiO2: Genera crud en SX.

 

Orgánico inactivo atrapado en el crud. Puede producir viraje de la continuidad de fases.

Sin embargo, existen acciones que permiten controlar y tratar el crud y borras residuales. Algunas de estas son:




Control de sólidos en la solución de alimentación a SX, a través de la determinación de turbidez en soluciones afluentes y posterior adición de un reactivo coagulante. Operación de todas las etapas de SX en continuidad orgánica. Control permanente del diluyente previa incorporación al proceso.

Tratamiento del crud y de borras residuales. La generación de Crud no sólo provoca serios problemas en la operación de las plantas de SX, sino la pérdida operacional y económica de la fase orgánica atrapada. Es por ello que se han desarrollado métodos para recuperar el orgánico atrapado. A continuación se esquematiza el procedimiento de ruptura mecánica de crud implementado en Chuquicamata.

_ Procedimiento de ruptura mecánica. Este procedimiento cumple la doble función de recuperar y de cuantificar los niveles de generación de crud en planta. La Fig. nº3-18 muestra la secuencia de tratamiento. 95

Fig. nº3-18: Operación de ruptura mecánica de crud.

A pesar de su alta eficiencia en la recuperación del orgánico, produce borras remanentes con importantes contenidos de fase orgánica. Estos remanentes son recuperados a través de los procedimientos esquematizados en las Fig. nº3-19 y Fig. nº3-20. La Fig. nº3-19 representa el procedimiento de tratamiento de orgánico de borras residuales antiguas. Este procedimiento es aplicable a borras confinadas por periodos prolongados y consta de las siguientes etapas.






Separación del orgánico por sedimentación natural. Captación del orgánico. Restauración de las propiedades (Ej.: Tratamiento con Zeolitas). Filtración (Ej. Filtro Sparkler). Ingreso a planta. 96

Fig. nº 3-19: Tratamiento de orgánico de borras residuales antiguas.

97

Con el fin de evitar el envío de borras frescas provenientes de un tratamiento de ruptura mecánica hacia piscinas de confinamiento; así como la recuperación de orgánico desde borras antiguas depositadas, se han incorporado etapas adicionales de procesamiento. Luego, las etapas del nuevo proceso son:     




Recuperación de borras frescas y antiguas. Centrifugación. Recuperación de orgánico, % RH > 31 Centrifugación – lavado, orgánico (8 < % RH < 31) Restauración de las propiedades (Tratamiento con Zeolitas).

Filtración (Filtro Sparkler). Ingreso a planta del orgánico recuperado (% RH > 31%) Orgánico, % RH = 8, disponible para stock o para la planta de SX o de SBL.

Luego, el tratamiento de borras frescas y antiguas por ruptura mecánica, introduce una etapa de centrifugación – lavado de borras, en circuito cerrado, permitiendo una alta eficiencia de recuperación de orgánico (Fig. nº3-20).

98

zeolita

Fig. nº 3-20: Tratamiento de borras frescas y antiguas mediante ruptura mecánica.

99

Actual y operacionalmente, la borra generada en los decantadores, básicamente en las etapas de extracción o aquella retenida en los coalescedores o filtros de electrolito de avance, es conducida hasta el pozo sumidero (Fig. nº 3-20). Desde allí es bombeada hacia los estanques backwash, 400-TK-414, 400-TK-415, 400-TK-416, de tratamiento de borra por ruptura mecánica. Durante el rompimiento mecánico de la emulsión, se recupera algo de orgánico, el que puede ser derivado hasta el filtro de placas Sperry o puede ser recirculado para continuar con la ruptura mecánica. Posterior al rompimiento mecánico de la emulsión, las fases aún mezcladas, continúan hacia un tratamiento centrífugo de separación. El tratamiento centrífugo se realiza en un filtro centrífugo horizontal marca Flottweg. La acción de la fuerza centrifuga separa la corriente alimentada en tres componentes: sólidos, solución acuosa y solución orgánica, cada una de las cuales va a dar a estanques separados, desde donde se recupera la solución acuosa y orgánica (TK 417 y TK 422), mientras que los sedimentos sólidos inocuos (ver Fig. nº 3-21) son enviados a bateas. La secuencia descrita anteriormente constituye una opción operacional, entre muchas que pueden ser factibles. La Fig. nº 3-21 muestra el residuo filtrado, mientras que la Fig. nº3-22 muestra un posible esquema de tratamiento de la borra.

Fig. nº 3-21: Borra filtrada.

100

Crud proveniente de: Decantadores

Sólidos a bateas de LX.

Coalescedores.

Sumidero de la Planta Industrial de SX Crud a ruptura mecánica.

Borra a Filtro centífugo horizontal Flottweg.

Centrífuga Horizontal Flottweg Orgánico a TK de recuperación de propiedades.

Orgánico a tratamiento con zeolita. Estanque backwash

Orgánico tratado a filtración Estanque de tratamiento de orgánico con adición de Zeolita. Fase orgánica Filtro de placas Sperry Sólidos a centrifugación o a bateas de LX.

Orgánico

TK Orgánico

Fig. nº 3-22: Alternativa de tratamiento actual de borra. 101

3.2.7

Recuperación de las propiedades del extractante.

La fase orgánica es una combinación de un extractante (por ejemplo, Acorga M-5774) disuelto en un solvente (por ejemplo, Escaid 100). A su vez, el extractante puede ser una oxima del tipo aldoxima (C9, C12) o del tipo cetoxima (C9). En general, las oximas sufren degradación hidrolítica en el tiempo generando aldehidos o cenotes, respectivamente, perdiendo su capacidad de extraer el cobre disuelto desde la solución acuosa (PLS o soluciones acuosas intermedias) o de lograr una adecuada separación de fases en los decantadores. Lo anterior se traduce en pérdidas del tipo químico, las que están en el orden del 10 al 30% de las pérdidas totales de extractantes. La degradación del orgánico puede deberse a: • •

• • •

• •

Presencia de elementos de carácter oxidantes (nitratos, permanganato de potasio, ion férrico, etc.). Elevado potencial de oxidación de soluciones electrolíticas. Un potencial por sobre los 800 mV/ECS puede degradar tanto las aldoximas como las cetoximas. Exposición prolongada a los rayos solares. Aumento de la temperatura por sobre los 45 grados. En general, entre los 40 y 45 grados la tasa de degradación es baja. Efecto de la alta acidez de las soluciones electrolíticas provenientes de la electrodepositación. Es por esta razón que en planta conviene disponer de un estanque de orgánico cargado, cuyo contacto previo es con soluciones de lixiviación de baja acidez, en lugar de un estanque de orgánico descargado, cuyo último contacto es con electrolito de alta acidez. Mayor estabilidad del compuesto órgano-metálico en comparación con el de la oxima libre. Uso de alcoholes (tensoactivos) como agentes modificadores de fases.

Para recuperar las propiedades, el orgánico se trata con arcillas activadas térmicamente, como por ejemplo la bentonita tipo montmorrillonita. Estas arcillas actúan como aditivos purificadores de la fase orgánica, al atrapar sobre sus superficies ionizadas (superficie con cargas eléctricas) los sólidos, 102

algunas impurezas disueltas y los residuos propios de la degradación del mismo orgánico, con lo que restauran sus propiedades metalúrgicas iniciales. En la Planta Industrial de Extracción por Solventes de Chuquicamata se utiliza la Zeolita (Fig. nº3-23) como aditivo restaurador de la fase orgánica. Operacionalmente, la zeolita es adicionada directamente como polvo a los estanques TK 05 y TK 06 de tratamiento de orgánico (Fig. nº3-24), de acuerdo con las especificaciones de dosificación obtenidas a través de pruebas metalúrgicas de laboratorio y posteriormente confirmadas en equipos industriales.

Fig. nº3-23: Zeolita en sacos de 20 Kg.

Fig. nº3-24: Estanque de tratamiento de orgánico. Adición de Zeolita.

Posteriormente, la fase orgánica es circulada hasta un filtro de placas marca Sperry, para la separación de los sólidos. El sistema es alimentado mediante bombeo de tal forma que el orgánico entra por un extremo del filtro hacia el interior de las placas cubiertas por una lona filtrante antiácida. Por acción de compresión de las placas, el orgánico filtra desde el interior de las placas a través de la lona. La solución es bombeada al estanque de orgánico para su recirculación a proceso. El residuo sólido generado es tratado como sólido inocuo y es circulado vía isocontenedores hacia las bateas de lixiviación.

103

La Fig. nº3-25 presenta un posible esquema del circuito de recuperación de las propiedades del extractante orgánico.

Orgánico proveniente del tratamiento de borras Orgánico a TK de recuperación de propiedades. TK Orgánico

Orgánico a tratamiento con zeolita.

Orgánico tratado a filtración

Estanque de tratamiento de orgánico con adición de Zeolita. Fase orgánica Filtro de placas Sperry Sólidos a bateas de LX.

Orgánico limpio

TK Orgánico

Fig. nº 3-25: Recuperación de las propiedades del extractante.

104

3.2.8 Controles operacionales. El control operacional en la Planta Industrial de Extracción por Solventes, a través del muestreo, análisis químico y lecturas de medidores, tiene por objetivo la verificación de su funcionamiento de tal manera de detectar y corregir desviaciones de su estándar operacional, manteniendo así una alta eficiencia de extracción de cobre. Algunos de los controles, frecuencias y cálculos que se realizan en la Planta Industrial de SX de Chuquicamata, se detallan a continuación. En el pozo de alimentación. Una vez por turno se miden:  Altura del pozo de alimentación de PLS.  Temperatura del pozo de alimentación de PLS. Controles de operación de la etapa de extracción global del tren A y tren B.

Una vez por turno se miden:  Flujo de acuoso.  Flujo de orgánico.  Concentración de cobre, ácido y pH de la alimentación PLS.  Concentración de cobre y ácido en el refino. Con las mediciones, se calcula:  Corte en la concentración de cobre (gpl).  Eficiencia de extracción de la etapa (%).  Cantidad de cobre extraído por etapa y total en extracción, expresado en toneladas métricas. Controles individuales de las etapas E y S de ambos trenes. El control se realiza cada cuatro horas, en lo siguiente:  Razón de operación.  Continuidad de fases.  Tiempo de separación de fases.  Altura de la fase orgánica, desglosada en: altura de orgánico más banda de dispersión; altura de orgánico; altura de banda de dispersión.  Altura de Crud.  Arrastres O/A y A/O, expresada en ppm. 105

Control al TK de orgánico cargado. Cada cuatro horas se mide y registra el nivel del TK, expresado en % y temperatura de la fase. Control de coalescedores (arrastres A/O). Una vez por turno se determina la contaminación A/O en la salida de coalescedores. Control de filtros. Cada cuatro horas se controlan los arrastres O/A a la salida de los seis filtros Degremont y de los 6 filtros Chuqui. Control de sólidos en suspensión. Una vez por turno se muestrean las soluciones a pozo y de alimentación a planta, para la determinación de la concentración de sólidos. En particular, los flujos considerados son: Alimentación a planta de SX.  Caída a pozo.  Solución de bateas.  Solución de ripios. Control de la solución caída a pozo alimentación. Cada cuatro horas, es analizada en concentración de cobre y ácido y se le determina el pH. Control a soluciones de planta. Cada cuatro horas se analiza la concentración de cobre en el PLS y en el Spent de la planta de SX. Control sobre el spent. Una vez por turno, se registra el volumen ingresado a la planta de SX por tren, la temperatura, el potencial de oxidación y su concentración de cobre y ácido. Cada cuatro horas se controlan los arrastres O/A de la solución spent en los traspasos: E1A y E2A, E1B y E2B, S1A y S2A y entrada a S1B. Cada 12 horas se controla la concentración de cloruro, mientras que una vez por día se registra la concentración de cobalto, fierro total y ferroso.

106

Control sobre el electrolito común de avance. Una vez por turno, se controla la temperatura, el potencial de oxidación, concentración de cobre y ácido, el porcentaje de llenado del TK de avance y se calcula la concentración de corte (diferencia de concentración entre el avance y el spent). Paralelamente, el electrolito de avance es controlado en cada tren, midiendo su concentración de ácido y cobre. Cada 12 horas, se controla la concentración de cloruro. Cada cuatro horas se controla la concentración de arrastres O/A en el avance saliente de los 6 filtros Degremont y 6 filtros Chuqui. Control sobre el cloruro. Cada 12 horas se determina la concentración de cloruro en la solución spent y avance. Una vez por día se determina la concentración de cloruro en los TK-1, TK-2 y traspaso S1A - S2A. Control sobre la preparación de solución orgánica. Se lleva un registro sobre el volumen de extractante y solvente utilizados. Adicionalmente se controla la adición de modificador de fases, si es utilizado en la preparación de la fase orgánica. Otras muestras menos frecuentes que pueden tomarse son: 

Solución orgánica para determinación de concentración de extractante.



Muestras de interetapas para perfiles de eficiencia y para control de calidad del extractante.

En la Tabla nº 3-4, se muestra un resumen de los controles en la Unidad de SX, el objetivo de cada uno y el método de medición.

Control Turbidez y/o contenido de sólidos en solución de alimentación a SX. pH de la solución de Alimentación PLS Concentración de cobre en la Alimentación PLS.

Tabla 3-4: Controles en la Unidad de SX. Objetivo Forma o método Prevenir la generación de crud, viraje Turbímetro, determinación de continuidad y pérdidas de gravimétrica. orgánico. Mantener niveles de extracción de acuerdo PH metro. a diseño. Realizar balances. Prevenir que no existan Absorción atómica o variaciones bruscas. Determinar eficiencia volumétrica. del proceso. 107

Razón O/A global.

Caudal de soluciones. Conductividad de la emulsión o continuidad de fases. Temperatura de las soluciones a extracción.

Contrastar los caudales manejados. Mantener continuidad de fases de acuerdo a especificación o necesidad. Balance metalúrgico. Mantener operación estable, exenta de alteraciones bruscas. Conocer la continuidad de fases de la etapa o fase continua de la dispersión.

Conocer el efecto de la variable. Prevenir pérdidas de eficiencia. Prevenir cristalizaciones. Velocidad de agitación o Prevenir exceso de pérdidas por arrastres. mezclado. Prevenir merma de succión y/o eficiencia de extracción. Concentración de cobre y Cuantificar el balance de cobre por pH en la solución refino. variaciones de concentración y por aumento de la acidez en el acuoso. Altura de crud acumulado en Conocer la cuantía del crud generado, para el decantador. definir necesidades de remoción. Velocidad de separación de Diagnosticar la forma en que se van a fases en el mezclador. separar las fases en el decantador. Definir el óptimo del flujo específico de decantación. Arrastre de orgánico en el Evitar pérdidas de orgánico por arrastres y refino. mejorar la calidad del refino de alimentación a LX. Arrastre de orgánico en el electrolito fuerte.

Evitar pérdidas de orgánico y formación de productos de degradación. Salvaguardar la calidad de los cátodos electroobtenidos.

Análisis de cobre en interetapas y de orgánico cargado y descargado. Concentración del reactivo orgánico.

Control de razones A/O y de caudales. Mantener el balance másico y determinar las eficiencias por etapas. Conocer las necesidades de ajuste de concentración y/o volumen de inventario de solución orgánica. Evitar contaminación del electrolito fuerte, que alimenta a EW.

Arrastre de acuoso en el orgánico de extracción a reextracción.

Composición del crud.

Concentración de cobre y ácido en el electrolito fuerte y gastado. Volumen de orgánico recuperado de refino, avance y crud. Arrastre de orgánico de entrada y salida de columnas de flotación y de filtros.

Determinar porcentualmente los tres componentes para balances y cálculos de recuperación de orgánico. Balance metalúrgico para la reextracción.

Balance y determinación de eficiencia de recuperación. Determinar eficiencias por equipos y salvaguardar la calidad catódica.

Muestreo en caja mezcladora de dispersión y decantación, en probeta. Medidores de caudal, en ambas fases. Medidores de caudal. Bulbos de conductividad, tester de conductividad, mini circuito con pilas y piloto linterna. Termómetro de bulbo o bimetálico. Tacómetro, instrumento del equipo. Tubos o varillas de vidrio con escalera de medidas o con sonda de conductividad. Tubos o varillas de vidrio manuales. Probetas y cronometro.

Extracción por CCl4 y/u otro solvente y cuantificación por análisis IR. Medidor de aceite Horiba. Extracción por CCl4 y/u otro solvente y cuantificación por análisis IR. Medidor de aceite Horiba. Análisis químico tradicional o de absorción atómica. Determinación de carga máxima y cálculo en base a la capacidad de carga específica. Centrifugación en frasco tipo pera, con vástago capilar graduado. Coalescedores en línea. Determinación analítica de un elemento “trazador”. Centrifugación y filtración o decantación y filtración. Análisis químicos de absorción atómica y análisis potenciométrico. Medición de volúmenes.

Extracción por CCl4 u otro elemento solvente y análisis IR. Medidor de aceite Horiba.

108

3.2.9 Análisis químico Los análisis de los elementos de interés, para el control de la operación de la planta industrial de extracción por solventes, son realizados en el Laboratorio Metalúrgico de Oxidos, dependiente de la superintendencia de metalurgia. Entre los elementos analizados se encuentran: • • • • • • • • • •

Cu+2 Fe+3 Fe+2 ClMn+2 pH Eh Viscosidad. Densidad. Sólidos en suspención, etc.

La concentración de cobre, ácido y lectura de pH, son las principales determinaciones. A continuación se describe, de manera resumida, su determinación química experimental. Determinación de la concentración de cobre. A través del Método con Equipo Nova 60, (para soluciones PLS y Refino). •

Tomar una muestra de 5 ml (con pipeta) previamente filtrada, llevar a un turbo de ensayo, agregar 5 ml Spectroquant directamente con el dosificador, agitar y colocar el tubo en el equipo Nova. Por lectura en la curva 301 y 303 (para PLS y Refino respectivamente), se obtiene la concentración de cobre.

A través del Método con Equipo Nova 60, ( Para soluciones Avance y Spent). •

Tomar una muestra de 25 ml (con pipeta) previamente filtrada, llevar a un matraz de 100 ml, enrasar con agua destilada hasta completar volumen (100 ml) y agitar. De la muestra diluida tomar 5 ml y llevar al tubo de ensayo, al cual se le incorpora 5 ml. de Spectroquant directamente con el dosificador,

109

agitar y colocar el tubo en el equipo Nova, y por lectura directa en la curva 302, se obtiene la concentración de cobre. Cuando las concentraciones de cobre en las soluciones PLS (6 – 8.5 gr/lt), Refino (0.5 - 0.8 gr/lt), Avance (50 - 54 gr/lt) y Spent (38 - 40 gr /lt) se encuentran fuera de especificaciones se procede: Solución PLS: • Informar al Jefe Guardia SX y Jefe Guardia de Lixiviación. • Si es menor a la requerida se debe aumentar el flujo de PLS, si lo permite la capacidad de la planta. • Si es mayor que la requerida se debe disminuir flujo de PLS. Solución Refino: • Informar al Jefe Guardia de SX. • Si es mayor a lo especificado, bajar flujo de PLS o ajustar Razón de Operación en las etapas de extracción. Solución Avance. • Informar al Jefe Guardia SX y Jefe Guardia de EW. • Si es mayor a lo especificado, informar a Planta EW par ver si pueden aumentar el Depósito, de lo contrario bajar flujo de PLS. • Si es menor a lo especificado se debe aumentar flujo de PLS, si lo permite la capacidad de la planta. Solución Spent: • Informar al Jefe Guardia SX y Jefe Guardia EW. • Si es mayor a lo especificado bajar flujo de PLS. • Si es menor a lo especificado aumentar el flujo de PLS, si lo permite la capacidad de la planta. Frente a desviaciones del estándar, los Jefes de Guardia Externos a la Planta SX, deben realizar los cambios de operación para satisfacer el requerimiento de la planta SX, dada la información proporcionada por ésta unidad. Determinación de la concentración de ácido.  En la solución de refino pipetear 10 ml.  En las Soluciones avance y spent pipetear 2 ml. 110

    

Llevar al vaso precipitado de 250 ml. Enrasar a 50 ml con agua destilada. Introducir el electrodo del ph-meter en el vaso y la pastilla para agitar. Adicionar Na2CO3 (Bicarbonato de Sodio) hasta llegar a un pH de 2.70. Tomar la lectura del gasto en la bureta y calcular la concentración de ácido con la siguiente fórmula: Concentración de ácido = Gasto Na2CO3 * Título de la Solución

Donde : El título de la solución varia según la cantidad de la muestra pipeteada, este dato es entregado por el Laboratorio de Metalurgia. Cuando las concentraciones de ácido en las soluciones refino (13 - 18 gr/lt), avance (150 - 160 gr/lt) y spent (175 - 185 gr/lt) se encuentran fuera de especificaciones se procede: Solución Refino: No se realizan modificaciones en el proceso por este análisis. Solución Spent: • Informar al Jefe de Guardia de SX y de EW. • Si es mayor a lo especificado, informar y solicitar a la Planta EW que disminuir la adición de ácido Sulfúrico al Electrolito. • Si es menor a lo especificado, informar y solicitar a la Planta EW que aumente la adición de ácido Sulfúrico al Electrolito. Solución Avance: No se realizan modificaciones en el proceso por este análisis Nótese que los rangos de concentración antes señalados, se definen para condiciones operacionales específicas. Si éstas cambian, también pueden cambiar los rangos. Determinación del pH. El pH se define matemáticamente como el valor negativo del logaritmo en base diez de la concentración del ácido libre (H+). Este se expresa por la siguiente ecuación. pH = -log(H+)

111

La determinación del pH sólo se realiza a la solución PLS. Se toma una muestra de 50 ml en el vaso precipitado, se introduce el electrodo de pH-meter y la pastilla magnética, se deja agitando y se toma el valor cuando se estabiliza. Calibración de pH-meter: Esta se realiza en el turno A, con las soluciones Buffer de 4.0 y 7.0 introduciendo el electrodo en la solución de 4.0 primero hasta que el instrumento pide la solución de 7.0, dejar hasta que el instrumento indique CAL.

3.2.10

Control de Sistemas y Operación.

En el presente punto se desarrolla el sistema de control de datos en línea, el sistema de alarma de incendios y sus sensores y el monitoreo variables operacionales en línea, a través de las pantallas de Sala de Control.

3.2.10.1

Sistemas de control, alarmas y toma de datos.

La Planta Industrial de Extracción por Solventes cuenta con cuatro tipos de sistemas para su control. a.1) Sistema de control distribuido (DCS). Este sistema marca Foxboro, modelo I/A, es el principal, cuyo objetivo es el rescate de mediciones en terreno de variables de proceso, como:







Temperatura. Velocidades de los agitadores en los mezcladores (r.p.m.). Flujos: PLS, refino, orgánico, avance, spent. Niveles de soluciones. Conductividad. Estado de bombas (condición ON - OFF)

El DCS además realiza el control sobre las variables medidas, es decir, controla los flujos y niveles mediante el accionamiento de válvulas en línea y realiza el control de las r.p.m. mediante mediciones del voltaje aplicado al

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motor del agitador. El control lo ejecuta ajustándose a un "set point" o valor de referencia previamente definido. Para la supervisión y presentación en pantalla, existen dos estaciones operacionales independientes, las que para efectos de operación por el encargado de la sala de control, no tienen diferencias. Una de ellas es monitoreada por el encargado de la sala de control, mientras que la segunda permite el desarrollo de mantenimiento y actualización del sistema (funciona como una estación de ensayo para la incorporación o modificación de detalles ingenieriles). El DCS, para funcionar, tiene asociado instrumentación de última generación. Por ejemplo: Para mediciones de flujo cuenta con: • Sensores magnéticos. • Placas orificio. • Sensores sónicos, que trabajan en base a diferenciales de tránsito de tiempo). Para medición de niveles, cuenta con: • Sensores de presión diferencial. • Sensores sónicos • Sensores tipo flotador. Para la medición de temperatura • Sensores tipo RTD (resistencia variable de temperatura). Para la medición de conductividad, se cuenta con: • Sensores tipo toroidal. Para la medición de r.p.m., se realiza un calculo indirecto, dado que lo efectivamente medido es el voltaje aplicado al motor del agitador y a través de éste se determina la velocidad de giro en r.p.m. (revoluciones por minuto). A continuación se muestran algunos de los sensores enunciados (Fig. nº 3-27 a la Fig. nº3-36).

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Fig. nº3-27: Sensor de cortocircuito en coalescedor industrial

Fig. nº3-29: Placa Orificio

Fig. nº3-28: Tubería de sofocación en Coalescedor Industrial

Fig. nº3-30: Ubicación de la Placa Orificio en tubería

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Fig. nº3-31: Sensor de nivel magnético, tipo tubo.

Fig. nº3-32: Sensor de temperatura RTD

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Fig. nº3-33: Sensor de conductividad y su transmisor

Fig. nº3-34: Sensor de nivel por presión diferencial y su transmisor

116

Fig. nº3-35: Transmisor más tubo magnético

Fig. nº3-36: Transmisor de presión diferencial con accesorios de placa orificio.

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Algunos de los valores de los parámetros metalúrgicos bajo control se resumen en la siguiente tabla. Tabla 3-5: Rango de parámetros metalúrgicos

Valores de Parámetros Mínimo

Máximo

0.8758 g/ml

0.8897 g/ml

6.0 cP

7.0 cP

Tensión Interfacial O/C (dinas/cm)

22.3

24.1

Tensión Superficial O/C (dinas/cm)

30.0

31.6

Razón Operacional Extracción

1.0

1.1

Razón Operacional Reextracción

1.9

2.1

Cl Avance (ppm)

20.0

30.0

H+ PLS (g/lt)

4.0

6.0

H+ Spent (g/lt)

175.0

185.0

H+ Avance (g/lt)

155.0

160.0

6.0

8.5

Cu Spent (g/lt)

38.0

40.0

Sep. Fase C/O (seg.)

100.0

110.0

Separación de Fase C/A (seg.)

40.0

60.0

% Eficiencia Extracción

85 %

88 %

Densidad O/C Viscosidad O/C

Cu PLS (g/lt)

Filtro Demister (arrastres O/A)

5 ppm

Filtro Degremond (arrastres O/A)

5 ppm

Sólido Suspensión Orgánico (máx.)

10 ppm

Sólido Suspensión PLS (máx.)

20 ppm

Arrastres A/O Coalescedor Ind.

300 ppm

130

Temperatura PLS Altura Banda dispersión (cm)

18 º C 3.0

Conductividad (uS/cm)

9.0 1000

Nivel TK de Orgánico (%)

11.0

14.0

Nivel Pond de Alimentación (%)

80.0

100.0

Co Avance (ppm)

125.0

175.0

NO3- Avance (ppm)

30.0

90

Tensión Superficial PLS (cP)

60.0

71.0

Tensión Superficial Avance (cP)

57.0

65.0

Banda de Orgánico Etapa (cm)

28.0

32.0

400.0

600.0

Potencial Redox Spent Residual Floculante (ppm) Cobre Avance (g/lt)

0.05 50.0

Arrastre O/A Avance (ppm) Arrastre O/A Refino (ppm)

54.0 3.0

5.0

20.0

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