Laboratorio2 hidro 2

Abraham Carvajal

Hidrometalurgia||Integrantes: Estephanía Azúa - Ninoska Yáñez

UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTEFACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS GEOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y MINAS.

Dominio Conceptual Dominio Metodológico

- Para la extracción, construir isoterma de distribución, curva de operación y determinar número de etapas.

Gráfico

Conclusión

El diagrama de McCabe-Thiele se asemeja a un rompecabezas ya que es formar una figura uniendo correctamente las piezas hasta llegar finalmente a nuestro objetivo que es observar nuestra figura ya completamente lista.

Para este laboratorio se utilizara solamente fase orgánica (O/A).Mezclar la fase orgánica con solución de PLS a distintos volúmenes. Trasvasijar los volúmenes de orgánico y acuoso a el embudo de decantación (250 cc) para luego llevarlos al equipo de agitación en cual se agitaran ambas fases a 200 rpm, luego se deja decantar las fases empleando las razones O/A de 5/1, 2/1, 3/2, 1/1, 1/2 y 1/5, se realizará el mismo procedimiento tanto para la cetoximas, aldoximas y mezcla realizando 6 experiencias cada una con distintos volúmenes de acuosos y orgánico y con un tiempo de agitación 5 minutos para cada experiencia.Terminado el tiempo de agitación se procede a separar las fases orgánica y acuosa, para realizar el respectivo análisis químico por [Cu+2] gpl en fase acuosa (refino), luego se realiza el balance de masa para obtener la concentración de [Cu+2] gpl en fase orgánica y para terminar con los datos ya calculados, se procede a graficar la curva de equilibrio y se traza la curva de operación, para finalmente determinar el número de etapas necesarias de extracción.

Ecuaciones

Eficiencia de extracción=PLS−[Cu+2]

PLS

Fantasía o Metáfora:

Teoría y Principios:

La isoterma de extracción es un gráfico de la concentración de la especie extraída en la fase orgánica versus la concentración de la misma en fase acuosa, en el equilibrio y a una temperatura dada, y que puede ser preparada para extracción como para reextracción. Normalmente la forma más utilizada para construir la isoterma de extracción es contactar en diferentes proporciones el acuoso y el orgánico, y analizar por el elemento metálico una vez logrado el equilibrio. La combinación de la isoterma de distribución y la línea de operación constituye el diagrama de McCabe-Thiele, el que es utilizado para estimar el número teórico de etapas o pisos en un sistema SX. La isoterma de distribución es fija, y depende sólo de la química de sistema (concentración de reactivos, pH, etc.). La línea de operación se basa en el balance de masa, varia con la razón A/O y las concentraciones de metal en la entrada y salida del sistema.

Figura N°9: Grafico de McCabe-Thiele para la mezcla.

Aplicaciones:Las isotermas de extracción y de reextracción son validas solamente para condiciones similares a las condiciones que se emplearon su determinación, por ejemplo, si cambia la concentración de reactivo en el orgánico, la concentración del metal en solución en la fase acuosa u orgánica, el pH de la solución rica, la concentración de acido del electrolito descargado, etc., entonces habrá que generar otra isoterma de distribución.

Objetivos:

Resultados.

ISOTERMA DE EXTRACCIÓN

Se puede concluir que las aldoximas al ser un poderoso extractante de Cu obtuvo la mayor eficiencia de extracción alcanzando un 90,63% en la razón 5/1, mientras que en reducción de costos de capital, es decir, en la obtención de menos etapas de extracción y baja utilización de acido H2SO4 se tiene la mezcla de la cual se necesitan solo 3 etapas de extracción ya que la cuarta no es representativa y seria un gasto inútil.

Método

Tabla N°10: Continuidad orgánica mezcla

Razón O/A Cu+2 gplRefino Orgánico cargado

Razón 5/1 3,50 1,00Razón 2/1 4,50 1,50Razón 3/2 5,00 3,13Razón 1/1 6,63 4,13Razón 1/2 7,63 4,38Razón 1/5 7,88 4,50

PLS 8,00

AnexosCálculos operacionales:A. Cálculos operacionales para [Cu +2 ]:

Gasto promedio: Depende de cada razón de los reactivos.Volumen muestra: 5 cc.

EJEMPLO para la aldoxima:1. Razón: 5/1

Gasto: 0,60Vol. Muestra: 5 cc

[Cu+2 ]=6,95∗0,605 ====> [Cu+2]=0,75

2. Razón: 2/1Gasto: 1,40Vol. Muestra: 5 cc

[Cu+2 ]=6,95∗1,405 ====> [Cu+2]= 1,75


[Cu+2 ]=6,95∗1,805 ====> [Cu+2]= 2,25


[Cu+2 ]=6,95∗2,805 ====>[Cu+2]= 3,50


[Cu+2 ]=6,95∗3,805 ====> [Cu+2]= 4,75


[Cu+2 ]=6,95∗5,305 ====> [Cu+2]=6,63

B. Cálculos operacionales para la eficiencia de extracción (%):

Eficiencia de extracción (%)=PLS−[Cu+2]PLS

PLS: 8 gpl[Cu+2]= Refino correspondiente a cada razón

EJEMPLO para la aldoxima:1. Razón= 5/1

[Cu+2]= 0,75

Eficiencia de extracción (%)=8−0,758Eficiencia de extracción=90,63%

2. Razón= 2/1 [Cu+2]= 1,75

Eficiencia de extracción (%)=8−1,758

Eficiencia de extracción=78,13%

3. Razón= 3/2 [Cu+2]= 2,25


Eficiencia de extracción= 71,88%

4. Razón= 1/1 [Cu+2]= 3,50



5. Razón= 1/2 [Cu+2]= 4,75



6. Razón= 1/5 [Cu+2]= 6,63


Eficiencia de extracción=17,19%

C. Datos generales para realizar la experiencia:

Tabla N°1: Datos dados en laboratorio para realizar la experienciaPLS (gpl de Cu2+) 8 Lix-860: Aldoxima Orgánico 15%pH 1,7 Lix-84: Cetoxima Diluyente 85%Vol. Muestra (ml) 5 Lix-984: Mezcla OD (gpl de Cu+2): 0

Tabla N°2: Datos de volumen de orgánico y acuosoRazón O/A Volumen Orgánico (cc) Volumen Acuoso (cc)

5/1 167 332/1 133 673/2 120 801/1 100 1001/2 67 1331/5 33 167

D. Datos realizados con cetoxima:Tabla N°3: REFINO POR USO DE CETOXIMA

Razón Gasto Promedio [Cu+2] Eficiencia de extracción (%)5/1 3,75 4,69 41,4%2/1 4,80 6,00 25,0%3/2 5,50 6,88 14,1%1/1 5,45 6,81 14,8%1/2 5,70 7,13 10,9%1/5 5,95 7,44 7,0%

Tabla N°4: Continuidad orgánica cetoxima

Razón O/ACu+2 gpl

Refino Orgánico cargadoRazón 5/1 4,69 1,31Razón 2/1 6,00 2,19Razón 3/2 6,88 2,12Razón 1/1 6,81 2,44Razón 1/2 7,13 2,75Razón 1/5 7,44 3,31

PLS 8,00

Tabla Arreglada N°5: Continuidad orgánica cetoxima Razón O/A Cu+2 gpl

Refino Orgánico cargadoRazón 5/1 4,69 1,31Razón 2/1 6,00 2,19Razón 1/1 6,81 2,44Razón 1/2 7,13 2,75Razón 1/5 7,44 3,31

PLS 8,00 E. Datos realizados con aldoxima:

TABLA N°6: REFINO POR USO DE ALDOXIMARazón Gasto Promedio [Cu+2] Eficiencia de extracción (%)

5/1 0,60 0,75 90,63%2/1 1,40 1,75 78,13%3/2 1,80 2,25 71,88%1/1 2,80 3,50 56,25%1/2 3,80 4,75 40,63%1/5 5,30 6,63 17,19%

Tabla N°7: Continuidad orgánica aldoxima



PLS 8,00

Tabla arreglada N°8: Continuidad orgánica aldoxima


Razón 5/1 0,75 1,00Razón 3/2 2,25 2,75Razón 1/1 3,50 4,00Razón 1/2 4,75 5,88Razón 1/5 6,63 7,25

PLS 8,00

F. Datos realizados con mezcla:

Tabla N°9: REFINO POR USO DE MEZCLARazón Gasto Promedio [Cu+2] Eficiencia de extracción (%)

5/1 2,80 3,50 56,25%2/1 3,60 4,50 43,75%3/2 4,00 5,00 37,50%1/1 5,30 6,63 17,19%1/2 6,10 7,63 4,69%1/5 6,30 7,88 1,56%

Tabla N°10: Continuidad orgánica mezcla



PLS 8,00

Tabla arreglada N°11: Continuidad orgánica mezcla


Razón 5/1 3,50 1,00Razón 3/2 5,00 3,13Razón 1/1 6,63 4,13Razón 1/2 7,63 4,38Razón 1/5 7,88 4,50

PLS 8,00

G. Balance de masa:

Figura N°1: Balance de masa para la CETOXIMA.

Figura N°2: Balance de masa para la ALDOXIMA

Figura N°3: Balance de masa para la MEZCLA

1/5 1/2 1/1 3/2 2/1 5/1

8 7,44

7,13

6,81

6,88

6 4,69

02,12

2,19

1,31

2,75

2,44

3,31

1/5 1/2 1/1 3/2 2/1 5/1

8 6,63

4,75

3,5

2,25

1,75

0,75

02,75

1,5

15,88

47,25

1/5 1/2 1/1 3/2 2/1 5/1

8 7,88

7,63

6,63

5 4,5

3,5

03,13

1,5

14,38

4,13

4,5

H. Gráficos:

4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.50

0.51

1.52

2.53

3.5

Isoterma de extracción Curva operacional

Refino (gpl)

Org

anico

Car

gado

(gpl

)

Figura N°4: Grafico de refino vs orgánico cargado utilizando como reactivo la cetoxima.

Figura N°5: Grafico de McCabe-Thiele para la cetoxima.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9012345678

Isoterma de extracción Curva operacional

Refino (gpl)

Org

anico

Car

gado

(gpl

)

Figura N°6: Grafico de refino vs orgánico cargado utilizando como reactivo la aldoxima.

Figura N°7: Grafico de McCabe-Thiele para la aldoxima.

3 4 5 6 7 8 90

0.51

1.52

2.53

3.54

4.55

isoterma de extracción curva operacional

Refino (gpl)

Org

anico

Car

gado

(gpl

)

Figura N°8: Grafico de refino vs orgánico cargado utilizando como reactivo la mezcla.

Figura N°9: Grafico de McCabe-Thiele para la mezcla.

0 1 2 3 4 5 6 70.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

CETOXIMA ALDOXIMA MEZCLA

Acuoso g/L Cu+2

Carg

ado

g/L

Cu+

2

Figura N°10: Grafico comparativo de los tres reactantes de Acuoso g/L vs Cargado g/L.

Discusiones

En el grafico N°1 se puede apreciar que para el caso de la cetoxima la isoterma de extracción tuvo un comportamiento más bien discontinuo a partir del punto (6, 2,19) que continuó hasta el punto (7, 13, 2,75).

En el grafico N° 2 se aprecia que para la aldoxima la isoterma tuvo un comportamiento prácticamente lineal en todo el proceso.

En el grafico N°3 se observa que para la mezcla la isoterma tuvo un comportamiento más curvilíneo en comparación a las otras pruebas.

En la cetoxima fue quitado el punto de la razón 3/2 porque no es representativa para la isoterma de extracción y para poder visualizar mejor las etapas de extracción.

En la aldoxima se saco el punto de la razón 2/1 porque no es representativa para la isoterma de extracción para poder visualizar correctamente las etapas.

En la mezcla fue quitado el punto de la razón 2/1 porque no es representativa para la isoterma de extracción para poder visualizar las etapas correctamente.

La relación de las fases O/A en el mezclador para que sea óptima se debe mejorar la velocidad de transferencia de masa y la eficiencia de la etapa para obtener mejores resultados en cuanto a eficiencia de extracción.

En el grafico N°10 se puede observar que a la misma concentración de acuoso aproximadamente 6gpl, la mezcla es la que genera más orgánico cargado debido a que esta es una unión de los otros reactivos que combina la fuerza extractiva y rápida cinética de las aldoximas con el excelente comportamiento físico y químico de las cetoximas.

Conclusiones Los mejores resultados en cuanto a eficiencia de extracción se obtuvieron del extractante

de aldoxima la cual llego a extraer en la razón 5/1 un 90,63% de orgánico cargado en la solución, debido a que las aldoximas son un extractante muy poderoso con el mayor porcentaje de extracción en comparación a los otros reactivos.

Al trabajar en un pH de 1,7 los extractantes fuertes como la aldoxima son capaces de extraer sustanciales cantidades de cobre por lo cual esta condición de pH favoreció en que la aldoxima tuviera una mejor eficiencia de extracción.

Las cetoximas obtuvieron la eficiencia de extracción más bajas en comparación a los tres extractantes, esto es debido a que su poder de extracción es moderado es decir, extrae menos orgánico, pero tienen una buena estabilidad química y buen comportamiento físico.

La mezcla según diagrama de McCabe Thiele de aproximadamente 3,5 gpl a 8 gpl necesito solo 4 etapas de extracción por lo cual es más fiable económicamente hablando para la empresa, al tener menos etapas de extracción hay menos gastos.

Al tener menos etapas de extracción alcanza altos niveles de extracción y menos numero de etapas menor consumo de acido.

La titulación no es un método muy exacto por lo que los errores perfectamente pudieron estar presente a la hora de realizarse.

La mayoría de los procesos industriales de SX operan con un sistema de contacto múltiple en contra corriente. En este proceso la solución acuosa y la solución orgánica fluyen en direcciones opuestas. Entonces, el orgánico descargado se contacta con el refino, pobre en Cu, mientras que el orgánico cargado está en contacto con la solución rica en Cu. El proceso de extracción en contra corriente permite tener una buena extracción del metal contenido en la solución acuosa, y a la vez usar eficientemente el reactivo orgánico.

Bibliografía

[1] ASHLAND Chemical Company, 1968, Preliminary Technical Data Sheet, “Copper Solvent Extraction Reagents”.

[2] J. MONHEMIUS: An introduction to Metallurgical Solvent Extraction; Coppe/Ufrj, Brasil 1975.

[3] MORAL: “La extracción con disolventes”; Curso de Operaciones y Procesos en Hidrometalurgia, A.N.Q.U.E., Mayo 1983.

Fotografías

Figura N°11: Continuidad orgánica para la cetoxima.

Figura N°12: Continuidad orgánica para la aldoxima.

Figura N°13: Continuidad orgánica para la mezcla.

Documents

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