Introducción
A continuación se presentaran las principales características que definen dos
de los métodos más reconocidos para la separación y/o purificación de
compuestos en solución, nos referimos a la extracción por solvente o extracción
líquido-líquido y la utilización de agentes quelantes.
Para ambos procesos se darán a conocer los fundamentos químicos en los que se
basan y ejemplos concretos de algunas de sus aplicaciones tanto analíticas, como
a nivel industrial.
Por otra parte veremos el por qué la extracción por solvente ha adquirido tanta
importancia en la industria hidrometalurgica.
A medida que avanzamos nos daremos cuenta que la potencial
aplicación, entre otras, para la extracción por solvente está a nivel
industrial, ósea mayormente en la industria minera. Mientras que las
aplicaciones que hoy en día existen para los agentes quelantes son
absolutamente trascendentales ya que su gama va desde
la remoción de metales desde el suelo y agua, pasando por la industria cosmética
y hasta aplicaciones importantísimas en medicina.
Extracción por solventes
La extracción por solventes, también conocida como extracción líquido – líquido o
extracción con disolvente, es un proceso químico empleado para separar una
mezcla utilizando la diferencia de solubilidad de sus componentes entre dos
líquidos inmiscibles o parcialmente miscibles(por ejemplo, agua y cloroformo, o
éter etílico y agua).
En la extracción líquido-líquido se extrae del seno de un líquido A una
sustancia, o también llamado soluto, poniendo A en contacto con otro líquido B,
inmiscible o parcialmente miscible con A, que tiene mayor afinidad por el
soluto, pasando la sustancia del seno del líquido A al seno de B
Con esta operación se busca concentrar un analito o bien separarlo de una
matriz compleja o con interferentes.
Coeficiente de reparto
La extracción con solvente se basa en la ley de Distribución que establece: “A
temperatura y presión constante, un soluto se distribuye entre dos solventes
inmiscibles, de modo que la razón de concentraciones de soluto en las dos fases
es constante”.
Donde es la concentración de un soluto A en la fase
orgánica y es la concentración del
soluto A en la fase acuosa.
Esta ley se cumple siempre que: La temperatura sea constante, presión constante
y que el soluto debe tener la misma estructura molecular en ambas fases.
La constante K se conoce también el nombre de Coeficiente de Distribución o
Reparto y es independiente de la concentración total del soluto.
Cabe también agregar que diferentes solutos tienen diferentes
constantes.
Aplicaciones industriales extracción líquido-líquido
De forma general se puede decir que la extracción por solvente se puede
utilizar para la extracción y concentración de pequeñas cantidades de un
analito y también para la separación de compuestos en mezclas más complejas,
por ejemplo tenemos:
- Separación de aceites esenciales o pigmentos en extractosnaturales.
- Concentración y separación de fármacos y hormonas en líquidos corporales.
- Separación y concentración de metales pesados en forma de Complejos.
- Extracción de compuestos orgánicos disueltos o suspendidos en muestras
líquidas.
Y hablando a una escala mas industrial tendríamos aplicaciones como
Separación y concentración de cobre desde líquidos de lixiviación de minerales
para la producción de cobre electrolítico o sulfato de cobre.
Purificación de metales y carbón mineral.
Descafeinado y extracción de alcaloides en alimentos.
Desmanchadores y blanqueadores industriales.
En este proceso también el solvente cumple un rol fundamental y los requisitos
que debe cumplir un buen solvente son los siguientes
El solvente debe tener una gran capacidad de que las especies se separen en él.
El solvente debe ser selectivo, disolviendo uno o más de los
componentes de interés en gran medida, mientras que no deberá disolver las
impurezas.
Debe ser químicamente estable, vale decir que no deberá
provocar ninguna clase de reacción química.
Debe ser re-generable, para que las especies extraídas puedan ser separadas del
solvente, y este pueda ser re-utilizado una y otra vez.
Debe tener un bajo costo de mantenimiento, para tener
un inventario suficiente al momento de remplazar las pérdidas de solvente.
No debe ser toxico y corrosivo y no debe ser un serio
contaminante en el manejo de las corrientes del proceso.
Debe tener una baja viscosidad para que pueda ser fluidizado
de manera sencilla.
Debe tener una densidad suficientemente diferente a la del líquidoacuoso
para tener una buena separación de fases.
No debe formar emulsiones, que impiden la separación correcta de fases.
Debe permitir la formación de fases líquidas inmiscibles, incluso a
concentraciones altas de soluto.
De esta forma los solventes mas utilizados en química
analítica en general son agua, cloroformo, diclorometano, tolueno y
tetracloruro de carbono; mientras que a nivel industrial los mas comunes son
las bencinas no aromáticas y aromáticas que se utilizan en limpieza de metales
y productos blanqueados, también kerosen, K-30, D-60.
El Kerosen-complejante es utilizado para la separación y
concentración de cobre en la industria hidrometalúrgica, también otros agentes
complejantes utilizados en la industria de la metalurgia son el LIX y el KELEX.
El cobre obtenido a través de SX
Hoy en día la extracción por solventes es primordial en todos los procesos
hidrometalúrgicos del cobre, tanto en la producción de cátodos de cobre o en la
producción de sulfato de cobre, pero, también se ha aplicado en la producción
de molibdeno, rhenio, cinc, cadmio y en el futuro se esperan aplicaciones
industriales con varios otros metales, tales como hierro, arsénico, antimonio,
bismuto, oro, etc.
La Extracción por Solventes es un proceso de
separación que se emplea en metalurgia con tres fines fundamentales:
concentrar, purificar y separar los elementos o metales disueltos en la
solución rica generada en la etapa de la lixiviación. Esta solución se
caracteriza por tener una baja concentración de cobre disuelto, junto con
impurezas como,
Fe, Cl, Mn, Mg, Na y otrosmetales disueltos durante el proceso. Esta etapa
consiste en el contacto de una fase orgánica que contiene un
extractante con una fase acuosa que contiene el metal de interés. El
extractante reacciona químicamente con el metal para formar un
complejo organo-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 organo-metal es separada de la fase
acuosa. El metal es recuperado y concentrado en otra fase acuosa por la
reacción química inversa.
En definitiva se podría decir que el proceso de extracción por solventes (SX)
define a un proceso de purificación y concentración de
soluciones, al término del cual, se generan
soluciones aptas para su posterior tratamiento de precipitación electrolítica y
comercialización directa del
cátodo obtenido.
También cabe mencionar que una vez extraído el cobre, pueden
extraerse otros elementos de valor o bien, pueden ser recuperados previamente
estos otros elementos y luego ser extraído el Cobre.
Finalmente, el proceso completo de lixiviación-extracción por solventes y
electroobtención no presenta mayores problemas de contaminación ambiental y en
particular, un análisis comparativo frente a la alternativa tradicional
lixiviación -cementación, le otorgaría ventajas debido principalmente al alto
costo de la chatarra, mayores consumos de ácido y baja calidad y pureza del
producto que se obtiene en cementación.
Agentes quelantes
Los quelatos son complejos formados por la unión de un metal y uncompuesto que
contiene dos o más ligandos potenciales. El proceso de formación del quelato se conoce como quelatación o
quelación. El producto de tal reacción es un anillo
heterocíclico. Un quelante es un ligando polidentado
que se coordina a un ion central por dos o más átomos dativos. Los anillos de 5
a 6 miembros poseen más estabilidad, por lo que se diseñan quelantes
polidentados, es decir, multiligantes, para lograr complejos de alta estabilidad. La formación de quelatos polidentados da
por resultado un compuesto mucho más estable que
cuando el metal se une solamente con un átomo ligante (monodentado).
Son diversas las aplicaciones que tienen los quelatos y en diferentes campos,
por ejemplo en ciencias de la salud, en química analítica, en biomedicina,
alimentos, ingeniería química y ambiental, entre otros más. A continuación se
hara una pequeña referencia a las más interesantes aplicaciones de los quelatos
en algunos campos
1 - En medicina se utilizan los agentes quelantes para tratar pacientes por
intoxicación de metales, ya que estos en proporciones altas para el cuerpo no
son fácilmente eliminables, sin embargo en el momento que se forma un complejo
quelante con el metal, se puede expulsar este complejo por la orina.
2 - Cuando el suelo tiene un alto contenido de plomo
(contaminación por plomo), se suele cultivar ciertas plantas que eliminan este
metal del
suelo. Pero para que esta remoción del metal se dé por parte de las
plantas, se debe aplicar EDTA en el suelo para que este metal sea más soluble y
pueda ser tomado por las raíces de las plantas.
3 - Laextracción de metales se intensifica al aplicar agentes quelantes de tal manera que se forme un quelato metálico, cuando este
posee una alta solubilidad en un disolvente inmiscible como cloroformo y benceno, respecto a una
solubilidad en medio acuoso. La partición hacia la fase orgánica permite la
separación cuantitativa del metal en forma de quelato.
4 - El Fe (III) está presente en las bebidas alcohólicas, como vino y cerveza,
y es bien sabido que este ión metálico puede afectar a la fermentación de la
cerveza, su estabilidad y la calidad. Los complejos de [2]-acetil-[1 ]-ciclohexanodiona con Fe (III) en solución acuosa, ayudan
a evitar estos inconvenientes en las bebidas alcohólicas.
Conclusiones:
En conclusión podemos decir que la extracción por solvente es un proceso basado
en la solubilidad del analito a extraer en el solvente que nosotros
determinemos que es el más adecuado, es así como el solvente elegido juega un
rol fundamental en este proceso ya que hay que tomar en consideración que este
no reaccione con ninguna otra impureza presente en la solución o matriz, y que
tampoco de lugar a alguna reacción secundaria paralela a la extracción, todo
esto para que nuestra extracción o concentración del analito sea lo más
eficiente posible es decir que obtengamos un rendimiento óptimo.
Y como ya se había dicho anteriormente la SX es un proceso primordial en el
campo de la hidrometalurgia, ya que nos permite separar, concentrar y purificar
los elementos o metales en cuestión además en comparación con a la alternativa
tradicional utilizada, que es el procesode cementación, la SX no genera mayores
problemas a la hora de ver la contaminación ambiental y algo muy importante es
que se obtienen mejores rendimientos con la extracción por solvente.
Se puede ver que los quelatos tienen una gran variedad de aplicaciones, algunas
de ellas ya llevan mucho tiempo descubiertas y así como otras descubiertas
recientemente. Como se dijo anteriormente en el campo de la medicina los
quelatos tienen una aplicación trascendental, y aun se sigue investigando
acerca de las aplicaciones de los agentes quelantes como terapia para la
desintoxicación del organismo de metales pesados, pero también se trabaja para
optimizar la utilización de esta técnica ya que también lleva consigo efectos
de reacciones secundarias. Y así también se sigue investigando en las
aplicaciones de estos agentes quelantes como catalizadores de algunas
reacciones orgánicas, en la preservación de alimentos evitando las reacciones
de oxidación, entre otros.
Por lo dicho anteriormente es que se hace necesario el estudio de estos
compuestos ya que hay un gran campo de investigación
en nuevas aplicaciones y el mejoramiento de las que ya existen.
Bibliografía:
Formación de complejos: EDTA y Quelatos; Alan Didier Pérez Ávila;
https://quimiart.files.wordpress.com/
Como se produce el Cobre; Compañía minera Quebrada Blanca;
https://www.qblanca.cl/portal/19/y_files/204/como_produce_cu.pdf
Extracción por Solvente (SX);
https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/tecnicos_lixiviacion_extraccion.asp
Shriver & Atkins. Química inorgánica. 4S Ed. McGraw Hill (2008).
