Extração por Solvente • Definição → transferência de íons

HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Definição → transferência de íons específicos de
uma solução pouco concentrada para outra mais
concentrada porque o soluto se distribui entre 2
solventes imiscíveis em contato.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Objetivos:
• Separação porque a lixiviação não é tão
seletiva quanto se deseja e a presença de íons
nocivos demanda medidas adicionais de
purificação da solução aquosa;
• Enriquecimento de soluções diluídas
possibilitando trabalhar com volumes reduzidos
de solução → equipamentos menores e de
potência menor (menor custo) e maior
produtividade na extração.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Procedimento:
• A solução aquosa, contendo o metal de valor, é
colocada em contato com um solvente orgânico
específico.
• O metal da solução aquosa inicial denominada
lixívia passa para o solvente orgânico que,
quando rico em metal, é chamado de extrato.
• Em seguida, há o contato do extrato com uma
segunda solução aquosa (final) para a qual o
metal se transfere.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Procedimento:
• Dessa solução final, o metal será extraído
normalmente por meio de outro processo.
• O líquido intermediário – fase orgânica
insolúvel nas duas fases aquosas – é escolhido
por ser uma substância onde o metal desejado
possui alta solubilidade.
• A solução final deverá ser de pequeno volume,
alta concentração de íons do metal de valor e
livre de íons nocivos.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Transferência do soluto entre a lixívia e a fase
orgânica → extração
• Transferência do extrato para a solução aquosa
final → esgotamento (“stripping”)
• Solução aquosa inicial depois da extração do
soluto → rafinado
• Fase orgânica contendo o metal → extrato
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Alguns líquidos orgânicos podem ser usados
diretamente como solventes.
• Outros, muito viscosos, devem ser diluídos em
líquidos orgânicos inertes (diluentes), também
imiscíveis em água como, por exemplo, a
querosene.
• Nesse caso, a substância ativa é chamada de
extratante.
• Quando o extratante não é totalmente solúvel no
diluente, adiciona-se o modificador.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• A fase orgânica resultante, independentemente da
sua constituição, é chamada de solvente.
• Os mecanismos de transferência de metais da
fase aquosa para orgânica podem ser de vários
tipos.
• Como os metais na solução aquosa encontram-se
na forma iônica, 2 pré-requisitos básicos devem ser
preenchidos: a) neutralização da carga do íon e b)
troca da água de solvatação por ligações
covalentes.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Mesmo espécies simples são, de fato, muito mais
complexas.
• O cátion Fe3+ é, na realidade, [Fe(H2O)6]3+.
• Com a troca da água de solvatação, a espécie
química portadora do metal perde a “semelhança”
com a água, fator que provoca a diminuição da sua
solubilidade na fase aquosa, ficando então mais
próxima do tipo de substância que compõe o
solvente orgânico, aumentando sua solubilidade
neste.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• A dissolução propriamente dita ocorre através de
algum dos seguintes mecanismos:
• Transferência de par iônico
• Troca iônica
• Extração quelada
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Transferência de par iônico
• Interação de uma molécula eletricamente
neutra com o extratante para formar um
composto de adição.
• Exemplo: extração de urânio por tributil fosfato.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Troca iônica
• O metal é transferido da fase aquosa como um
íon simples. Ao mesmo tempo, um íon do
extratante é transferido estequiometricamente
para a fase aquosa.
• Pode ser troca catiônica ou aniônica.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Troca iônica: catiônica
• A espécie extraída é um íon carregado
positivamente e o extratante é um ácido (ácido
monoalquil fosfórico, ácido carboxílico, ácido
fosfônico etc.)
• Exemplo: extração de urânio pelo ácido
monoalquil fosfórico.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Troca iônica: aniônica
• A espécie extraída é um íon carregado
negativamente e o extratante é uma base, por
exemplo uma amina.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Extração quelada
• Um sal quelado é formado quando uma
molécula orgânica, contendo as funções ácida e
básica, combina-se a um íon metálico.
• O metal, quando quelado, torna-se insolúvel na
fase aquosa e rapidamente solúvel no solvente
orgânico.
• Exemplo: acetil cetona reage com íon berílio.
• Outros extratantes são dicetonas e oximas.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Extração em contracorrente
• O extratante fresco entra
primeiramente com o rafinado.
em
contato
• Enquanto que o extratante saturado entra em
contato com uma fase aquosa fresca.
• No primeiro estágio da extração entra a solução
rica provinda da lixiviação.
• Do último estágio sai a solução pobre, ou seja,
uma solução de lixiviação esgotada.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Extração
Sinergismo
por
misturas
de
solventes
-
• Quando o ácido dialquil fosfórico é empregado
em
conjunto
com
certos
ésteres
organofosforosos neutros, a eficiência de
extração da mistura excede a soma da extração
dos dois extratantes.
• Esse fenômeno é denominado de sinergismo e
pode ser aplicado a vários tipos de solvente
orgânico.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Formação da terceira fase
• Algumas aminas, particularmente as terciárias,
quando entram em contato com sais
provenientes de ácidos minerais, os quais são
insolúveis na fase orgânica, formam uma terceira
fase líquida ou sólida durante a extração.
• A terceira fase também depende do diluente
utilizado.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Efeitos de íons externos
• Na extração pelo mecanismo de transferência
de par iônico, a adição de eletrólitos, que não
serão extraídos da fase aquosa, pode aumentar
significativamente a extração do íon metálico.
• A adição de nitratos de amônio, alumínio ou
cálcio em soluções de ácido nítrico contendo
urânio eleva consideravelmente a extração de
urânio.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Formação de complexos na fase aquosa
• Íons metálicos altamente carregados são
geralmente complexados na fase aquosa.
• íon metálico + agente complexante → metal
complexado
• Complexo eletricamente neutro → favorece a
extração por transferência de par iônico.
• Complexo eletricamente carregado → favorece
a extração por troca iônica.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Efeito do pH
• A extração por solventes catiônicos é afetada
fortemente pelo valor do pH da fase aquosa, pois
o íon H+ participa do processo.
• Nesse caso, a diminuição da concentração do
íon H+, ou seja, o aumento do pH favorece a
extração.
HIDROMETALURGIA E ELETROMETALURGIA
Extração por Solvente
• Efeito da hidratação do íon
• A forte hidratação do íon reduz sua extração da
fase orgânica.