Extracción Líquido-Líquido

Modos de Operación

Extracción Líquido-Líquido con Contacto Simple

Se mezclan la alimentación y el disolvente, separando las fases resultantes. Puede realizarse de forma continua o discontinua. No permite extraer todo el soluto, por lo que es poco común en la industria.

Extracción Líquido-Líquido con Contacto Múltiple

Consiste en dividir el disolvente en varias partes y tratar la alimentación sucesivamente con cada una de ellas. La extracción es más completa que en el método anterior y puede mejorarse aumentando las unidades de extracción. Es un método utilizado habitualmente en el laboratorio.

Extracción Líquido-Líquido Múltiple en Contracorriente

La alimentación y el disolvente entran por extremos opuestos, lo que permite que el disolvente se enriquezca progresivamente en soluto al avanzar por el sistema.

Extracción Líquido-Líquido con Contacto Diferencial en Contracorriente

Se basa en la diferencia de densidad de las fases que se forman. La circulación en contracorriente se logra introduciendo la fase menos densa por abajo y la más densa por arriba en una columna o torre.

Equipos de Extracción

Mezcladores-Sedimentadores

El principio de funcionamiento es el mismo, pero la configuración varía según el modo de operación:

  • Extracción discontinua: El mezclador y el sedimentador pueden ser la misma unidad equipada con agitación. Al finalizar la mezcla, la agitación cesa, las fases se separan por gravedad y se retiran secuencialmente por una salida inferior.
  • Extracción continua: El mezclador y el sedimentador son equipos distintos y operan de forma continua. El mezclador puede ser un tanque agitado o una bomba centrífuga, mientras que el sedimentador funciona por gravedad, a veces incorporando elementos internos como tamices para acelerar la coalescencia y separación de fases.

Si se requieren múltiples etapas para alcanzar la separación deseada, se emplean baterías o trenes de mezcladores-sedimentadores conectados en contracorriente.

Torres o Columnas de Extracción

Torres de Relleno

Son muy similares a las utilizadas en operaciones de absorción. Presentan la desventaja de que tienden a ensuciarse, lo que provoca una pérdida de eficacia con el tiempo.

Torres de Platos

Las columnas de extracción de platos más comunes son las de platos perforados.

Torres de Pulverización

Son torres muy habituales en procesos de extracción. Constan de una carcasa vacía (armazón) y sistemas para la introducción y dispersión de una fase líquida y la recogida de ambas fases en los extremos.

Torres de Placas

Incorporan placas deflectoras horizontales. El líquido pesado fluye sobre estas placas y cae sucesivamente de una a otra, contactando con la fase ligera que asciende.

Torres Agitadoras

Estas torres incorporan sistemas de agitación mecánica, como impulsores de turbina de hoja plana, discos rotatorios u otros diseños, para mejorar la dispersión y el contacto entre fases.

Torres Pulsadas

Estas torres no utilizan elementos mecánicos móviles internos para generar la agitación. En su lugar, la energía de mezcla se introduce mediante un movimiento pulsante (vaivén hidráulico) aplicado a todo el contenido de la columna, generado externamente por una bomba alternativa o un sistema similar. Pueden contener platos perforados o relleno. La pulsación mejora la eficiencia del contacto, reduce la canalización del flujo y puede permitir una menor altura de torre para una separación dada.

Extracción Sólido-Líquido (Lixiviación)

Lixiviación a Través de un Lecho Estacionario de Sólidos

El material sólido se dispone formando un lecho fijo dentro de un tanque, a menudo sobre un falso fondo perforado. El disolvente se hace percolar a través del lecho (por ejemplo, rociándolo por encima) hasta que se extrae una cantidad económicamente viable de soluto. Posteriormente, el sólido agotado se retira y el tanque se vacía para un nuevo ciclo.

Es común operar con una batería de tanques conectados en serie, con el flujo de disolvente en contracorriente respecto al avance de los tanques en el ciclo de carga/descarga del sólido. El sólido permanece estacionario dentro de cada tanque durante la extracción (conocido como Proceso Shanks).

Cuando se utilizan disolventes volátiles, se emplean recipientes cerrados que pueden operar bajo presión para minimizar las pérdidas por evaporación.

Lixiviación en Lecho Móvil

En estos sistemas, el sólido se mueve continuamente a través del equipo mientras contacta con el disolvente, generalmente en contracorriente. Existen varios diseños, destacando dos métodos principales para el transporte del sólido:

  • Cangilones perforados: El sólido se transporta en recipientes o cangilones con fondo perforado que permiten el paso del disolvente. Estos cangilones se mueven a través del equipo, a menudo descendiendo mientras el disolvente asciende. Un ejemplo es el extractor Bollman.
  • Transportador de tornillo: Se utiliza un transportador helicoidal (tornillo sin fin) para mover el sólido a través de una carcasa, a menudo con forma de U. El sólido y el disolvente suelen introducirse por extremos opuestos para lograr un flujo en contracorriente. Un ejemplo es el extractor Hildebrandt.

Lixiviación de Sólidos Dispersos

Este método se aplica a sólidos finos que, si se intentaran lixiviar en un lecho fijo, formarían una masa impermeable o difícil de percolar, ya sea por su naturaleza inicial o por cambios durante el proceso.

La extracción se logra manteniendo el sólido disperso en el disolvente mediante agitación mecánica vigorosa en un tanque o en un mezclador de flujo continuo.

La separación final del líquido (disolución rica en soluto) del sólido agotado (refinado) se realiza posteriormente por métodos como la sedimentación (decantación) o la filtración. Para sólidos muy finos que no sedimentan fácilmente por gravedad, se recurre a la centrifugación, que a menudo se implementa de forma continua.

Disgregación y Tamizado: Reducción de Tamaño de Sólidos

Equipos de Quebrantación y Trituración

Quebrantadores de Mandíbula

Consisten en dos placas de fundición, generalmente recubiertas de un material muy duro (acero al manganeso), denominadas mandíbulas. Una mandíbula es fija, mientras que la otra es móvil y describe un movimiento oscilante. El material a quebrantar es aprisionado entre ambas mandíbulas y reducido de tamaño principalmente por compresión. El grado de disgregación aumenta a medida que el material desciende hacia la boca de descarga, cuya apertura es ajustable.

Quebrantadores Giratorios

Constan de una carcasa fija, generalmente troncocónica o acampanada, dentro de la cual un cabezal de trituración de forma cónica realiza un movimiento excéntrico (giratorio y oscilante). Este movimiento somete a los trozos de material introducidos entre el cabezal y la carcasa a esfuerzos combinados de compresión y cizalladura. Las superficies de trabajo del cabezal y la carcasa suelen estar revestidas con materiales resistentes al desgaste y pueden tener resaltes o acanaladuras para mejorar la acción de rotura. La alimentación se realiza por la parte superior y la descarga del producto triturado por la inferior.

Quebrantadores de Martillos

Están constituidos por un rotor que gira a elevada velocidad dentro de una carcasa. Sobre el eje del rotor se montan una serie de martillos fabricados en acero duro. Los sólidos se alimentan por una tolva superior y, al entrar en la cámara de molienda, reciben el impacto violento de los martillos. Son proyectados contra las paredes de la carcasa (a menudo blindadas o con placas de impacto) donde sufren nuevos impactos y roturas.

Existen martillos de diversas formas y montajes:

  • Fijos: Adecuados para material granular y cuando se requiere un control más preciso del tamaño final.
  • Articulados (oscilantes): Son los más comunes. Pulverizan más eficazmente y tienen la ventaja de poder retraerse momentáneamente si encuentran un objeto intriturable, protegiendo el equipo.

Algunos inconvenientes pueden ser:

  • Desgaste relativamente rápido de los martillos y las placas de impacto.
  • Posibilidad de atascos en la parrilla de descarga (si existe) al procesar materiales húmedos o pegajosos.

Trituradores de Rodillos

Consisten típicamente en dos rodillos cilíndricos iguales, montados horizontalmente y en paralelo, que giran en sentidos opuestos (uno hacia el otro). El material se alimenta por la parte superior y es atrapado entre los rodillos, siendo reducido de tamaño principalmente por fuerzas de compresión. La separación entre los rodillos es ajustable, lo que permite controlar el tamaño máximo del producto triturado.

Existen variantes, como los molinos de un solo rodillo que gira contra una placa fija curva, o rodillos con superficies dentadas o acanaladas para manejar ciertos materiales.

Estos equipos se utilizan tanto para la quebrantación primaria o secundaria como para la trituración, dependiendo del tamaño de los rodillos, la velocidad y la separación. Son adecuados para la reducción de tamaño de materiales como carbón, yeso, sal, fosfatos, hielo y otros materiales relativamente blandos o friables.

Trituradores Rotatorios

Aunque el término puede ser ambiguo, a menudo se refiere a equipos que utilizan un elemento rotatorio dentro de una carcasa para lograr la trituración, pero con un mecanismo distinto al quebrantador giratorio (que tiene movimiento excéntrico). Podrían incluir variantes de molinos de martillos o equipos específicos donde la acción principal es la rotura por impacto o cizalla debido a elementos rotativos. Por ejemplo, algunos diseños para triturar sustancias frágiles como el hielo podrían caer en esta categoría, diferenciándose del movimiento de compresión predominante en los giratorios.

Equipos de Molienda

Molinos de Martillos

Operan bajo el mismo principio que los quebrantadores de martillos (impacto por martillos rotatorios), pero están diseñados para operar a velocidades más altas y/o con configuraciones (parrillas de salida más finas, diseño de la cámara) que permiten obtener un tamaño de partícula mucho más reducido, entrando en el rango de la molienda fina.

Molinos de Bolas

Consisten en un cilindro hueco, dispuesto generalmente en posición horizontal, que gira sobre su eje. En su interior se introduce el material a moler junto con una carga de cuerpos moledores (bolas), que suelen ser de acero, cerámica u otro material duro y resistente al desgaste, y más denso que el material a moler. La rotación del cilindro eleva la carga de bolas y material hasta una cierta altura, desde la cual caen en cascada o catarata. La reducción de tamaño se produce por una combinación de impacto (caída de las bolas), abrasión (rozamiento entre bolas, material y pared del molino) y cizalladura.

Molinos Ultrafinos (Micronizadores o Molinos de Chorro)

Estos molinos están diseñados para obtener partículas extremadamente finas, típicamente en el rango de 1 a 20 micras (micronización). Son comunes en industrias como la farmacéutica (para pomadas, colirios, inhaladores), pigmentos, y productos químicos finos. Un tipo común es el molino de chorro de fluido (jet mill). Su funcionamiento se basa en la aceleración de las partículas del material mediante chorros de aire comprimido o vapor a alta velocidad dentro de una cámara de molienda (a menudo toroidal o en forma de anillo). La reducción de tamaño se logra principalmente por el impacto interparticular (choque de partículas entre sí a alta velocidad) y, en menor medida, por el impacto contra las paredes de la cámara o blancos estratégicos. Un clasificador interno (a menudo basado en principios de ciclón) permite que solo las partículas suficientemente finas salgan del molino, mientras que las más gruesas recirculan para seguir moliendo.

Máquinas de Corte

Este tipo de equipos son específicos para la reducción de tamaño de materiales tenaces, fibrosos o elásticos, como madera, caucho, plásticos, papel o tejidos, donde los mecanismos de compresión, impacto o abrasión son poco efectivos. La fragmentación (no fermentación) se logra mediante una acción de corte o cizalladura. Funcionan generalmente con un rotor que incorpora múltiples cuchillas afiladas que giran a alta velocidad y pasan muy cerca de cuchillas fijas (estator). El mecanismo es similar al de una picadora de carne industrial, algunos tipos de molinillos de café o las astilladoras de madera.

Trituración y Molienda en el Laboratorio

A escala de laboratorio, además de versiones reducidas de equipos industriales como molinos de martillos, de bolas o de rodillos, es muy común el uso del mortero y mazo para la desintegración manual de pequeñas cantidades de sólidos. Su mecanismo de rotura combina el impacto (golpeo con el mazo) y la abrasión o cizalladura (frotamiento del mazo contra las paredes del mortero). Pueden estar fabricados en diversos materiales según la dureza y la reactividad del producto a moler, como porcelana, vidrio, hierro fundido, acero inoxidable o ágata (para materiales muy duros y para evitar contaminación).