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ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS - TULO+I... · PDF fileLa recuperación de metales valiosos de las cenizas volantes procedentes de la central térmica de ELCOGAS en Puertollano comenzó

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  • CAPTULO I: ANTECEDENTES

    Y FUNDAMENTOS

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-1

    1. INTRODUCCIN

    1.1. Antecedentes

    La recuperacin de metales valiosos de las cenizas volantes procedentes de la central

    trmica de ELCOGAS en Puertollano comenz con un proyecto internacional llamado

    HIVALUE (2002-2005). En dicho proyecto se llegaron a una serie de conclusiones que

    se resumen a continuacin:

    La ceniza volante de esta central contena niveles anormalmente altos de

    algunos metales valiosos de gran inters comercial como son el germanio,

    galio, nquel, vanadio o silicio.

    De todos los metales, el germanio y el galio contenidos en la ceniza volante

    aparecen mayoritariamente formando parte de compuestos solubles en agua.

    Se obtuvieron extracciones altas de germanio y galio mediante la lixiviacin de

    las cenizas con agua.

    El fruto de estos resultados fue el diseo, construccin y puesta en marcha de una

    planta piloto en los laboratorios del Departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental

    de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla, que comprenda la lixiviacin de las

    cenizas volantes con agua a temperatura ambiente, y la posterior recuperacin del

    germanio en solucin mediante un proceso de extraccin con solventes.

    Posterior al proyecto HIVALUE surgi el proyecto Ge WEP (War Eagle Project), cuya

    finalidad fue la de desarrollar un proceso de obtencin de germanio a escala industrial.

    En dicho proyecto, se llevaron a cabo estudios de lixiviacin y extraccin tanto a

    escala de laboratorio como a escala de planta piloto, con el propsito de hallar el

    agente lixiviante ms efectivo y las condiciones ms ptimas para la obtencin del

    germanio.

    Tras dichos proyectos, son muchos los estudios llevados a cabo por el Departamento

    de Ingeniera Qumica y Ambiental acerca de la extraccin de germanio. Entre ellos se

    encuentra el presente proyecto, que surge con la idea de hacer una comparativa entre

    las tcnicas de extraccin usadas en los estudios anteriores y la que se emplear en el

    presente trabajo.

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-2

    1.2. Objetivos

    El objetivo general de este proyecto es el diseo y la puesta en marcha de una

    instalacin con membranas de fibras huecas para la extraccin del germanio presente

    en las cenizas volantes de la central trmica de ELCOGAS en Puertollano.

    Otro objetivo, es realizar una comparativa entre los resultados conseguidos de la

    extraccin de germanio mediante el uso de contactores de membranas y los obtenidos

    mediante la extraccin por va hidrometalrgica. Este objetivo, adems, permite

    analizar la viabilidad de este tipo de instalaciones para esta aplicacin determinada.

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-3

    2. RECUPERACIN DE GERMANIO A PARTIR DE CENIZAS VOLANTES DE

    UNA CENTRAL TRMICA GICC

    Como ya se ha mencionado con anterioridad, son muchos los estudios realizados por

    parte del departamento de Ingeniera Qumica y Ambiental sobre la recuperacin del

    germanio presente en las cenizas volantes de la central trmica de Puertollano. Luego,

    resulta un poco redundante incidir en aspectos como la tecnologa de la central

    trmica, las caractersticas del germanio o de las cenizas volantes, entre otros, ya que

    todos estos se pueden encontrar en cualquiera de dichos estudios.

    En este apartado, se ha optado por recoger, a modo de resumen, el procedimiento de

    recuperacin de germanio enfocado desde el punto de vista de la hidrometalurgia, ya

    que en este proyecto se ha realizado dicho procedimiento, partiendo de las

    condiciones ptimas obtenidas en estudios anteriores.

    2.1. Recuperacin del germanio por va hidrometalrgica

    El procedimiento de recuperacin de germanio por va hidrometalrgica se caracteriza

    por una etapa de extraccin, en la que se extrae el Ge de la ceniza mediante

    lixiviacin, y una etapa de concentracin y separacin, en la que se separa y

    concentra el Ge del resto de elementos presentes en la disolucin.

    2.2. Caracterizacin de las cenizas volantes

    A continuacin, se muestra una caracterizacin de la ceniza volante de la central

    trmica de GICC (Arroyo, 2007).

    Elemento (*) FA 12.5

    (mg/Kg ceniza)

    As 602

    B 106

    Cd 19

    Co 32

    Cr 120

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-4

    Ge 238

    Ga 300

    Mn 302

    Mo 77

    Ni 970

    Pb 3117

    Sb 451

    Sn 64

    V 3196

    Zn 6308

    2.3. Lixiviacin

    Esta operacin se caracteriza porque un componente (soluto) de una sustancia slida

    es transferido a un lquido (solvente). La lixiviacin del germanio contenido en las

    cenizas volantes constituye la primera etapa del proceso.

    A la hora de llevar a cabo la lixiviacin, uno de los objetivos principales es extraer la

    mxima cantidad posible de germanio. Para conseguir esto, hay que elegir el solvente

    adecuado teniendo en cuenta que algunos compuestos del germanio son solubles en

    agua, en cido, e incluso en soluciones bsicas.

    Por otro lado, existen una serie de aspectos que afectan a la velocidad de extraccin:

    Temperatura. La solubilidad es mayor al aumentar la temperatura. Esta

    temperatura estar limitada por el punto de ebullicin del solvente, el punto de

    Tabla I-1. Caracterizacin de las cenizas volantes procedentes de la planta de GICC de

    Puertollano. (Arroyo, 2007)

    (*) Se recogen nicamente aquellos elementos que puedan comportarse como interferencias en la

    lixiviacin para la obtencin de germanio.

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-5

    degradacin del producto o del solvente, la solubilidad de las impurezas, la

    economa o el uso posterior para el que se destinen los productos.

    El lquido solvente extractor, que debe ser selectivo y de baja viscosidad para

    facilitar su flujo a travs del slido. Tambin debe ser poco voltil para evitar

    prdidas.

    Tamao de partculas. Al disminuir el tamao de partcula aumenta el rea de

    contacto y disminuye el tiempo necesario para la extraccin, sobre todo para

    slidos con baja porosidad. Para aumentar la velocidad de extraccin, se tiene

    que ofrecer al disolvente superficies de intercambio grandes y recorridos de

    difusin cortos. Esto se puede lograr triturando la sustancia slida a extraer.

    Sin embargo, un tamao demasiado pequeo de las partculas slidas puede

    provocar el apelmazamiento de las mismas, dificultando el paso del solvente y

    aumentando la resistencia al paso del fluido. Las cenizas volante tratadas

    poseen una granulometra muy fina, del orden de micras, con lo que el tamao

    no es una de las variables sobre la que se deba actuar.

    Porosidad. Al aumentar la porosidad aumenta el rea activa para la extraccin,

    facilitando la penetracin del solvente a travs de los canales formados por los

    poros del slido.

    Agitacin. Si la extraccin ocurre con agitacin disminuye la pelcula de fluido

    que cubre la superficie del slido en reposo, aumentando la difusin y, por

    tanto, la extraccin.

    Tambin afectan a la extraccin el contenido de impurezas del slido a tratar.

    En el estudio sobre la recuperacin de germanio (Arroyo, 2007), se determin como

    agente lixiviante una solucin de cido oxlico, puesto que los resultados obtenidos de

    los ensayos demostraron una mayor eficiencia en la separacin del germanio sin

    afectar, en gran medida, a las propiedades fsico-qumicas de las cenizas. Igualmente

    se determin que la concentracin ms eficiente es de 0,01-0,016 M.

    Por otro lado, los valores ms ptimos de operacin que se determinaron en la etapa

    de lixiviacin fueron los siguientes: una temperatura de 50C, un tiempo de lixiviacin

    de dos horas, una relacin lquido/slido de cinco y una agitacin de 10 Hz.

  • ANTECEDENTES Y FUNDAMENTOS

    I-6

    2.4. Extraccin lquido-lquido

    Una vez que el germanio ha sido extrado de la ceniza volante y se encuentra en

    solucin, surge el problema de la recuperacin del mismo, es decir, cmo separar el

    germanio del resto de los elementos presentes en el lixiviado. Para ello se recurre a la

    extraccin con solventes.

    Este mtodo permite transferir selectiva y eficazmente ciertas especies inicas

    presentes en una disolucin acuosa que contiene el metal de inters, a menudo en

    una baja concentracin y acompaado de un nmero ms o menos grande de

    impurezas, a una fase orgnica que contiene un reactivo de la misma naturaleza. El

    metal reacciona con este reactivo, para formar un compuesto qumico que es ms

    soluble en la fase orgnica y que se queda preferentemente en sta. Posteriormente,

    la solucin orgnica se mezcla con otra fase acuosa que destruye el compuesto

    qumico formado por el metal y el reactivo, con lo que el metal se recupera en la nueva

    fase de forma bastante pura y con una concentracin ms elevada (Arroyo, 2007).

    En el estudio sobre la recuperacin de germanio (Arroyo, 2007), se emple

    trioctilamina (TOA) y ter de petrleo como fase orgnica y catecol como agente

    complejante del Ge contenido en el lixiviado.

    Por ltimo, una vez que el germanio pase como complejo a la fase orgnica se realiza

    un stripping con un agente re-extractante para obtener finalmente una solucin acuosa

    concentrada en germanio. El proceso es similar a otros procesos de extraccin con

    solventes utilizados en hidrometalurgia. En la siguiente ilustracin se pue