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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
![Volantes agosto[1]](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/55c134d4bb61eb6c3e8b46c5/volantes-agosto1.jpg?t=1652854873)
