Ionic liquids in the extractive industry
Palabras clave: Extracción por Solventes, Líquidos Iónicos.
Keywords: Solvent extraction, Ionic liquids.
La industria extractiva es una actividad económica que siempre ha estado presente en el proceso histórico de México, específicamente en el estado de Hidalgo. Es por todos conocido que se cuenta con una rica tradición minera ya que sus minas de plata fueron descubiertas y han sido explotadas desde mediados del siglo XIV en los distritos mineros de Pachuca-Real del Monte, los cuales son unos de los productores más antiguos de México, en cuanto a este metal se refiere. Este distrito se localiza en una provincia metalogenética denominada eje Neovolcánico Mexicano; encontrándose depósitos polimetálicos de plata, plomo, zinc, cobre y oro[1]. De igual forma es sabido que la minería (figura 1) es una actividad económica que depende de la extracción de recursos no renovables y finitos, trayendo como consecuencia el agotamiento y disminución rápida en las reservas de minerales metálicos y no metálicos, por lo cual surge la necesidad de explotar minerales complejos de bajo grado así como también, recuperar y/o concentrar valores metálicos contenidos en drenajes ácidos de mina, soluciones residuales de procesos metalúrgicos, efluentes o residuos industriales, razón por la cual, el tratamiento adecuado de dichos efluentes se hace necesario no sólo por beneficios económicos que supone la recuperación de los mismos, sino también implica aspectos medioambientales ya que en éstos se encuentran trazas de diversos metales pesados que contaminan en gran medida aguas subterráneas y superficiales, dada su concentración y toxicidad; por lo tanto, su recuperación es importante (figura 2). Algunos de los métodos actualmente utilizados para remover los metales de dichos efluentes son: intercambio iónico, precipitación química, biolixiviación y extracción por solventes o extracción líquido-líquido, con o sin el uso de membranas líquidas soportadas o emulsionadas[2], los cuales son métodos viables para su tratamiento. Dentro de los antes mencionados, la extracción por solventes es el más empleado ya que permite la extracción, separación y recuperación de los iones metálicos obteniendo altos rendimientos.
Figura 1. La minería es una actividad económica importante de mucha tradición. Fuente: [3]
Figura 2. Contaminación con iones metálicos contenidos en drenajes ácidos de mina. Fuente: [4]
La extracción por solventes (ES) (figura 3), es una técnica de separación bien establecida la cual es empleada en varios sectores industriales, incluyendo la hidrometalurgia, la industria nuclear, la petroquímica, la industria alimentaria, farmacéutica, etc.[5]. La extracción con solventes en hidrometalurgia comenzó en 1942 con el proyecto Manhattan donde se empleó éter como solvente en la recuperación y purificación de uranio[6]. Este método se puede definir como el proceso de transferencia de uno o varios solutos contenidos en una fase (generalmente acuosa) a otra fase inmiscible (fase orgánica), también conocida como solvente o extractante, con el fin de efectuar la separación, purificación y/o concentración de los solutos en cuestión[7]. La extracción por solventes es probablemente el método más eficiente de separación en elementos estrechamente ligados los cuales son apropiados para manejarlos a una escala comercial. La clave para una extracción exitosa radica en la naturaleza de la fase orgánica, la cual debe cumplir con las siguientes propiedades generales: alta selectividad, alta capacidad de carga, rápida separación de fases (figura 4), extracción rápida del soluto deseado, baja solubilidad en las fases acuosas, buena estabilidad química, baja toxicidad y, por último, un costo razonable[8].
Figura 3. Planta de extracción por solventes. Fuente: [9]
Figura 4. Una característica importante en la ES, es la rápida separación de las fases. Fuente: [10]
Desafortunadamente este proceso presenta varios inconvenientes que limitan su uso entre los cuales se tiene, baja selectividad, gran cantidad de orgánico (solvente) que se pierde al ser separado de la fase acuosa y principalmente su volatilidad, provocando la pérdida del solvente a la atmósfera debido a su elevada presión de vapor, lo cual origina no sólo grandes gastos, sino una contaminación ambiental a gran escala[11]. Es por estas razones que además de las investigaciones para lograr una recuperación y/o separación efectiva de iones metálicos, se busque reducir o eliminar el empleo o generación de sustancias que contaminen el medio ambiente, por lo que se ha hecho necesaria la sustitución de los solventes orgánicos volátiles empleados convencionalmente. Con el desarrollo de la química verde se presenta la solución a tales inconvenientes mediante la síntesis y uso de los llamados “líquidos iónicos o solventes verdes”, los cuales en los últimos años han sido considerados buenos candidatos para ser empleados como solventes debido a su baja toxicidad y casi nulo impacto medioambiental[12]. Ecológicamente hablando, la aplicación de los líquidos iónicos como solventes en la industria extractiva promete grandes posibilidades de recuperación de valores metálicos[13].
Es sabido que el punto de fusión de las sales es elevado, por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) se funde a 801°C. Sin embargo, existe una clase de sales o mezclas de sales con puntos de fusión por debajo de 100°C, los cuales son llamados líquidos iónicos (LI’s)[14]. Los líquidos iónicos son compuestos formados por especies iónicas, en las que el anión puede tener origen tanto orgánico, como inorgánico, contrario al catión que es de naturaleza orgánica, por otra parte se pueden calificar de "disolventes de diseño", ya que variando las características de los iones participantes se pueden fabricar billones de combinaciones diferentes con propiedades adecuadas para una aplicación específica, estos compuestos muestran propiedades únicas tales como, una amplia gama de temperaturas en fase líquida, ausencia de presión de vapor y alta solubilidad de una gran variedad de compuestos. Actualmente son empleados en muchos campos, por ejemplo, como disolventes para separaciones, polimerizaciones, electrolitos en fuentes químicas de energía, plastificantes, bactericidas, fungicidas o agentes antiestáticos. Los líquidos iónicos se han utilizado ampliamente como disolventes en reacciones orgánicas, sin embargo, recientemente han sido utilizados en la separación de iones metálicos[15]; como es el caso de los líquidos iónicos base imidazolio, amonio y fosfonio estudiados en sistemas de extracción obteniéndose buenos resultados.
Por las razones anteriormente mencionadas se puede destacar el enorme potencial que tienen los líquidos iónicos como agentes de extracción en procesos "verdes". En este sentido, actualmente en el Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales del Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo se estudia la eficiencia de líquidos iónicos base fosfonio en la extracción selectiva de iones metálicos de Zn(II) y Fe(III), los cuales se encuentran concentrados en ácidos de la industria minera así como también, en soluciones provenientes de industrias del galvanizado dando solución a uno de los grandes problemas que representa la separación de estos iones metálicos cuando se encuentran en el mismo efluente. El estudio y aplicación de los líquidos iónicos en la recuperación de metales augura un gran panorama de investigación.
[1]Saavedra, S.E., Sánchez, S.M. 2008. Minería y espacio en el distrito minero Pachuca-Real del Monte en el siglo XIX. Investigaciones Geográficas, Boletín del Instituto de Geografía, UNAM 65: 82-101.
[2]De Gyves, J., Rodrıguez de San Miguel, E. 1999. Separaciones de iones metálicos empleando membranas líquidas soportadas. Industria & Ingeniería de Investigación Química 38: 2182-2202.
[3]http://www.nuevamineria.com/revista/wp-content/uploads/2012/10/miner%C3%ADa-mexico.jpg
[4]http://www.nuevamineria.com/revista/wp-content/uploads/2012/10/miner%C3%ADa-mexico.jpg
[5]Cote, G. 2000. Hidrometalurgia de metales estratégicos. Extracción por Solventes y el intercambio iónico, 18: 703-727.
[6]Flett, S.D. 2005. La extracción por solvente en hidrometalurgia: el papel de extractantes organofosforados. Revista de Química Organometálica, 690: 2426–2438.
[7]Valcárcel, M., Silva, M. 1984. Teoría y práctica de la extracción líquido-líquido. Vertix.
[8]Cote, G., Bauer., D. 1998. Complejos metálicos con ligandos organotiofosforados y fenómenos de extración.Complejos con ligandos organotiofosforados, 10: 121-140.
[10]http://es.extraccionporsolventes.wikia.com/
[11]Regel-Rosocka, M., Wisniewski, M. 2011. Eliminación selectiva de Zinc (II) a partir de soluciones de decapado gastado en presencia de iones de hierro con el líquido iónico fosfonio Cyphos IL 101. Hidrometalurgia, 110: 85–90.
[12]Guo-Cai, T., Jian, L., Yi-Xin, H. 2010. La aplicación de líquidos iónicos en hidrometalurgia de metales no ferrosos. Transacciones de la Sociedad de Metales no Ferrosos, 20: 513-520.
[13]Hernández, L., Hernández, L.E., Legorreta, F. 2012. Empleo del líquido iónico Cyphos IL 109 en la extracción de Zn(II) en medio ácido. XXI Congreso Internacional de Metalurgia, 646-655.
[14]Han, X., Armstrong, D. 2007. Líquidos iónicos en separaciones. Cuentas de Investigación Química, 40: 1079–1086.
[15]Kazunori, N., Fukiko, K., Tatsuo, M., Masahiro, G. 2003. Líquidos iónicos como nuevos disolventes para la extracción de lantánidos. Ciencias Analíticas, 19: 1097-1098.
[a]Profesora Investigadora del Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales
[b]Estudiante Doctorado en Ciencias de los Materiales
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