Tratamiento del crud en extracción por solventes: causas y soluciones

Los programas de tratamiento del crud en extracción por solventes fracasan por una razón predecible: los equipos tratan el lodo e ignoran el origen. Una planta de SX de cobre que diagnostica correctamente el motor de su crud suele bajar las pérdidas de inventario orgánico de 1–2% por mes a menos de 0.5% (cifras ilustrativas, basadas en datos reportados por operadores). El crud —esa tercera fase estable que ensucia la interfaz— es un mensajero: aquí se explica cómo leerlo, corregirlo y evitar que vuelva.

Conclusiones clave

• El crud es un síntoma de la química o de la operación aguas arriba; nunca aparece sin una causa que se pueda encontrar.
• Dominan nueve causas raíz: sílice coloidal, hidróxidos, yeso, MnO2, arrastre de sólidos, degradación del reactivo, microorganismos, energía de mezcla y calidad del diluyente.
• Diagnostique antes de dosificar: muestree, caracterice los sólidos (XRD y distribución de tamaño), audite la química del orgánico y revise la clarificación y el mezclado.
• El tratamiento con arcilla, de 1–5% en peso del inventario orgánico (ilustrativo), limpia orgánico degradado pero no corrige un problema de origen.
• Las metas de prevención —PLS por debajo de ~10 mg/L de sólidos suspendidos y velocidad periférica controlada— superan cualquier campaña de tratamiento.

Qué es el crud y qué tipos existen

El crud es una emulsión o capa de sólidos de tercera fase estable que se acumula en la interfaz acuoso-orgánica de un mezclador-decantador, resiste la separación normal de fases y ensancha de forma progresiva la «balsa» entre las capas clarificadas. El nombre viene del inglés Chalk River Unidentified Deposit, acuñado en el reprocesamiento temprano de combustible nuclear, y se mantuvo porque el material es exactamente eso: un depósito no identificado cuya composición cambia de planta en planta y a veces de estanque en estanque dentro de la misma planta.

Es un compuesto sólido-orgánico, gelatinoso o granular, que se concentra en la interfaz porque lo mojan ambas fases: sólidos finos con la química superficial equivocada se adsorben en el límite de la gota, estabilizan la emulsión e impiden la coalescencia. También es una balsa flotante de sólidos empapados de orgánico que migra con la fase orgánica, contamina el orgánico cargado, deja al decantador sin interfaz clara y acaba llegando al refinado o a la nave de electrólisis como arrastre. Por lo tanto, el crud no es solo un problema de reactivo: es un problema de superficie de sólidos, de mezclado y de salud del orgánico que se manifiesta en la interfaz.

La separación de fases es la primera víctima: los tiempos de sedimentación se estiran, la interfaz se vuelve una banda difusa y los operadores compensan moviendo niveles y recortando producción.

Si puede clasificar el crud que tiene delante, ya ha reducido a la mitad el árbol de diagnóstico. Si no puede —si el material parece una mezcla de todo— suponga causa mixta y pase al diagnóstico completo de siete pasos. Esa balsa de causa mixta es además la situación más común en la práctica: espere más de un motor y priorice por el que pueda controlar primero.

Por qué se forma: nueve causas raíz

1. Sílice coloidal por lixiviación y disolución de cuarzo. En circuitos ácidos —sobre todo oxidación a presión o lixiviación ácida en caliente de minerales silíceos— el cuarzo y los silicatos se disuelven y reprecipitan como sílice coloidal reactiva: partículas lo bastante pequeñas para pasar la clarificación, con carga superficial que estabiliza emulsiones. El control empieza en la lixiviación, no en el estanque de SX.

2. Precipitados de hidróxido de hierro y aluminio. Se forman cuando el pH sube localmente: neutralización sobreencalada aguas arriba, estanques de regulación mal mezclados o la propia interfaz donde el ácido se agota. Los hidróxidos recién precipitados son estabilizadores de emulsión extremadamente eficaces; los compuestos tipo jarosita se comportan igual en circuitos de alto sulfato y alto hierro.

3. Yeso. El sulfato de calcio cristaliza cuando sulfato y calcio superan la saturación, a menudo agravado por agua de lavado recirculada o neutralización con caliza. Sus cristales son angulosos y densos y forman el clásico crud pesado que incrusta sensores de interfaz y sedimenta en el fondo de los estanques.

4. Dióxido de manganeso. El MnO2 precipita en circuitos con manganeso disuelto alto y oxidantes fuertes (o entrada de oxígeno), en particular donde se usa permanganato para controlar impurezas. Son sólidos coloidales, oscuros y muy persistentes en la interfaz.

5. Arrastre de sólidos finos de CCD o filtros. Cada mg/L de sólidos suspendidos que llega al contactador es crud potencial. El rebose de CCD y el filtrado de filtro prensa suelen llevar 20–100+ mg/L (ilustrativo) cuando el pulido se degrada.

6. Productos de degradación del extractante. Las oximas (clases LIX y Acorga) y el D2EHPA se degradan lentamente por hidrólisis y oxidación, generando especies de baja selectividad y fuerte comportamiento emulsionante. La degradación se acelera con temperatura alta, con cloro o nitratos presentes y con aireación excesiva.

7. Crecimiento microbiano. Diluyente tibio, trazas de nutrientes y zonas estancadas sostienen biopelículas en paredes, canaletas y zonas muertas de bombas; esas biopelículas se desprenden como sólidos mojados por orgánico y siembran emulsiones.

8. Energía de mezcla excesiva. La velocidad periférica y la potencia por volumen fijan la distribución de tamaño de gota. El exceso de mezcla crea microgotas con una superficie interfacial enorme, y cada una es un sitio de colisión para un sólido coloidal: la población de gotas, no solo los sólidos, decide si la capa de crud puede crecer.

9. Calidad del diluyente. El contenido aromático, las fracciones olefínicas y el diluyente envejecido u oxidado cambian la tensión interfacial y la susceptibilidad al crud. Cambiar de diluyente es a veces la cura más rápida disponible y a veces la causa del problema que empezó el mes pasado.

Diagnóstico en siete pasos

Saltar al tratamiento con arcilla sin diagnóstico es el error más caro de esta práctica: se limpia el inventario mientras la fuente sigue alimentando la interfaz. Siga estos pasos en orden:

1. Muestree el crud donde vive: tome muestras de interfaz en varios compartimentos del decantador, no solo en el primero; los gradientes de concentración indican dónde se genera y dónde se acumula. Registre ubicación, profundidad y aspecto de cada muestra.
2. Caracterice los sólidos: envíe sólidos secos a XRD para identificar fases cristalinas (yeso, MnO2, sílice, jarosita) y determine la distribución de tamaño. El material submicrónico apunta a sílice coloidal o hidróxidos; los cristales angulosos de 10–50 µm, a yeso o sólidos arrastrados. La fracción mojada por orgánico frente a la mojada por agua indica qué fase prefiere el crud.
3. Revise la química del orgánico: mida concentración de extractante, nivel de productos de degradación y tiempo de separación de fases en una muestra fresca, y compare con la línea base de reactivo nuevo. Un tiempo de separación que se ha duplicado respecto a la base (disparador ilustrativo) señala degradación o contaminación independiente de los sólidos.
4. Revise la clarificación aguas arriba: mida sólidos suspendidos en PLS y en licor de lavado. Si la alimentación supera la meta, ningún tratamiento en SX alcanzará: el crud se fabrica aguas arriba más rápido de lo que se espuma.
5. Revise la intensidad de mezcla: calcule velocidad periférica y potencia por unidad de volumen de cada mezclador y compárelas con el diseño y con las etapas más afectadas. Un patrón concentrado en una o dos etapas apunta a un problema local; un crud uniforme apunta a la química de la alimentación.
6. Revise la continuidad de fase: determine si cada etapa opera con fase orgánica o acuosa continua, y si fue diseñada así. Una inversión accidental de fase —por deriva de la relación O/A o fallos de control de nivel— cambia drásticamente el arrastre y el comportamiento del crud.
7. Ejecute ensayos de jarra y sedimentación: en laboratorio, contacte PLS con su orgánico en condiciones de planta y varíe prefiltración de alimentación, pretratamiento del orgánico (arcilla, lavado ácido), tiempo e intensidad de mezcla y temperatura. Una matriz pequeña reproduce el mecanismo en una tarde y ordena las soluciones antes de gastar en tratamiento a escala de inventario.

El resultado de este procedimiento es una hipótesis causal con evidencia —«sílice coloidal de la lixiviación, agravada por exceso de mezcla en la etapa 3»—, no solo un balde de lodo. Toda decisión de tratamiento posterior depende de esa frase.

Métodos de tratamiento: qué funciona y cuándo

Tratamiento con arcilla: es el reinicio químico más usado. El contacto del inventario orgánico con arcilla activada —bentonita o attapulgita— adsorbe productos de degradación, finos y contaminantes tensoactivos. La dosificación típica es de 1–5% en peso del inventario tratado (ilustrativo; confírmela siempre en banco), con 2–3% como punto de partida habitual. La arcilla se contacta en un estanque dedicado o en el de orgánico reextraído, se deja sedimentar y el orgánico clarificado se decanta. Es la herramienta de referencia para crud tipo gel por degradación, pero es un botón de reinicio, no una cura: si la fuente de degradación o de sólidos sigue ahí, el orgánico se vuelve a ensuciar en semanas.

Lavado ácido: contactar orgánico cargado o reextraído con ácido diluido retira impurezas metálicas adsorbidas y algunas especies tensoactivas, y puede redispersar o disolver ciertos crud de hidróxidos y carbonatos. Es barato y usa las etapas de lavado existentes, pero es débil frente a sílice y yeso.

Separación por centrífuga: las centrífugas de decantador o de discos aplican de cientos a miles de g a la suspensión de crud y la dividen en orgánico recuperado, fase acuosa y una torta compacta de sólidos. Es la opción de mayor recuperación para inventario valioso y maneja bien el crud gel, a cambio de capital y mantenimiento intensivos.

Filtro prensa de la suspensión de crud: el prensado en filtro de placas o de membrana con precapa adecuada (tierra de diatomeas es lo habitual) recupera el orgánico ocluido como filtrado y produce una torta más seca para disposición. Es la opción de baja tecnología estándar cuando los volúmenes son moderados.

Coagulantes y floculantes: dosificar la alimentación acuosa (o la zona interfacial) aglomera los sólidos coloidales para que sedimenten o se puedan filtrar, atacando la fracción de sílice coloidal e hidróxidos que la clarificación no retiene. La selección es específica de cada química y debe verificarse con ensayos de jarra, porque el polímero equivocado puede estabilizar la emulsión.

Recuperación y lavado del orgánico: sea cual sea el tratamiento, el orgánico recuperado debe lavarse (ácido y/o arcilla) y caracterizarse contra la línea base de reactivo nuevo antes de reincorporarlo. Omitir este paso convierte un evento de crud en un problema crónico de calidad del orgánico.

Una planta bien operada usa la mayoría de estas herramientas en distintos momentos. Lo que separa a una planta controlada de una con crud es que la controlada sabe qué herramienta atiende qué causa, y verifica cada campaña con una caracterización del orgánico antes y después.

Cómo prevenir el retorno y cuánto cuesta el crud

La prevención es más barata que cualquier tratamiento y vive casi por completo aguas arriba del contactador:

• Metas de clarificación del PLS: mantenga los sólidos suspendidos en la alimentación de SX por debajo de ~10–20 mg/L (meta ilustrativa; muchas operaciones trabajan bajo 10 mg/L). Mida a diario, no mensualmente, y trate una excursión de sólidos como incidente de SX antes de que aparezca el crud.
• Control de sílice en lixiviación: controle temperatura, fuerza ácida y tiempo de residencia para limitar la disolución de cuarzo y la polimerización; donde haga falta, use dispersantes de sílice o clarificación por etapas. Es el control de mayor apalancamiento para el crud por sílice.
• Disciplina de mezcla: opere dentro de los rangos de velocidad periférica de diseño (una banda ilustrativa común en mezcladores de SX es 1.5–2.5 m/s) y resista la tentación de resolver faltantes de transferencia de masa con agitación bruta: el crud que genera cuesta más que la extracción que gana.
• Control de O/A y de nivel: mantenga cada etapa en su modo de continuidad de fase diseñado; la deriva de O/A invierte la continuidad y crea las zonas de interfaz estancada donde se consolida el crud.
• Calidad del diluyente: especifique y reciba con ensayo; almacene protegido de oxidación y agua; nunca reponga inventario con orgánico sin caracterizar.
• Orden y limpieza: limpie canaletas, zonas muertas y techos de estanques con calendario. El crud microbiano y las balsas consolidadas nacen donde nadie mira.

El costo del crud aterriza en cuatro lugares, todos cuantificables en su sitio (cifras ilustrativas para una operación mediana de SX-EW de cobre):

• Pérdida de inventario orgánico: las plantas mal controladas reportan pérdidas de 0.5–2% del inventario por mes (ilustrativo). Con cientos de metros cúbicos de orgánico, incluso el extremo bajo es un sangrado continuo e invisible de reactivo caro hacia la torta de crud, los flujos de disposición y el refinado.
• Arrastre de orgánico en el refinado: las emulsiones estabilizadas por crud elevan el orgánico en refinado por encima de la clase de metas de menos de 50 ppm que logran los buenos decantadores.
• Arrastre acuoso e impacto en electrólisis: el arrastre de fase acuosa en el orgánico lleva cloruro, manganeso y finos hacia la electrólisis, donde atacan la banda de eficiencia de corriente de aproximadamente 90–95% (típica de un circuito limpio) y degradan la calidad del cátodo. Además, el cobre ligado al crud nunca llega al orgánico cargado: una pérdida directa de recuperación de décimas de punto porcentual.
• Mano de obra, disposición y producción diferida: campañas de espumado y centrifugado, disposición de arcilla gastada y la producción cedida cuando los decantadores están medio atascados por la balsa. Suele ser el rubro más pequeño, pero el más visible.

Multiplique su tasa de reposición de orgánico y sus análisis de orgánico en refinado por estas bandas y la mayoría de las plantas con crud encontrará que el costo anual justifica tanto una campaña de diagnóstico como los controles preventivos.

Preguntas frecuentes

¿Qué dosis de arcilla debo usar para tratar el crud?

En la práctica habitual la dosificación es de 1–5% en peso del inventario orgánico tratado (ilustrativo), con 2–3% como punto de partida frecuente. Haga primero ensayos de banco: contacte su orgánico reextraído real con arcilla en tres dosis, mida el tiempo de separación de fases y la formación de crud interfacial, y elija la dosis más baja que restaure el desempeño basal. Sobredosificar desperdicia dinero y puede dejar finos en el orgánico.

¿El crud significa que mi extractante está degradado?

No necesariamente, pero la degradación es una de las nueve causas raíz y hay que descartarla. Compare el tiempo de separación de fases y el ensayo de extractante de su orgánico en operación contra una línea base fresca: un tiempo de separación duplicado (disparador ilustrativo) o una caída significativa del extractante activo indican contribución de productos de degradación. El crud por degradación responde bien a la arcilla, pero vuelve si no se corrige la fuente: temperatura, oxidantes o entrada de aire.

¿Qué nivel de sólidos suspendidos debe alcanzar el PLS antes del SX?

Apunte a menos de ~10–20 mg/L de sólidos suspendidos en la alimentación de SX (meta ilustrativa; muchas operaciones de alto desempeño se mantienen bajo 10 mg/L). Por encima de esa banda, la carga de sólidos escala de forma aproximadamente lineal con la tasa de formación de crud en circuitos susceptibles. Si su tren de clarificación no alcanza la meta, corrija el clarificador, el espesador o el filtro: cada tratamiento en el lado de SX que financie está pagando un problema de calidad de alimentación que ya pagó una vez.

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