Extracción de iones metálicos con extractantes encapsulados con Quitosano

Abstract

La gran demanda y el alto valor comercial del oro ha motivado el desarrollo de procesos para su recuperación a partir de fuentes secundarias tales como materiales de desecho, incluyendo catalizadores gastados, equipos electrónicos y eléctricos, de las llamadas minas urbanas. La recuperación del oro de minas urbanas puede proceder a través de una lixiviación ácida (generalmente con ácido nítrico y ácido clorhídrico), produciendo soluciones ácidas con metales preciosos, así como otros metales base a bajas concentraciones. Para llevar a cabo la recuperación y refinación de los metales de interés se requiere de procesos de separación capaces de extraerlos de manera eficiente y selectiva a partir de las soluciones acuosas ácidas generadas durante el tratamiento de lixiviación de los materiales de desecho. Entre las nuevas tecnologías propuestas para tal fin, se encuentra la encapsulación de extractantes con un recubrimiento natural o sintético. Este método combina las ventajas de las resinas de intercambio iónico (útiles en procesos de los cuales se obtienen licores diluidos), con la especificidad de los extractantes comúnmente empleados en extracción líquido-líquido. El Cyphos IL 101 (cloruro de trihexil(tetradecil)fosfonio), es un líquido iónico térmicamente estable, líquido a temperatura ambiente, no volátil, no flamable y que ha mostrado buenas propiedades de extracción selectiva hacia algunos metales; está compuesto por un catión tetraalquilfosfonio (L^+) y el anión ({Cl}^-). El oro es un metal que tiene una alta afinidad por los iones cloruro, formando clorocomplejos como {AuCl}_4^-. La formación de clorocomplejos aniónicos bajo ciertas condiciones de acidez, permite la extracción de esta especie con el Cyphos IL 101, a través de un mecanismo de intercambio iónico. El extractante fue encapsulado formado microcáspsulas tipo matriz utilizando quitosano reticulado como fase dispersante. Por lo anterior, en este trabajo se presentan los resultados obtenidos en el estudio de la recuperación de Au(III) a partir de soluciones de HCl 1 M, utilizando Cyphos IL 101 encapsulado con quitosano reticulado con diferentes tipos de agentes reticulantes. Para la fabricaron de las microcápsulas se utilizaron diferentes condiciones experimentales dando lugar a quince series de materiales (MC1-MC15). Se estudiaron los siguientes parámetros: concentración de Cyphos IL 101 (0-30%), tiempo de reticulación (20 min, 6 h y 24 h) y Tipo de agente reticulante (tripolifosfato de sodio: MC1-MC6; glutaraldehído: MC7-MC11; y epiclorhidrina: MC12-MC15). Posteriormente, a los lotes fabricados se les hizo un estudio de microscopía óptica, análisis MEB y una evaluación de las propiedades mecánicas; los materiales fabricados que mostraron tener una resistencia mecánica adecuada fueron utilizados para realizar los estudios termodinámicos y cinéticos de la extracción de Au(III) de soluciones acuosas de HCl 1 M. Las microcápsulas reticuladas con tripolifosfato de sodio extraen Au(III) mediante un mecanismo de intercambio iónico por el líquido iónico. La capacidad de adsorción se incrementa con la concentración del extractante, obteniendo valores de 72.0{\ mg\ Au\ g}^{-1} para microcápsulas con 10% de extactante. Sin embargo, la concentración de extractante no afecta significativamente la velocidad de extracción. Por otra parte, el tiempo de reticulación no afecta la capacidad, ni la velocidad de extracción. Los materiales reticulados con glutaraldehído mostraron tener una mayor capacidad de extracción cuando no contienen el extractante, obteniendo valores de 27.9 mg\ Au\ g^{-1}, mientras que para las microcápsulas con 5 y 10 % de extractante, se obtuvieron capacidades máximas de 24.1 y 21.2 mg\ Au\ g^{-1}, respectivamente; esto debido a que la extracción de Au(III) no se lleva a cabo por el Cyphos IL 101, si no que se extrae por un mecanismo de reducción por el glutaraldehído residual que queda atrapado en el quitosano durante el proceso de reticulación. El análisis MEB confirmó el mecanismo de extracción al mostrar una acumulación de partículas metálicas de oro sobre la superficie de las microcápsulas; la capacidad de extracción es mayor para microcápsulas con un mayor tiempo de reticulación, pero estas tienen una menor velocidad y menores coeficientes de difusión intraparticular que los materiales con menores tiempos de reticulación. Las microcápsulas reticulados con epiclorhidrina muestran que es un buen reticulante, obteniendo materiales resistentes, pero este tipo de reticulación inhibe la sorción del Au(III), obteniendo valores de apenas de 0.1 mg\ Au\ g^{-1}, volviéndolo un material poco eficiente para la extracción de Au(III). Globalmente, los mejores resultados se obtuvieron con las microcápsulas con 10% de Cyphos IL 101, encapsulado con quitosano reticulado con TPP, durante 20 min.