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La lixiviación es el proceso en el que un soluto se desprende o se extrae de su sustancia portadora mediante un disolvente . [1]

La lixiviación es un proceso natural que los científicos han adaptado para una variedad de aplicaciones con una variedad de métodos. Los métodos de extracción específicos dependen de las características solubles en relación con el material absorbente , como concentración, distribución, naturaleza y tamaño. [1] La lixiviación puede ocurrir naturalmente a partir de sustancias vegetales (inorgánicas y orgánicas), [2] [3] lixiviación de solutos en el suelo, [4] y en la descomposición de materiales orgánicos . [5] La lixiviación también se puede aplicar de manera afectada para mejorar la calidad del agua y la eliminación de contaminantes, [1] [6] así como para la eliminación de desechos peligrososproductos tales como cenizas volantes , [7] o elementos de tierras raras (REEs). [8] Comprender las características de la lixiviación es importante para prevenir o fomentar el proceso de lixiviación y prepararse para él en el caso de que sea inevitable. [2]

En una etapa ideal de equilibrio de lixiviación, todo el soluto es disuelto por el solvente, dejando inalterado el portador del soluto. [1] Sin embargo, el proceso de lixiviación no siempre es ideal, y puede ser bastante complejo de comprender y replicar, [6] ya menudo diferentes metodologías producirán resultados diferentes. [9]

Lixiviación que ocurre en una pared de cemento debido a eventos de meteorización natural.

Procesos de lixiviación [ editar ]

Hay muchos tipos de escenarios de lixiviación; por lo tanto, la extensión de este tema es enorme. [1] [3] [9] En general, sin embargo, las tres sustancias se pueden describir como:

  • un portador, sustancia A;
  • un soluto, sustancia B;
  • y un disolvente, sustancia C. [1] [8]

Las sustancias A y B son algo homogéneas en un sistema antes de la introducción de la sustancia C. [10] Al comienzo del proceso de lixiviación, la sustancia C funcionará para disolver la sustancia superficial B a una velocidad bastante alta. [1] La velocidad de disolución disminuirá sustancialmente una vez que necesite penetrar a través de los poros de la sustancia A para seguir apuntando a la sustancia B. [1] Esta penetración a menudo puede conducir a la disolución de la sustancia A, [1] o el producto de más de un soluto, [10] ambos insatisfactorios si se desea una lixiviación específica. Las propiedades fisicoquímicas y biológicas del portador y el soluto deben tenerse en cuenta al observar el proceso de lixiviación., y ciertas propiedades pueden ser más importantes dependiendo del material, el solvente y su disponibilidad. [9] Estas propiedades específicas pueden incluir, entre otras:

  • Tamaño de partícula [1]
  • Disolvente [1]
  • Temperatura [1]
  • Agitación [1]
  • Superficie [9]
  • Homogeneidad del portador y el soluto [9]
  • Actividad de microorganismos [9]
  • Mineralogía [10]
  • Productos intermedios [10]
  • Estructura cristalina [10]

El proceso general generalmente se divide y se resume en tres partes: [1]

  1. Disolución de soluto superficial por solvente
  2. Difusión del soluto interno a través de los poros del portador para llegar al solvente
  3. Transferencia de soluto disuelto fuera del sistema

Procesos de lixiviación de sustancias biológicas [ editar ]

Las sustancias biológicas pueden experimentar lixiviación por sí mismas, [2] así como también ser utilizadas para lixiviación como parte de la sustancia solvente para recuperar metales pesados . [6] Muchas plantas experimentan la lixiviación de fenólicos, carbohidratos y aminoácidos , y pueden experimentar hasta un 30% de pérdida de masa por lixiviación, [5] solo de fuentes de agua como lluvia , rocío , neblina y niebla . [2] Estas fuentes de agua se considerarían el solvente en el proceso de lixiviación y también pueden conducir a la lixiviación de nutrientes orgánicos de plantas comoazúcares libres , sustancias pécticas y alcoholes de azúcar . [2] Esto, a su vez, puede conducir a una mayor diversidad de especies de plantas que pueden experimentar un acceso más directo al agua. [2] Este tipo de lixiviación a menudo puede conducir a la eliminación de un componente indeseable del sólido mediante el agua; este proceso se denomina lavado. [11] Una de las principales preocupaciones de la lixiviación de plantas es si los pesticidas se lixivian y se transportan a través de la escorrentía de las aguas pluviales; [3] esto no solo es necesario para la salud de las plantas, sino que es importante controlarlo porque los plaguicidas pueden ser tóxicos para la salud humana y animal. [3]

La biolixiviación es un término que describe la eliminación de cationes metálicos de minerales insolubles mediante procesos biológicos de oxidación y complejación . [6] Este proceso se realiza en su mayor parte para extraer cobre , cobalto , níquel , zinc y uranio de sulfuros u óxidos insolubles . [6] Los procesos de biolixiviación también se pueden utilizar en la reutilización de cenizas volantes mediante la recuperación de aluminio utilizando ácido sulfúrico . [7]

Procesos de lixiviación de cenizas volantes [ editar ]

Las cenizas volantes de carbón son un producto que experimenta grandes cantidades de lixiviación durante la eliminación. [7] Aunque se fomenta la reutilización de cenizas volantes en otros materiales como hormigón y ladrillos, gran parte de ella en los Estados Unidos todavía se elimina en estanques, lagunas , vertederos y montones de escoria. [7] Todos estos sitios de eliminación contienen agua donde los efectos del lavado pueden causar la lixiviación de muchos elementos principales diferentes , según el tipo de cenizas volantes y la ubicación donde se originaron. [7] La lixiviación de cenizas volantes solo es preocupante si las cenizas volantes no se han eliminado correctamente, como en el caso de la planta de fósiles de Kingston en el condado de Roane., Tennessee. [12] La Tennessee Valley Autoridad Kingston Fossil Plant fallos estructurales conducen a la destrucción masiva en toda la zona y graves niveles de contaminación aguas abajo tanto río de Emory y el río del remache . [12]

Procesos de lixiviación en suelo [ editar ]

La lixiviación en el suelo depende en gran medida de las características del suelo, lo que dificulta los esfuerzos de modelado. [4] La mayor parte de la lixiviación proviene de la infiltración de agua, un efecto de lavado muy similar al descrito para el proceso de lixiviación de sustancias biológicas. [4] [11] La lixiviación se describe típicamente mediante modelos de transporte de solutos, como la Ley de Darcy , las expresiones de flujo másico y los conocimientos de difusión- dispersión. [4] La lixiviación está controlada en gran medida por la conductividad hidráulica del suelo, que depende del tamaño de las partículas y la densidad relativa.que el suelo se ha consolidado a través de estrés. [4] La difusión está controlada por otros factores como el tamaño de los poros y el esqueleto del suelo, la tortuosidad de la trayectoria del flujo y la distribución del solvente (agua) y los solutos. [4]

Mecanismos de lixiviación [ editar ]

Debido a la variedad de procesos de lixiviación, existen muchas variaciones en los datos que deben recopilarse mediante métodos de laboratorio y modelos, lo que dificulta la interpretación de los datos en sí. [10] No solo es importante el proceso de lixiviación especificado, sino también el enfoque de la experimentación en sí. Por ejemplo, el enfoque podría dirigirse hacia los mecanismos que causan la lixiviación, la mineralogía como grupo o individualmente, o el solvente que causa la lixiviación. [10] La mayoría de las pruebas se realizan evaluando la pérdida de masa debido a un reactivo , calor o simplemente lavándose con agua. [1] En la siguiente tabla se puede ver un resumen de varios procesos de lixiviación y sus respectivas pruebas de laboratorio:

Tabla 1: Pruebas de laboratorio para varios procesos de lixiviación
Proceso de lixiviaciónPruebas de laboratorio
Eliminación de lixiviados de residuosPrueba de lote o prueba de columna [9]
Lixiviación de plantasprueba t o prueba de permutación [5]
Movilización de cationes metálicosBiolixiviación [6]
Lixiviación de cenizas volantesEvaporación del estanque de eliminación [7]
Extracción celularFracciones de petróleo ligero, disolvente de tricloroetileno o disolvente de acetona / éter [1]
Lixiviación de sólidos gruesosPlanta de lotes [1]
Lixiviación de sólidos finosAgitación por agitador mecánico o aire comprimido [1]

Lixiviación respetuosa con el medio ambiente [ editar ]

Se ha realizado algún trabajo reciente para ver si los ácidos orgánicos se pueden usar para lixiviar litio y cobalto de baterías gastadas con cierto éxito. Los experimentos realizados con diferentes temperaturas y concentraciones de ácido málico muestran que las condiciones óptimas son 2,0 m / L de ácido orgánico a una temperatura de 90 ° C. [13] La reacción tuvo una eficiencia general superior al 90% sin subproductos dañinos.

4 LiCoO 2 (sólido) + 12 C 4 H 6 O 5 (líquido) → 4 LiC 4 H 5 O 5 (líquido) + 4 Co (C 4 H 6 O 5 ) 2 (líquido) + 6 H 2 O (líquido ) + O 2 (gas)

El mismo análisis con ácido cítrico mostró resultados similares con una temperatura y concentración óptimas de 90 ° C y una solución 1,5 molar de ácido cítrico. [14]

Ver también [ editar ]

  • Lixiviados
  • Lixiviación de tensioactivos
  • Sorción
  • Extracción
  • Meteorización química

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r Richardson, JF; Harker, JH; Backhurst, JR (2002), Richardson, JF; Harker, JH; Backhurst, JR (eds.), "CAPÍTULO 10 - Lixiviación" , Ingeniería química (Quinta edición) , Serie de ingeniería química, Butterworth-Heinemann, págs. 502–541, doi : 10.1016 / b978-0-08-049064-9.50021- 7 , ISBN 9780080490649
  2. ↑ a b c d e f Tukey, HB (1970). "La Lixiviación de Sustancias de Plantas". Revisión anual de fisiología vegetal . 21 (1): 305–324. doi : 10.1146 / annurev.pp.21.060170.001513 . ISSN 0066-4294 . 
  3. ^ a b c d Dubus, IG; Beulke, S .; Brown, CD (2002). "Calibración de modelos de lixiviación de plaguicidas: revisión crítica y orientación para la presentación de informes". Ciencia del manejo de plagas . 58 (8): 745–758. doi : 10.1002 / ps.526 . ISSN 1526-4998 . PMID 12192898 .  
  4. ^ a b c d e f Addiscott, TM; Wagenet, RJ (1985). "Conceptos de lixiviación de solutos en suelos: una revisión de enfoques de modelado". Revista de ciencia del suelo . 36 (3): 411–424. doi : 10.1111 / j.1365-2389.1985.tb00347.x . ISSN 1365-2389 . 
  5. ↑ a b c Bärlocher, Felix (2005), Graça, MAS; Bärlocher, Felix; Gessner, MO (eds.), "CAPÍTULO 5 - Lixiviación", Métodos para estudiar la descomposición de la hojarasca: una guía práctica , Springer Países Bajos, págs. 33–36, doi : 10.1007 / 1-4020-3466-0_5 , ISBN 9781402034664
  6. ^ a b c d e f Rohwerder, T .; Gehrke, T .; Kinzler, K .; Sand, W. (2003). "Revisión de biolixiviación parte A: avances en biolixiviación: fundamentos y mecanismos de oxidación de sulfuros metálicos bacterianos". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 63 (3): 239–248. doi : 10.1007 / s00253-003-1448-7 . ISSN 1432-0614 . PMID 14566432 . S2CID 25547087 .   
  7. ↑ a b c d e f Iyer, R. (2002). "La química de la superficie de la lixiviación de cenizas volantes de carbón". Revista de materiales peligrosos . 93 (3): 321–329. doi : 10.1016 / S0304-3894 (02) 00049-3 . ISSN 0304-3894 . PMID 12137992 .  
  8. ↑ a b Peelman, S .; Sun, ZHI; Sietsma, J .; Yang, Y. (2016), "CAPÍTULO 21 - Lixiviación de elementos de tierras raras : revisión de tecnologías pasadas y presentes" , Industria de tierras raras , Elsevier, págs. 319–334, doi : 10.1016 / b978-0-12-802328- 0.00021-8 , ISBN 9780128023280, consultado el 17 de octubre de 2019
  9. ^ a b c d e f g Perket, CL; Webster, WC (1981). "Revisión de la literatura sobre procedimientos de extracción y lixiviación de laboratorio por lotes". En Conway, R .; Malloy, B. (eds.). Pruebas de residuos sólidos peligrosos: Primera conferencia . Mecánica de fatiga y fractura . (West Conshohocken, PA: ASTM International 1981): ASTM. págs. 7–7–21. doi : 10.1520 / stp28826s . ISBN 978-0-8031-0795-3. ISSN  1040-3094 - vía en Pruebas de Residuos Sólidos Peligrosos: Primera Conferencia.Mantenimiento de CS1: ubicación ( enlace )
  10. ↑ a b c d e f g Prosser, AP (1996). "Revisión de la incertidumbre en la recolección e interpretación de datos de lixiviación". Hidrometalurgia . 41 (2): 119-153. doi : 10.1016 / 0304-386X (95) 00071-N . ISSN 0304-386X . 
  11. ↑ a b Geankoplis, Christie (2004). Proceso de transporte y principios de separación . NJ: Pretense Hall. págs. 802–817. ISBN 978-0-13-101367-4.
  12. ^ a b "Derrame de lechada de cenizas volantes de carbón de Kingston Fossil Plant" , Wikipedia , 18/11/2019 , consultado el 21/11/2019
  13. ^ Li, Li; Jing Ge; Renjie Chen; Feng Wu; Shi Chen; Xiaoxiao Zhang (2010). "Reactivo de lixiviación ecológico para la recuperación de cobalto y litio" . Revista Internacional de Gestión Integrada de Residuos, Ciencia y Tecnología . Gestión de residuos. 30 (12): 2615–2621. doi : 10.1016 / j.wasman.2010.08.008 . PMID 20817431 . Consultado el 22 de diciembre de 2011 . 
  14. ^ Li, Li; Jing Ge; Feng Wu; Renjie Chen; Shi Chen; Borong Wu (2010). "Recuperación de cobalto y litio de baterías de iones de litio gastadas utilizando ácido cítrico orgánico como lixiviado". Revista de materiales peligrosos . 176 (1-3): 288-293. doi : 10.1016 / j.jhazmat.2009.11.026 . PMID 19954882 .