Descripción
La lixiviación es una operación de separación de los componentes solubles presentes en una fase o matriz sólida utilizando como agente de separación un solvente líquido específico que actúa bajo ciertas condiciones en los equipos denominados lixiviadores; según la naturaleza del sistema puede procederse a una extracción en ebullición, con agitación, con molienda del sólido y/o bajo ciertas condiciones o forma de operación, que responde a la capacidad de operación, a la naturaleza del sistema
La lixiviación es también denominada como extracción Sólido Líquido, sin embargo, existen algunas denominaciones alternativas que califican a la lixiviación, que en esencia representan a la misma operación, pero que por sus usos y costumbres han adquirido otros nombre, como son;
- Infusión
- Percolación
- Decocción
- Remojado
- Macerado
Extracción sólido-líquido una operación básica de recuperación o extracción mediante la cual uno o varios componentes de una fase sólida desestructurada, denominada alimento (Ro), se transfiere a una fase líquida, disolvente (Eo). Cuando tiene lugar en una única etapa, esta consiste en mezclar durante un tiempo el disolvente y el alimento para que se produzca un transporte de materia entre ambos.
El componente o componentes que son solubles en el disolvente empleado y se transfieren de una fase a otra se conoce como soluto y la matriz sólida insoluble inerte. El sentido de la transferencia es siempre desde el sólido hacia el líquido.
Transcurrido el tiempo establecido para que se alcance el equilibrio entre ambas fases, se procede a la separación de la parte sólida (impregnada de disolvente), conocida como refinado (R1), de la disolución (disolvente más solutos extraídos), conocida como extracto (E1). En la Figura 1 se presenta un esquema con las corrientes involucradas en una etapa de extracción
En un proceso de extracción Sólido Líquido las operaciones implicadas son:
- Cambio de fase del soluto. Esta etapa se considera prácticamente instantánea.
- Difusión del soluto a través del disolvente contenido en los poros del sólido inerte.
- Transferencia del soluto desde las inmediaciones de la interfase S/L hasta el seno de la masa principal de disolvente.
Es importante manejar la nomenclatura utilizada en esta operación. Por ello, en la Tabla 1 se muestra la terminología con la que se trabaja en esta operación.
Los factores más importantes que influyen sobre la velocidad de extracción son:
- Tamaño de las partículas sólidas. Evidentemente cuanto más pequeñas sean, mayor es la superficie interfacial y más corta la longitud de los poros. Por tanto mayor es la velocidad de transferencia. Sin embargo, tamaños excesivamente pequeños pueden hacer que las partículas se apelmacen dificultando la extracción.
- Tipo de disolvente. El disolvente debe ser lo más selectivo posible y se recomienda de baja viscosidad.
- Temperatura. Un aumento de la temperatura favorece la solubilidad y aumentan los coeficientes de transferencia de materia. El límite superior se fija atendiendo a criterios de calidad del producto, criterios económicos y de seguridad con respecto al disolvente.
- Agitación del disolvente-soluto. Favorece la transferencia por aumento de coeficientes de transferencia de materia en la interfase S/L. Además se evita la sedimentación y apelmazamiento de las partículas sólidas.
CRITERIOS EN LA ELECCIÓN DEL SOLVENTE
Para la extracción con disolventes líquidos es de suma importancia tomar los criterios adecuados con respecto a la elección del solvente apropiado para dicha separación, ya sean en las operaciones de lixiviación así como en las operaciones de extracción líquida; se pueden indicar dos criterios fundamentales:
- Solubilidad Indica la capacidad de solubilización y consecuente concentración que alcanzarían los solubles en el solvente utilizado; a mayor solubilidad se tiene mayor capacidad de extracción por unidad de solvente utilizado, luego es importante elegir un solvente que presenten alta solubilidad hacia el soluto o material de interés que desea extraerse.
- Selectividad Revela el grado de solubilidad selectiva o preferencial que tiene el disolvente líquido hacia un determinado soluto de interés durante la extracción; es recomendable elegir aquel solvente que permita extraer solamente el soluto deseado, sin que se extraiga otros compuestos no deseados en acción paralela.
Sin embargo, complementariamente se debe tener en cuenta otros criterios adicionales en la elección del solvente líquido, en función a las condiciones operativas que han de definir la extracción, a la naturaleza de la operación, las condiciones del material a procesarse, los tipos de productos a obtenerse (alimentarios, fármacos, etc.), la eficiencia operativa, etc.
Estos criterios complementarios son:
- Volatilidad
- Toxicidad
- Inflamabilidad
- Reactividad química
- Viscosidad
- Capacidad difusional
- Recuperabilidad
- Inmiscibilidad (para el caso de extracción líquida)
- Diferencia de densidades (para la decantación en extracción líquida
- Costos
EQUILIBRIO Y ETAPA IDEAL
Se define el equilibrio de la extracción sólido-líquido cuando se da alguna de las siguientes situaciones:
- Cuando todo el soluto ha pasado a la disolución y está disuelto en ésta
- Cuando se satura el disolvente, es decir, cuando la cantidad de soluto en el alimento/refinado supere la solubilidad de éste en el disolvente empleado.
Una vez alcanzado el equilibrio, las fases se separan, obteniéndose:
- Extracto (E), flujo superior o miscela: Fase constituida por soluto y disolvente
- Refinado (R) o flujo inferior: Mezcla formada por el sólido no soluble y una cierta cantidad de disolución retenida en él. Esta disolución, si se ha alcanzado el equilibrio, tendrá la misma concentración en soluto que el extracto. Si la disolución está saturada, el refinado contendrá además soluto sin disolver
APLICACIONES
La lixiviación es una de las operaciones más extendidas en el área de la extracción de minerales, manipulación de productos biológicos, alimentarios y farmacéuticos. Se reconocen de manera específica las siguientes aplicaciones:
- Extracción de la sacarosa a partir de la caña de azúcar y remolacha
- Extracción de edulcorantes
- Extracción de aceites esenciales
- Industria de aceites de origen animal y vegetal
- Extracción de colorantes naturales como la antocianina del maíz morado
- Extracción de alcaloides
- Extracción de principios activos y productos farmacéuticos
- Extracción de perfumes y sustancias odoríficas
- Extracción de minerales en procesos de lixiviación
En la Tabla 1 se presentan ejemplos de extracción sólido-líquido en el contexto de la industria alimenticia. En dicha tabla, se muestran tanto el compuesto de valor extraído (soluto), como la corriente de alimentación empleada (sólido desestructurado) y el disolvente habitual utilizando en cada situación.
EQUIPOS DE LIXIVIACIÓN
La operación de lixiviación presenta una gran diversidad de equipos de extracción sólido líquido, que obedecen a diversos criterios de operación, capacidad de procesamiento, características del solvente, costos, entre otros factores.
Los equipos de lixiviación se pueden clasificar teniendo en cuenta su régimen operativo, la temperatura de operación, el tipo de contacto sólido líquido, etc.
Estas diferentes formas se presentan a continuación:
- De acuerdo al régimen operativo:
- Batch o por etapas (unidades o tanques de lixiviación)
- Semicontinuo (percolación a través de lechos sólidos)
- Continuo (de múltiples etapas o diferencial continuo)
- De acuerdo a la temperatura de lixiviación:
- Ambiental
- Caliente
- Ebullición
- De acuerdo a ia disposición de las partículas sólidas con respecto al solvente líquido:
- Sólidos dispuestos en lecho fijo
- Sólidos en dispersión/fluidización (con agitadores)
- Sólidos en desplazamiento diferencial continuo (tornillos, bandas, etc)
- De acuerdo con el tipo de contacto sólido líquido:
- Contacto de Etapa Simple
- Contacto de Múltiples etapas en corriente Cruzada
- Contacto de Múltiples etapas en contracorriente
- Contacto diferencial continuo
- De acuerdo a la interacción química de los solubles con el solvente:
- Lixiviación con solubilización física pura
- Lixiviación con reacción química con el solvente
BIBLIOGRAFÍA
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- Leidy Diana MedIna Quiquin (2015) «Determinación de parámetros óptimos en la extracción de sólidos solubles de la corteza de maíz morado por lixiviación»,TESIS Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, Ayacucho Perú
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