La lixiviación es el proceso por el cual 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 relativas al material absorbente , como la concentración, la distribución, la naturaleza y el 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 efectiva para mejorar la calidad del agua y la eliminación de contaminantes, [1] [6] así como para la eliminación de productos de desecho peligrosos como cenizas volantes , [7] o elementos de tierras raras (REE). [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 de equilibrio de lixiviación ideal, todo el soluto es disuelto por el disolvente, dejando al portador del soluto sin cambios. [1] Sin embargo, el proceso de lixiviación no siempre es ideal y puede ser bastante complejo de comprender y replicar, [6] y, a menudo, diferentes metodologías producirán resultados diferentes. [9]
Existen muchos tipos de escenarios de lixiviación; por lo tanto, el alcance de este tema es enorme. [1] [3] [9] Sin embargo, en general, las tres sustancias pueden describirse como:
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 trabajará 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 continuar 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 del soluto deben considerarse 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:
El proceso general suele dividirse y resumirse en tres partes: [1]
Las sustancias biológicas pueden experimentar lixiviación por sí mismas, [2] además de usarse para lixiviación como parte de la sustancia solvente para recuperar metales pesados . [6] Muchas plantas experimentan 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 las plantas como azúcares 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 agua; este proceso se llama lavado. [11] Una preocupación importante para la lixiviación de plantas es si los pesticidas se lixivian y se transportan a través de la escorrentía de aguas pluviales ; [3] esto no sólo es necesario para la salud de las plantas, sino que es importante controlarlo porque los pesticidas 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 a partir 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 mediante ácido sulfúrico . [7]
Las cenizas volantes de carbón son un producto que experimenta grandes cantidades de lixiviación durante su eliminación. [7] Aunque se fomenta la reutilización de las cenizas volantes en otros materiales como el hormigón y los ladrillos, todavía gran parte de ellas en los Estados Unidos se eliminan en estanques, lagunas , vertederos y escombreras. [7] Todos estos sitios de eliminación contienen agua donde los efectos del lavado pueden causar lixiviación de muchos elementos principales diferentes , según el tipo de ceniza volante y el lugar donde se originó. [7] La lixiviación de cenizas volantes sólo es preocupante si las cenizas volantes no se han eliminado adecuadamente, como en el caso de la planta de fósiles de Kingston en el condado de Roane , Tennessee. [12] La falla estructural de la planta de fósiles de Kingston de la Autoridad del Valle de Tennessee provocó una destrucción masiva en toda el área y graves niveles de contaminación aguas abajo tanto del río Emory como del río Clinch . [12]
La lixiviación en el suelo depende en gran medida de las características del suelo, lo que dificulta los esfuerzos de modelización. [4] La mayor parte de la lixiviación proviene de la infiltración de agua, un efecto de lavado muy parecido 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 , expresiones de flujo másico y entendimientos 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 a la que el suelo se ha consolidado a través del 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 disolvente (agua) y los solutos. [4]
En ocasiones, la lixiviación se puede utilizar para extraer materiales valiosos de un producto o materia prima de aguas residuales. En el campo de la mineralogía, la lixiviación ácida es común para extraer metales como vanadio, cobalto, níquel, manganeso, hierro, etc. a partir de materias primas/materiales reutilizados. [13] [14] [15] En los últimos años, se ha prestado más atención a la lixiviación de metales para recuperar metales preciosos de materiales de desecho. Por ejemplo, la extracción de metales valiosos de aguas residuales. [15]
Debido a la variedad de procesos de lixiviación, existen muchas variaciones en los datos que se recopilan mediante modelos y métodos de laboratorio, lo que dificulta la interpretación de los datos en sí. [10] No sólo es importante el proceso de lixiviación especificado, sino también el enfoque de la experimentación en sí. Por ejemplo, la atención podría dirigirse a 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 lavado con agua. [1] Un resumen de los diversos procesos de lixiviación y sus respectivas pruebas de laboratorio se puede visualizar en la siguiente tabla:
Recientemente se han realizado algunos trabajos para ver si se pueden utilizar ácidos orgánicos 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. [16] La reacción tuvo una eficiencia general superior al 90% sin subproductos nocivos.
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. [17]
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