71596_MATERIALDEESTUDIO-PARTII

77

INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

[email protected]

154

SISTEMA DE IX PARA PURIFICACION DE ELECTROLITO CONTENIENDO

SB, BI Y ASFrom Tankhouse

To TankhousePurified

ElectrolyteTank

AbsorptionColumn

AbsorptionColumn

NaOH

Prep.Tank

HCl

Filter

PumpTank

Dr. Cristian Vargas Riquelme - [email protected] - Consultor Intercade

PrecipitationTank

Filter Press

Filter Cake

155

PROCESO PARA NEUTRALIZACION DE SOLUCIONES ACIDAS

Y RECUPERACION DE NIQUELPlant Water

TANKHOUSE

LIBERATOR CELLS

ACID RECOVERY

Electrolyte Bleed

CopperCathode

De-Cu SolutionSOLUTION PURIFICATION

Impurity Residue


Recovered Sulfuric Acid

Water Treatment

Nickel Carbonate

NICKEL SALT PRECIPITATION

78


[email protected]

156

CONTROL DE IMPUREZAS EN REFINERIA DE CHINCHPADA (INDIA)

Primary Liberator CellsNormal Cells

Bi, Sb PRECIPITATION INELECTROLYTE Liberator cell Outlet

Electrolyte

Tellurium FreeLeached Electrolyte

De-CopperisedLiquor

Copper Chips

DE-TELLURISATION

Leaching Liquor fromslime Plant

Water

ARSENICAL REMOVAL

3 x 3 De-Copperisation Cells

As rich cathode/sludge for recycle


Water

Recovered Acid to cellhouse

Heavy Metal rich Effluent

Metal Sulfide/Hydroxide

NICKEL / IRON REMOVAL

Nickel rich Effluent EvaporatorPrecipitationAcid Purification Unit

NiSO4 + Na2SO4Crystals for sale

157

TECNICAS Y OPERACIONES APLICABLES AL TRATAMIENTO DE EFLUENTES

ADVANTAGESDISADVANTAGESMETHOD

CONVENTIONAL METAL REMOVAL TECHNOLOGIES

SimpleCheap

MineralizationMineralization

Metal recovery

Pure effluent (for recycle)

For higher concentrationsDifficult separationNOT effectiveResulting sludgesChemicals required (not universal)Biological system (slow rates)Climate SensitiveFor high concentrationsEXPENSIVEHigh pressuresMembrane scalingEXPENSIVE

Chemical precipitation and filtration

Chemical oxidation or reduction

Electrochemical treatment

Reverse osmosis


EffectivePure effluent metal recovery possibleConventionalSorbents (carbon)Pure Effluent (for recycle)Energy intensive

EXPENSIVEResulting Sludges

EXPENSIVESensitive to particlesEXPENSIVE RESINSNot for metals

Ion exhancge

Adsorption

Evaporation

79


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158METODO VENTAJAS DESVENTAJAS

Precipitación

Intercambio

• Es posible la eliminación de metales amuy bajas concentraciones.

• Presentan alta selectividad.• Es posible la recuperación de los

metales por electrólisis.

• Simplicidad de operación.• Alto nivel de eliminación de metales

pesados.• Bajo costo de operación.

• La presencia de agentes orgánicos disminuye surendimiento.

• No es selectivo.• Se necesitan agentes coagulantes y floculantes

para separar los metales del efluente.• Generación de lodos con alto costo de tratamiento.

• La presencia de Calcio, Sodio y Magnesiodisminuye su rendimiento debido a que puedensaturar la resina.

• La posible competencia entre metales pesados yotros cationes.

• Las resinas no son muy tolerantes al cambio enIónico

OsmosisInversa

• Altos niveles de remoción.• Es un proceso fácilmente

automatizado.• No hay cambio en la composición

química de las aguas residuales.• La recuperación de metales pesados

es posible.

metales por electrólisis. • Las resinas no son muy tolerantes al cambio enpH.

• Los materiales orgánicos pueden envenenar laresina.

• La solución contaminada debe de ser previamentetratada para eliminar los materiales en suspensión.

• Mediana selectividad y tolerancia a cambios de pH.• Bajo tiempo de vida con soluciones corrosivas.• Requiere de presiones muy altas para su

funcionamiento.• Requiere de mantenimiento frecuente para evitar

saturación de la membrana.• Alto costo por reemplazar la membrana.• Es necesario separar las partículas insolubles o en

suspensión para evitar saturación de lasmembranas.


Adsorción

• Altamente efectivo a muy bajasconcentraciones de metal.

• Fácil de operar.• Permite la fijación de metales en

presencia de otros cationes.• La recuperación de metales pesados

es posible.• El adsorbente puede ser regenerado.

• El costo del adsorbente y su regeneración puedenser muy altos.

• La capacidad de adsorción es altamentedependiente del pH.

• Es necesario eliminar los materiales ensuspensión antes de que el efluente sea tratado.

159

PRECIPITACIONProceso utilizado para remoción de impurezas y recuperación de agua.

yMx+ + xAy- + nH2O → MyAx·nH2O(s)

Remoción de hierro: Fe3+ + 3OH- Fe(OH)Remoción de hierro: Fe3+(ac) + 3OH (ac) Fe(OH)3(s)

Producción de Al, Mg y Pt:

2NaAlO2(ac) + 4H2O Al2O3·H2O(s) + 2NaOH

Mg2+(ac) + 2OH-

(ac) Mg(OH)2(s)

PtCl62- + 2NH4

+ → (NH4)2 PtCl6(s)


Pérdida de metales valiosos:

Ag+(ac) + 3Fe3+

(ac) + 2SO42-

(ac) + 6OH-(ac) → AgFe3(SO4)2(OH)6(s)

(argentojarosita)

80


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160

PRECIPITACION DE CARBONATOS METALICOS

Reacción:

Producción de: LiCO3, Na2CO3, NaHCO3, CaCO3

mMe2+ + nCO32- (ó CO2(g-ac)) Me(CO3)n(s)

-3

-2

-1

0-20 -15 -10 -5 -0

Hg2Ca3

Fe3Pb6 Ag3Co3Mg3

Ni2

2 C 2

log

o M

2+

Solubilidad a: pH=9, T4=25ºC y [CO3]= 0.1 M

Composés pKCO3Concentracións residuelles

(ppm)

4,57,01.10-2

4,0.10-2

1,37.10-3

3 43 10 4

11.078.598.30

11.2110 51

Ag2CO3BaCO3CaCO3CdCO3F CO


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0-5-10-15-20-4

Cu3 Mn2Zn2 + Co2

log o CO32-

pH

Metal carbonate precipitation diagram 25ºC

3,43.10-4

1,70.10-3

2,45.10-3

1.645,96.10-6

1,55.10-3

10.516.44

10.656.85

12.849.92

FeCO3Hg2CO3MnCO3NiCO3PbCO3ZnCO3

161

PRECIPITACION DE SULFUROS METALICOSReacción:

Reactivos: H2S (ácido sulfhídrico), Na2S (sulfuro de sodio)

Me2+ + S2- → MeS(s)

CuSO4(sulfato de cobre) + Na2S → CuS(s) (sulfuro de cobre) + Na2SO4(ac)

0.01

0.01

Cd

Cu

0.05

0.01

Ni

Zn

Pb 0.05

Elemento Concentración residual en agua apH=7, (ppm)

Log

a M3+

-3

-2

-1

0-50 -40 -30 -20 -10

Mg2 Ag3 Cu2

Cu3

Zn3

Cd2 Ni2

Fe2

Co2Mn2Bi2

Pb2


Log O52-

pH-2 0 2 4 6 8 10

0-10-20-30-40-50-60-4

Metal sulphide precipitation diagram (based on data for 25ºC and 1 atmosphere pressure of hydrogen sulphide)

81


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162

PRECIPITACION CON H2SMe2+ + H2S(ac) → MeS(s) + 2H+

100

Con

cent

raci

ón, %

H2S HS-

S2-

80

60

40

20

00 2 4 6 8 10 12 14


As3+ + 3H2S → As2S3 + 3H+Eliminación de Arsénico:

pH

0 2 4 6 8 10 12 14

163

PRECIPITACION CON H2Ni2+ + H2(g-ac) → Ni + 2H+

MoO42- + H2 → MoO2 + 2OH-

ZnSO4 + 4H2 → ZnS + 4H2O

Metal Ion Activity

10-1M

E hVo

lts

10M 10-2M 10-3M+0.5

0

Cd++ Fe++

Ni++

H+

Cu++

Cu2

UO2++

UO2

Ni2

Co++

C 0


E

pH

-0.5

-1.0-1 1 3 5 7 9 11 13

Cd2

Cd Fe

Fe2

Zn++

Zn2

Ni2 Co0

H+

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164

CEMENTACIONPrecipitación del cobre con chatarra de hierro:

Cementación de cobre con polvo de zinc:

Cementación de oro con polvo de zinc:

Cu2+ + Feº → Cuº + Fe2+

Cu2+ + Znº → Cuº + Zn2+

2Au(CN) - + Znº → 2Auº + Zn(CN) + 2CN-Cementación de oro con polvo de zinc: 2Au(CN)2 + Znº → 2Auº + Zn(CN)2(ac) + 2CN

Cu + Cu2+ → 2Cu+

Fe + 3Fe3+ → 3Fe2+

2H+ + Fe → H2(g) + Fe2+

Co2+(ac) + Znº → Coº + Zn2+

(ac)


Ag+ (AgNO3) + Fe2+ →Ag + Fe3+

PRECIPITADOR KENNECOTT DE CONO INVERTIDO

165

ELECTROLISISMen+ + ne → Meº

Proceso utilizado para producir: Ag, Au, Cd, Cl, Cr, Co, Cu, Ga, Mn,Ni, Pd, Pt, Sb, Se, Te, etc.

Ejemplos: Cu2+ + 2e → Cuº, Ni2+ + 2e → Niº

Electrolito RicoCu2+

C 2+


Electrolito pobre

Cu2+

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166

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO (EXTRACCION POR SOLVENTES)

La extracción líquido-líquido, a menudo llamada extraccióncon solventes, consiste en la separación de los

tit t d l lí id t t tconstituyentes de una mezcla líquida por contacto con otrolíquido inmiscible (parcial o totalmente inmiscible), por lotanto, no supone cambio de estado físico.

Si los componentes de la mezcla original se distribuyen deforma diferenciada entre las dos fases líquidas, se produce


q , pun cierto grado de separación, que puede acentuarse por lacombinación de etapas múltiples.

167

En este tipo de operaciones, la solución que contiene elmetal a ser extraído se denomina alimentación o refinadoinicial, y el líquido con el que se pone en contactodisolvente.

La fase rica en disolvente se denomina fase extracto o faseorgánica y el líquido residual de donde se ha eliminado elsoluto se denomina refino.


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168

EXTRACCION LIQUIDO-LIQUIDO

S

RSeparación

(Extracto + Refinado)

Separación(Fase ligera)

Transferencia de materiaAgitación y

mezcla


E

F

Mezcla(Alimentación + Disolvente)

Separación(Fase pesada)

169

Las características más importantes de los disolventes, conmiras a su selección para un proceso de extracción son lassiguientes:

SELECCION DEL DISOLVENTE

siguientes:

– Coeficiente de distribución, kj (o Di)

Se define como: ki=yi/xi

Aunque no es necesario que este coeficiente sea mayor quela unidad, valores mayores son deseables, ya que implican


la unidad, valores mayores son deseables, ya que implicanque se requiere menos disolvente para llevar a cabo laoperación.

85


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170

– Selectividad

La efectividad de un disolvente a los efectos de separaciónde los componentes i,j de una cierta mezcla, vendráexpresada por el valor de la concentración relativa de losmismos en las fases extracto y refinado es decir por el valormismos en las fases extracto y refinado, es decir, por el valorde la relación:

αij o Sij = (yi/xi)/(yj/xj) = ki/kj

en el sistema de que se trate.

Para que la separación sea posible esta selectividad debeser distinta de uno y cuanto más distinta de la unidad sea


ser distinta de uno, y cuanto más distinta de la unidad sea,más fácil será la separación.

De este parámetro dependerá el número de etapasnecesarias para una separación dada.

171

– Insolubilidad del disolvente

Cuanto mayor sea la insolubilidad del disolvente y delcomponente mayoritario del refinado, que no se deseaextraer más fácil resultará la operación de extracciónextraer, más fácil resultará la operación de extracción.

– Recuperabilidad

Puesto que siempre habrá que recuperar el disolvente parasu reutilización, y ordinariamente tal recuperación se realizapor rectificación, resultará indispensable que el disolvente no


p , p qforme compuestos con los componentes del sistema y, a serposible que no se degrade o volatilize.

86


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172

– Densidad

Evidentemente, resulta indispensable que las densidades deas fases en equilibrio sean distintas para que sea viable laextracción.

La operación se desarrollará más fácilmente cuanto mayorsea la diferencia de densidades. Así pues se seleccionaránaquellos disolventes con densidad lo más distinta posible a lamezcla a extraer.


173

– Tensión interfacial

Cuanto mayor sea la tensión superficial entre las fasesextracto y refinado con mayor facilidad coalescerán susy yemulsiones y con mayor dificultad se conseguirá su mutuadispersión.

Normalmente la etapa más lenta es de coalescencia yseparación de fases, la mezcla se puede favorecer aplicandoenergía mecánica, por ello se suelen preferir disolventes queproporcionen altas tensiones interfaciales.


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174

– Reactividad y corrosividad

Los disolventes deben ser químicamente estables, es decir,inertes tanto respecto a los componentes del sistema, como

t l t i l d t ió d lrespecto a los materiales de construcción de lasinstalaciones.

– Viscosidad, presión de vapor, inflamabilidad,temperatura de congelación, costo y toxicidad

Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y deben


Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta y debenserlo más bajas posible, para facilitar el manejo yalmacenamiento de los disolventes.

175

Coeficiente de distribución

Un sistema de extracción por solventes implica una transferencia de masa delelemento acuoso desde una fase a otra. La extracción o la reextracción seproduce por la dispersión de una fase a otra en forma de pequeñas gotitas,que favorece la transferencia de materia y se realiza por medio de agitaciónmecánica.

Al contactar una solución acuosa que contiene al elemento M que interesaextraer con una fase orgánica inmiscible. El elemento se distribuirá entre lasdos fases hasta alcanzar el equilibrio. La concentración del elemento en elequilibrio dependerá de su afinidad relativa (o solubilidad) por ambas fases.

La razón entre la concentración del metal en la fase orgánica y acuosa, en elequilibrio, define al coeficiente de distribución D (o coeficiente de extracción

):OaE


. ):

El coeficiente de re=extracción (stripping) se define del mismo modo:

O

A

OA

MMS =

aE

AOE

MAMO

acuosa fase la en Mde iónConcentracorgánica fase la en Mde iónConcentracD −−−

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176

Selectividad

La existencia de más de una especie química en solución darálugar a que dichas especies se distribuyan entre las fases acuosa yorgánica de acuerdo a sus respectivas solubilidades. Lasdiferencias en las solubilidades entre ambas fases se puedendiferencias en las solubilidades entre ambas fases se puedenaprovechar para extraer las especies más solubles y separarlas delas menos solubles. De este modo, se puede establecer elconcepto de factor de separación como la relación de loscoeficientes de distribución de dos especies distintas (DM y DN),que realmente mide la posibilidad de separación de las especies My N y que se conoce con el nombre de selectividad.


M

N

DSD

=

177

NOMENCLATURA

La extracción líquido-líquido implica, al menos, sistemas detres componentes, y en la mayor parte de los casos los trescomponentes aparecen en las dos fasescomponentes aparecen en las dos fases.

Utilizaremos la siguiente nomenclatura para describir lasconcentraciones y caudales de las corrientes implicadas eneste tipo de procesos: A y B son sustancias puras,parcialmente miscibles (disolventes) y C es la sustancia quese distribuye o soluto.


Las mezclas a ser extraídas se componen normalmente de Ay C, y B es el agente extractante (disolvente).

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178

Se trabajará tanto en base másica como molar.

Así pues, las unidades de las distintas mezclas implicadasserán kg o mol para las operaciones en discontinuo y kg/h oserán kg o mol para las operaciones en discontinuo y kg/h omol/h para los caudales en operaciones en continuo.

Para las composiciones se utilizará la siguiente nomenclatura:

x = Fracción másica o molar de C en la fase rica en A, pobreen B, o fase refinado.


y = Fracción másica o molar de C en la fase rica en B, pobreen A, o fase extracto.

179

X = x/(1-x) = razón másica o molar de C (kg o moles de C/(kgo moles de A+B) en el refinado.

Y = y/(1-y) = razón másica o molar de C (kg o moles de C/(kgo moles de A+B) en el extracto.

N = fracción másica o molar de B en base libre de B (kg o molde B/(kg o mol de A+C).


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180

Los subíndices se corresponden con la mezcla en cuestión ylos subíndices numéricos hacen referencia a la etapa dedonde sale una corriente dada.donde sale una corriente dada.

Así xC3 es la fracción másica de C en el refinado que salede la etapa 3, xM representa composición de soluto en lamezcla global.

Los caudales y composiciones en base libre de disolvente Bse indicarán con la misma letra con “prima”


se indicarán con la misma letra con prima .

Así pues, E’ indicará los kg de fase E libre de B: E=E’(1 +N).

181

Para un sistema de dos fases (E, R en el caso de doslíquidos o L, G en el caso de líquido-gas) formados por losdisolventes A y B, y un soluto C que se transfiere, la razónmolar o másica se define en cada fase como:molar o másica se define en cada fase como:

Fase ligera: Y = y/(1 -y) = (mol o kg de C)/(mol o kg de B)

Fase pesada: X = x/(1-x) = (mol o kg de C/(mo1 o kg de A)


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182

Dado que los líquidos A y B son insolubles, sus caudales(década disolvente) se mantendrán constantes, al notransferirse entre las fases.transferirse entre las fases.

Así pues, todas las corrientes de refinado tendrán A mol o kgde disolvente A, y todos los extractos tendrán B mol 0 kg dedisolvente B.

En estas condiciones resulta ventajoso utilizar diagramas deequilibrio Y/X ya que en esta representación las operativas


equilibrio Y/X ya que, en esta representación, las operativasse hacen rectas.

183

La figura 1 muestra el esquema de esta operación:

EXTRACCION EN UNA SOLA ETAPA

Disolvente ExtractooY oE ' 1Y

1

Refinado Alimento

1

oX oR'1X


E’o y R’o son caudales de inerte, del componente que no setransfiere, con lo que permanecen constantes en todo elproceso.

Figura 1

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184

Un balance de soluto proporciona:

Que se puede escribir como:

11 ''''' oXRYEooYEoXoR +=+−−

(3)

Evidentemente, la ecuación 4 representa una recta en el diagrama Y-X, quepasa por los puntos (X1,Y1) y (Xo, Yo) y tiene de pendiente –R’o/E’o.

Por otra parte, las corrientes de salida de la etapa deben estar en equilibrio,por lo que el punto X1,Y1 debe estar sobre la curva de equilibrio.

)/()('/' 011 XXYoYoEoR −−=− (4)


Así pues, se podría determinar las corrientes de salida de una etapa deequilibrio conocidas las de entrada, bien analíticamente resolviendo elsistema formado por (4) y la ecuación representativa del equilibrio, biengráficamente obteniendo el punto de corte de la recta indicada por laecuación (4) con la curva de equilibrio.

185

Para ello se sitúa en el diagrama la posición del punto(Xo,Yo) y se traza la recta (operativa) de pendiente (–’o/E’o).La intersección de esta recta con la curva de equilibrio nosresuelve el problema planteado (ver figura 2).

Isoterma de distribución y recta de operación, de

acuerdo a las definiciones y balances planteados

anteriormente

Y

Y1

Yn’

Yo

NN’

M


anteriormente.

X1 Yn’ Xo X

Figura 2

93


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186

[ ](g/l) orgánico

en Me

ya

yb

Slope = minus A/O

[ ] elenMe

yb

yc Single contacts of Feed and solvent atVarious volume ratios


[ ](g/l) acuosoel enMe

Xc Xb Xa XO

Construcción una isoterma de extracción

187

Si en lugar de tratarse de una etapa ideal, se tratara de unaetapa real con un determinada eficacia, el puntorepresentativo de las corrientes de salida no sería el N(X1 Y1) sino el N’(XN’ YN’)(X1,Y1),sino el N (XN ,YN ).

Se define la eficacia (eficiencia) como:

Así pues si se conoce la eficacia se puede determinar la

)/()()/()(/' 1'1' XXXXYYYYsegmentoMNsegmentoMNe ONOONOi −−=−−==


Así pues, si se conoce la eficacia se puede determinar lacomposición de las corrientes de salida.

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188

Si se conoce la eficacia global, el número de etapas reales sedetermina simplemente dividiendo el número de etapas teóricaspor la eficacia.

CALCULO DEL NUMERO DE ETAPAS REALES

por la eficacia.

Esta eficacia, dependerá del sistema, caudales relativos de lasdos fases, tipo de aparato, temperatura, presión, etc.

Resulta evidente que deberá determinarse experimentalmente encondiciones de operación lo más aproximadas posible a lasdeseadas.

Si se conoce la eficacia indi id al el procedimiento a emplear es


Si se conoce la eficacia individual, el procedimiento a emplear essimilar al descrito anteriormente para el caso de disolvente nuevo.

Se debe determinar la curva de, equilibrio equivalente entre larecta operativa y la curva de equilibrio y proceder al cálculográfico del número de etapas, tal y como se ha descrito.

189

La combinación de la isoterma de distribución y la línea deoperación constituye el DIAGRAMA DE OPERACIÓN oDIAGRAMA DE MCCABE THIELE el que es utilizado para

DIAGRAMA DE MCCABE-THIELE

DIAGRAMA DE MCCABE-THIELE, el que es utilizado paraESTIMAR EL NÚMERO TEÓRICO DE ETAPAS o pisos enun sistema SX. La isoterma de distribución es fija, y dependesólo de la química de sistema (concentración de reactivos,pH, ...).

La línea de operación se basa en el balance de masa, variacon la razón A/O y las concentraciones de metal en la


con la razón A/O y las concentraciones de metal en laentrada y salida del sistema.

95


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190

Un diagrama típico de operación para la extracción de Cu sepresenta en la figura siguiente.

Se supone que el orgánico descargado que entra en la últimaSe supone que el orgánico descargado que entra en la últimaetapa de extracción contiene 1,80 g/l Cu y que los flujos delorgánico y del acuoso son iguales (razón A/O =1).

Conociendo eso, una recta de operación puede serdeterminada, partiendo del punto dónde el orgánicodescargado intercepta a la isoterma de extracción ydibujando la recta hacia arriba y la derecha con una


dibujando la recta hacia arriba y la derecha con unapendiente igual a la razón A/O (=1 en este caso).

191

Equilibrium Extraction IsothermOrganic: 8.7 V/V %LIX’984 in Escaid 110Aqueous: Cu=2.50 g/l, Fe (total) = 1.30 g/l, pH= 1,80

5.0

L O (OR,OC)

Diagrama de McCabe-Thiele para una

extracción en 2 etapas de cobre contenido en

una solución rica de 2,5

L.O.

4.0

3.0

( , )

A/O=1/(O/A)

= 2.

50 g

/l C

u

Org

anic

g/l

Cu

E2

(8Ref,O8C

E1


g/l Cu . 2.0S.O.

(Ret,OD) Food

Raf.0.22

1.0Aqueous g/l Cu

2.0 3.0

96


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192

Para determinar el número de etapas de extracción, sedibuja una línea vertical representando la concentración dela solución rica (feed = 2.50 g/l Cu) hasta que intercepte larecta de operación.

Después, se traza una recta horizontal hasta la isoterma deextracción y de ahí una recta vertical hasta la recta deoperación, creando de esa forma un escalón correspondientea la primera etapa de extracción. Se repite esteprocedimiento para crear un segundo escalóncorrespondiente a la segunda etapa de extracción.


En este sistema, un refino de 0.22 g/l Cu y un orgánicocargado de 4.24 g/l Cu se predicen para una extracción endos etapas.

193

Aunque el diagrama de McCabe-Thiele que se muestra en lafigura anterior representa solamente una aproximación delsistema, resulta muy útil para determinar el número deetapas necesarias para alcanzar una cierta extracción.p p

Un diagrama de McCabe-Thiele más preciso podríadibujarse a partir de la figura anterior, dibujando la recta deoperación a partir de un punto situado a igual distancia de laisoterma de extracción y de la recta vertical representando lacomposición del refino. Entonces, se hace de nuevo eldiagrama de McCabe-Thiele, y se obtienen valores de 0.15


diagrama de McCabe Thiele, y se obtienen valores de 0.15g/l Cu en el refino y 4.17 g/l Cu en el electrolito cargado. Laconstrucción de un verdadero diagrama de McCabe-Thielees un proceso iterativo.

97


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194

En los mezcladores industriales, no se alcanza laconcentraciones de cobre en el orgánico y el acuoso alequilibrio, pero solamente un 90% de extracción respecto delequilibrio, como lo muestra la figura siguiente, querepresenta las etapas de una operación industrial.

Circult Extraction IsothermOrganic: 8.7 V/V% LIX’984 In Escald 110

Extracción de cobre en una planta industrial, dónde no

se alcanza el equilibrio

gAqueous: Cu=2.50g/l, Fe (total)=1.30 g/l, pH = 1.80

5.0

L.O.4.0.

3.0.

nic

g/l C

u

50 g

/l C

u


se alcanza el equilibrio (isoterma de distribución)

2.0.

Org

an

Aqueous g/l CuRaf.0.28

1.0 2.0 3.0

Feed

=2.5

195

Equilibrio Strip IsothermOrganic: 8.7 V/V% LIX’984 in Escaid 110Aqueous: 30.7 g/l Cu, 170g/l H2SO4

60

P E

Diagrama de McCabe-Thiele para una

reextracción en 1 etapa de cobre contenido en un orgánico cargado

P.E.50

40

S.E.30

Aque

ous

g/l C

u

d O

rgan

ic –

3.90

g/l C

u


g gde 3.9 g/l Cu .

30

20

Losd

ed

1 2 3 4S.O.1.77 Organic g/l Cu

98


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196

EL FENOMENO DE ADSORCION

• Proceso de unión química de una especie en solución(átomo, ión, molécula) a una superficie mineral.

• Normalmente se considera que es un proceso reversibley rápido (equilibrio).

H H

HH

H

H H

HM

MM

H

H

HH

HH

H H H

H


Brown Jr. G.E. (1990) Spectroscopic studies of Chemisorption reaction mechanisms at oxide-water interfaces. In M.F. Hochella Jr. and A.F. White (Eds.): Mineral-water interfacegeochemistry, 309-363.

OUTER – SPHERECOMPLEX

INNER – SPHERECOMPLEX

197

La Adsorción, es la transferencia selectiva de uno o mássolutos (adsorbato) de una fase fluida a una de partículassólidas (adsorbente).

La selectividad común de un sorbente entre el soluto y elfluido portador o entre varios solutos, hace posible laseparación de ciertos componentes presentes en el fluido.

En forma similar, en la operación inversa, llámeseDesorción, .se realiza a menudo la separación de las


especies que se encontraban originalmente en el sólido.

99


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198

En general, la Adsorción incluye la acumulación de moléculasde soluto en una interfase.

La acumulación por unidad de área es pequeña; porconsiguiente se prefieren los sólidos altamente porosos conáreas internas muy grandes por unidad de volumen.

Generalmente las superficies son irregulares y las energíasde enlace debidas básicamente a las fuerzas de Van derWaals


Waals.

199

Los adsorbentes son materiales naturales o sintéticos deestructura amorfa y microcristalina.

Los utilizados en gran escala incluyen el carbón activado,Los utilizados en gran escala incluyen el carbón activado,resinas de intercambio iónico, zeolitas, la alúmina activa, elgel de sílice , la tierra de fuller , otras arcillas ,etc.


100


[email protected]

200

PROCESOS DE SORCION

SORCIÓN Interacción de un contaminante con un sólido

ADSORCIÓN

ABSORCIÓN

Retención del contaminante metálico (adsorbato)en la interfase entre la superficie de un sólido(adsorbente) y la fase acuossa

Difusión del contaminante adsorbido hacia el interior del sólido, a través de microporos oDefectos cristalinos


Defectos cristalinos

DESORCIÓN

Implica la liberación del adsorbato y su incorporación a la solución

201

Superficie → Interfase entre dos medios (gas-sólido o líquido gas)

PROCESOS SUPERFICIALES EN EQUILIBRIO: ADSORCION

Cualquier átomo o molécula que se aproxime a una superficie experimenta un potencial neto atractivo El atrapamiento de moléculas (aunque sea

Adsorción física → fuerzasdispersivas y eléctricas

Adsorción química →formación de enlacesquímicos

b U a

un potencial neto atractivo. El atrapamiento de moléculas (aunque sea temporario) por parte de la superficie se denomina ADSORCION.


1

z

1

2

101


[email protected]

202

TAMAÑO DE PARTICULAS

1010 − 910 − 810 − 710 − 610 − 510 − 410 − 310 − 210 −

Α1 º MoleculesColloids

e.g. claysF OOHLE

S Suspended particles

1 mm0.45 mμ

Diameter (m)

FeOOHSiO2

CaCO3

PA

RTI

CL

Virus

FILT

ER T

YPE

S Molecularsieves

Membrane

Silicagels

Activated carbon

Diatomaceousearths

Activated carbon (grains)

Microsieves Sieves

Sand

BacteriaAlgae


F Activated carbon

Micro-pores

Pore,openings

Figure 10.1 The sizes of some natural particulate materials foundin surface-water and groundwaters, and the pore sizes of filtersused to remove them. After W. Stumm and J.J Morgan. Copyright1981 by John Wiley & Sons. Reprinted by permission of johnWiley & Sons, Inc.

203

• Modelos empíricos

• Isoterma lineal. CKC dads =Cads (mol/kg)C (mol/L)

MODELOS DE ADSORCION

• Isoterma de Freundlich.

• Isoterma de Langmuir.

• Modelos mecanísticos (o termodinámicos).

bFads CKC =

CKCKCCL

Ladsads +

=1

max


Modelos mecanísticos (o termodinámicos).

• Modelos de complejación superficial.

• Modelos de intercambio iónico.

102


[email protected]

204

- Son modelos de ajuste de datos experimentales. Sólo tienenen cuenta la concentración de un elemento.

- No sirven para predecir comportamientos fuera del rango del

ADSORCION: MODELOS EMPIRICOS

p p p g

experimento porque no tienen en cuenta:

- Variaciones de pH (KD varía con el pH).

- Conc. de otros elementos en solución (competencia).

- Complejos acuosos de los elementos adsorbidos.


Hacen falta modelos de aplicación general: modelostermodinámicos:

•Modelos de complejación superficial.

•Modelos de intercambio iónico.

205

Basados en la interpretación directa de experimentos tipobatch.


C0 C

MV

/kg s

)


C (mol/L)

Cad

s(m

ol/

KD (L/kgs)

103


[email protected]

206

REACCIONES AGUA-SUPERFICIE: RELACIONES EMPIRICAS

log Cads=log KF+n log C

log Cads

n

ol/k

g)

g ads g F g

log C

log KF

Cads= KFCn Freundlich


Cads= KdC

C (mol/L)

Cad

s(m

o

Linear

207

Basados en la interpretación directa de experimentos tipobatch.


C = K Cads(m

ol/

kg)

Cads= KFCb


Cads= KdC

C (mol/L)

Ca

104


[email protected]

208

REACCIONES AGUA-SUPERFICIE: RELACIONES EMPIRICAS

CK dL

max

1

Cads

1

1

(mol

/kg)

Cads= KFCn

CK+1CK C = CL

Ladsadsmax

Freundlich

Langmuir

CK adsL

Cadsmax

1

C1

111+=


Cads= KdC

C (mol/L)

Cad

s

Linear

LangmuirCCK

CC adsLadsads

maxmax +=

209

El Carbón Activado es un excelente adsorbente que ha sidoutilizado exitosamente durante siglos: al principio en formade polvo para propósitos medicinales y purificación del

CARBON ACTIVADO

p p p p y palcohol; más tarde en forma granular durante la 1ra GuerraMundial en las máscaras antigases y más recientementepara la recuperación de solventes y metales.

El carbón activo se produce específicamente para alcanzaruna superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m2 /g).Esta superficie interna grande hace el carbón tenga una


adsorción ideal. El carbón activo viene en dos variaciones:Carbón activado polvo (PAC) con un diámetro menor a lamalla de tamiz # 200, y el carbón activo granular (CAG) conun diámetro de partícula de 0.1 mm.

105


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210

La adsorción es un fenómeno superficial en el cual eladsorbato es retenido sobre la superficie del carbón debido alas fuerzas de Van der Waal’s.

La saturación está representada como su punto de equilibrio.Estas fuerzas son físicas, lo cual significa que el proceso esreversible (a partir del uso de calor, presión, etc.).

El carbón también es capaz de absorción. En estos casosocurre una reacción química en la superficie del carbón quecambia el estado del adsorbato Esta es una reacción


cambia el estado del adsorbato. Esta es una reacciónirreversible y está ejemplificada en el proceso dedeclorinación el cual se produce por una reducción catalítica.

211

Propiedad Medida 2

PROPIEDADES FISICAS TIPICAS DE UN CARBON ACTIVADO COMERCIAL,

PRODUCIDO A PARTIR DE CASCARAS DE COCO

Area especifica total, m2/g 1.150 - 1.250

Tamaño promedio de partículas (granular), mm 1,18 - 2,36

Densidad de partícula (carbón granular), g/cm3 0,8 - 0,852

Densidad real (carbono C), g/cm3 2,0 - 2,2

Densidad aparente en lecho, g/cm3 0,45 - 0,48

Diámetro equivalente de poros, Å 10 < φ <10.000

Volumen de poros en las partículas, cm3/g 0,70 - 0,80

Factor de huecos en lecho relleno % 38 42


Factor de huecos en lecho relleno, % 38 - 42

Mesoporos, % 3 - 5

Microporos, % 95 - 97

Calor especifico, kcal/kg/ºC 0,20 - 0,25

Contenido de ceniza, % 2 - 4

106


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212Properties of Granular Activated Carbonsa

ICI AmericaHydrodarco

3000 (lignite)

Calgon Filtrasorb300 (8x30)

(Bituminous)

Westvaco NucharWV-L (8x30)(Bituminous)

Witco 517(12x30)

(Bituminous)

Physical propertiesSurface area,

m /g (BET)Apparent density,

g/cmDensity, baskwashed

and drained, lb/ftReal density g/cm

2

3

3

33

600-650

0.43

22

2.01 4 1 5

950-1050

0.48

26

2.11 3 1 4

1000

0.48

26

2.11 4

1050

0.48

30

2.10 92Particle density g/cm

Effective size, mmUniform coefficientPore volume g/cmMean particle

diameter, mmSpecification

Sieve size (USstandard rises)Larger than Nº.8

(max %)Larger than Nº. 12

(max %)Smaller than Nº. 30

(max %)

3

3

1.4-1.50.8-0.9

1.70.951.6

8

5

c

1.3-1.40.8-0.9

1.9 or less0.85

1.5-1.7

8

5

c

1.40.85-1.051.8 or less

0.851.5-1.7

8

5

c

0.920.891.440.601.2

5

5

c


(max %)Smaller than Nº. 40

(max %)Iodine Np.

Abrassion Nº.,minimum

Ash (%)Moisture as packed

(max (%)

650

c

90070

82

b

bb

c

95070

7.52

c

100085

0.51

c

213

ADSORCION EN CARBON ACTIVADOLa adsorción es un proceso donde un sólido se utiliza para quitar unasustancia soluble del agua. En este proceso el carbón activo es el sólido. Elcarbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficieinterna muy grande (entre 500 - 1500 m2 /g). Esta superficie interna grandehace que el carbón tenga una adsorción ideal El carbón activo viene en doshace que el carbón tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dosvariaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular(GAC).Las moléculas a partir de la fase del gas o del líquido serán unidas de unamanera física a una superficie, en este caso la superficie es de carbónactivo. El proceso de la adsorción ocurre en tres pasos:

Macro transporte: El movimiento del material orgánico a través del sistemadel macro-poros del carbón activo (macro-poros > 50nm).


Micro transporte: El movimiento del material orgánico a través del sistemadel micro-poros del carbón activo (microporo < 2nm; meso-poro 2-50nm).

Absorción: La adhesión física del material orgánico en la superficie delcarbón activo en los meso-poros y micro-poros del carbón activo.

107


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214

La actividad de un carbón está directamente ligada a suporosidad y en especial de los poros intermedios, omesoporos, pues será en ellos donde posteriormente seadsorberá el oro o la plata Se debe mencionar que los porosadsorberá el oro o la plata. Se debe mencionar que los porosse clasifican en:

Macroporos si su diámetro está entre los 500 y 20.000 Å

Mesoporos si su diámetro está entre 100 y 500 Å

Å


Microporos si su diámetro está entre los 8 y 100 Å.

215

CLASIFICACION DE LOS POROSa) Macroporos : 500 a 20.000 (Å) (vías de acceso a mesoporos).

b) Mesoporos : 100 a 500 (Å) (adsorben moléculas medianas y grandes).

c) Microporos : 8 a 100 (Å) (útiles para fase gaseosa y moléculas pequeñas).

50 x

100 x


100 x 500 x

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216

Adsorción de Oro como complejos:

Carbón Activado

Au(CN)2-

Au(NH3)2+

Au(S2O3)23-


Seno de la Solución Área disponible

sólo a la solución Área disponiblea la solución y

iones pequeños

Área disponibleal adsorbando y a la solución

217

Car

bón

Au (CN)2 aniones

CN aniones

Na K ó otros cationes

-

-

+ +

Sup

erfic

ie d

el Na , K ó otros cationes

H2O moléculas


Representación esquemática de Adsorción de oro como“par iónico” sobre el carbón activado.

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218

Superficie externa

Mesoporos

Macroporosd > 50nm

p2<d<50nm

Microporosd < 2nm


Representación esquemática del sistema poroso de uncarbón y clasificación de los poros según su tamaño (d =dimensión característica del poro). Los círculos representanlas moléculas del adsorbato.

219

Carbón activo en forma de polvo Carbón activo granular

troceado conformado

Algunos tipos de carbón activado

Fibras de carbón Telas de carbón

Monolitos hechos íntegramente de carbón Monolitos cubiertos de una capa de carbón


Membrana de carbón sobre un tubo de acero

110


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220

El carbón activado es carbón poroso que se produceartificialmente de manera que exhiba un elevado grado deporosidad y una alta superficie interna. Estas características,

¿QUE ES EL CARBON ACTIVADO?

junto con la naturaleza química de los átomos de carbonoque lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar demanera preferencial ciertas moléculas del fluido que rodea alcarbón.A esta propiedad se le llama adsorción; al sólido se ledenomina “adsorbente” y a la molécula atrapada,“adsorbato”.


La unión entre el carbón y el adsorbato se lleva a cabopor medio de fuerzas de London, que son unas de lasclases de fuerzas de van der Waals. Estas sonrelativamente débiles y, por lo tanto, reversibles.

221¿Por qué es importante el proceso de activación?

Las características específicas de los distintos tipos de carbones activadosdependen principalmente de:a) La materia prima.b) El proceso de activación utilizado.Es importante mencionar que una misma materia prima que sea activada porprocesos diferentes dará como resultado carbones con propiedades

¿Qué es el proceso de activación?

El proceso de activación consiste básicamente en reordenar los átomos decarbono en anillos tipo benceno para lograr una estructura cristalina reticularsimilar a la del grafito, en otras palabras, la activación consiste en"multiplicar" la cantidad de poros de un carbón dando como resultado unaestructura extremadamente porosa de gran área superficial disponible parallevar a cabo el proceso de adsorción de impurezas que provocan olor color

p p pdiferentes.


llevar a cabo el proceso de adsorción de impurezas que provocan olor, coloro sabor indeseable.

111


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222

¿Cuáles son los principales procesos de activación?

Existen básicamente dos procesos a través de los cuales se puede lograr laactivación:a) Proceso Físico.b) Proceso Químico.

Proceso Físico

La activación física consiste en oxidar lamateria prima a altas temperaturas enpresencia de un agente oxidante


presencia de un agente oxidante,usualmente, vapor de agua. Debido aque la reacción es endotérmica esnecesario generar una temperaturaconstante, normalmente y dependiendode la materia prima, ésta es de 800 °C.

223

Proceso Químico


La activación química se basa en la deshidratación de la materia prima,mediante substancias químicas y a una temperatura media (400 a 600 °C.),ésta depende de la substancia química a utilizar para activar el carbón.Los agentes químicos normalmente utilizados son el ácido fosfórico, el clorurode zinc y el ácido sulfúrico.

112


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224

Precursor

Molienda y clasificación Mezcla con un ligante briqueteado

moliendaextrusión

carbonización

activación

Molienda y clasificación

Carbón activado granular Carbón activado en polvo


Diagrama de los diferentes procesos que pueden tenerlugar en la activación térmica.

acondionamiento

225

Precursor

molienda

Impregnación

Tratamiento térmico

lavado

Recuperación del agente activante


Diagrama de la activación química

secado

Molienda, clasificación, acondicionado

113


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226

En términos generales las variables más importantes que afectan la adsorción son:Temperatura, pH y tamaño de partícula.

TEMPERATURA

VARIABLES QUE AFECTAN LA ADSORCION EN FASE LIQUIDA

TEMPERATURAUna mayor temperatura generalmente permite llegar al equilibrio más rápidamente;sin embargo, la cantidad de impureza adsorbida es menor. Esto quiere decir que siel tiempo no fuera Importante, se podría lograr una mayor adsorción a menortemperatura; lo cual rara vez es práctico a nivel industrial, por lo que aumentar latemperatura- cuando es posible- normalmente resulta benéfico.

pH- Muchos compuestos que provocan color, varían su estructura y su color al cambiarel PH. En la mayoría de los casos la decoloración a pH más bajos es más eficiente


el PH. En la mayoría de los casos la decoloración a pH más bajos es más eficientepor 2 razones:- Los compuestos que generan color normalmente tiene una alta dependencia conel PH, siendo menos intenso a PH menor.- Posiblemente la adsorción es más eficiente a PH más bajo.Cuando se tiene certeza del comportamiento, es mejor no modificar el pH y buscarun carbón activado con pH cercano al proceso.

227

Como ya se mencionó, el área del carbón es interna y enconsecuencia el tamaño de la partícula no tiene efecto sobrela capacidad adsortiva del carbón Sin embargo sí tiene

TAMAÑO DE PARTICULA DEL CARBON

la capacidad adsortiva del carbón. Sin embargo, sí tieneefecto sobre la velocidad para alcanzar el equilibrio.Por ejemplo: En una aplicación determinada probablementese requerirán varias horas de contacto usando carbóngranular, para obtener el mismo resultado que se tendríausando carbón pulverizado y 30 minutos de contacto. Lasdesventajas de una menor partícula son:


- En el caso de carbones granulares: Mayor caída de presión.

- En el caso de carbones pulverizados: Menor Filtrabilidad.

114


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228

EL PROCESO DE ADSORCION

Es conveniente analizar primero elProceso de Adsorción, para asícomprender mejor como es que elcarbón activado realiza su función.La adsorción es un proceso por elcual los átomos en la superficie delcarbón, atraen y retienen moléculasde compuestos e iones.Estas fuerzas de atracción sonconocidas como “Fuerzas de Van


Der Waals”. Por lo tanto al ser unfenómeno que ocurre en lasuperficie, mientras mayor áreasuperficial disponible tenga éstesólido, mejor adsorbente podrá ser.

229Los carbones activados se encuentran comercialmente disponibles en variasformas: polvos, gránulos, en varios rangos de tamaños y formas o productosmoldeados extruidos dependiendo de la materia prima del cual se fabrica y suutilización. El carbón estruido en forma de cilindro tiene comúnmente entre 0,8 a 6mm de diámetro por 3 a 10 mm de largo.

Carbon activado fabricado por extrusión a partir de cascaras de coco para cianuración.

Las propiedades más importantes de un carbón activadopara la extracción de oro son:


para la extracción de oro son:Alta Capacidad de Adsorción.

Velocidad de Adsorción Rápida.

Buena Resistencia Mecánica y Resistencia al Desgaste.

Características de Reactivación.

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230

• Remoción de impurezas que le dan color, olor y sabor alagua potable.

• Recuperación de oro.

APLICACIONES

• Respiradores de cartucho• Purificación de aire y gases• Eliminación de olores en lugares cerrados: cocinas,

bodegas, refrigeradores, etc.• Adsorbente de etileno para evitar la maduración prematura

de frutas y verduras.


y• Tratamiento de emisiones atmosféricas.• Tratamiento terciario de aguas residuales.• Tratamiento de agua en procesos industriales.• Eliminación de olores en plantillas de zapato.

231

APLICACIÓN DE LOS DISTINTOS CARBONES ACTIVOS A AGUAS RESIDUALES

BASEMATERIAL

DEL CARBÓN

TIPOPRODUCTOGALAQUIM

DUREZA DISTRIBUCIÇON DE TAMAÑO DE POROS

TIPOS DE CONTAMINANTES A RETENIDOS

ACTIVO GALAQUIM

Cáscara de coco GCOPCO ++++ Microporoso

Moléculas pequeñas: compuestos clorados,Compuestos orgánicos volátiles, etc.

Mineralbituminoso

GMIPMI +++ Mesoporoso Compuestos peso molecular intermedio> herbicidas,

Pesticidas, etc

Mineral ligníticoHOK GHOK PHOK S

++ Amplia distribución porosContaminantes tamaño molecular variado: aguasResiduales distintos orígenes (municipales)

Madera GMAPMA

+ MacroporosoContaminantes alto peso molecular: grasas, aceites,Tintes, etcAguas residuales industriales (textil, alimentación,Petróleo, etc)


116


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232

FUNCIONAMIENTO DE COLUMNAS DE CARBON ACTIVADO

oC oC oC oCoC

Curva de ruptura idealizada

oC3CbC1C

δ

δδ<

oCxC

Vs

oC

e

8

EXHAUSTION POINT

ECO

NC

ENTR

ATI

ON


bC

bV Vxb

BREAKTHROUGH CURVE

BREAKTHROUGH POINT

EFFL

UEN

T SO

LUT

V. EFFLUENT VOLUME

233

La figura anterior muestra una curva de ruptura idealizado.

Los datos de una curva de ruptura son recolectados desdeun estudio a nivel piloto.

La curva relaciona la concentración de adsorbato con elvolumen de efluente tratado por la(s) columna(s) de carbónvolumen de efluente tratado por la(s) columna(s) de carbónactivado.

En la figura C es la concentración de soluto y V es elvolumen de liquido que pasa a través de la columna.

La ruptura está relacionada a la formación y movimiento dela zona de adsorción activa y la zona saturada en columnas


de adsorción.

Cuando se alimenta la columna por la parte superior de unlecho limpio de carbón activado, inicialmente la remocióninicial de gran parte del adsorba ocurre en el extremosuperior de la columna.

117


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234La zona saturada se mueve a través del lecho precedida porla zona de adsorción activa de profundidad δ.

Por simplicidad, se asume que toda la adsorción ocurre en lazona de adsorción activa y que la zona por detrás de ellaestá completamente saturada.

Cuando el frente de la zona activa alcanza el fondo del lechoCuando el frente de la zona activa alcanza el fondo del lecho,ocurre la ruptura de la columna y la concentración de solutoen el efluente de salida de la columna se incrementarápidamente.

Finamente, el carbón activado estará completamentesaturado y la concentración de soluto en el efluente en elpunto de saturación Cx, se aproximará a Co, que es laconcentración de soluto del influente


concentración de soluto del influente.

En la practica el punto de ruptura es definido como laconcentración de soluto del efluente que alcanza un valor de0,05·Co, o el requerimiento de calidad del efluente. El puntode agotamiento es usualmente definido como Cx = 0,95·Co.

235

El punto en la curva de ruptura al cual la concentración desoluto del efluente alcanza su valor máximo es llamado elpunto de ruptura.

El punto donde la concentración de soluto del efluentealcanza el 95% de su valor en el influente es referido como el

t d t i tpunto de agotamiento.

Para el calculo de la zona de adsorción activa, el tiempo deagotamiento se define como tx, mientras que el tiempo depaso a través de la zona de adsorción activa como td:


118


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236

Donde Vb = volumen de líquido que pasa a través de la columna en elpunto de ruptura, Vx = volumen de líquido que pasa a través de lacolumna en el punto de agotamiento, Q = flujo volumétrico o caudal,Fm = flujo másico de líquido, A = área transversal de la columna.

L l id d l l l ti t é d l lLa velocidad a la cual la zona activa se mueve a través de la columnase asume como constante, excepto en el periodo en que estáformándose. La velocidad define la altura de la zona de adsorciónactiva δ:


Donde L = Longitud de la columna, tf = tiempo de formación de la zonaactiva, Uδ = velocidad de la zona activa, tδ = tiempo de paso de laaltura de la zona de adsorción.

237

El tiempo de formación en la zona de adsorción activa puede serestimado como tf :

Donde f = capacidad fraccional de la zona de adsorción activa, Ps =cantidad de soluto adsorbido en la zona de adsorción activa desde laruptura hasta el agotamiento, y Ptc = capacidad total del carbón en lazona de adsorción activa:


119


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238

Entonces,


239

Ps es igual al área achurada entre los puntos b, g y e en lacurva de ruptura idealizada, C es la concentración de soluto,Co es la concentración de soluto del influente, Cx es laconcentración de soluto del efluente en el punto depagotamiento, V es el volumen de liquido que ha pasado através de la columna y dV es el diferencial de volumen.

Cuando f se aproxima a 1, tf se aproxima a cero, y sesuponen condiciones de flujo pistón ideal.

Cuando prevalecen las limitaciones de la transferencia e


Cuando prevalecen las limitaciones de la transferencia emasa, la curva de ruptura aumenta muy rápidamente.

120


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240

La profundidad de la zona activa, δ puede ahora serexpresada en términos de la capacidad fraccional, f:

Cuando la ruptura de la columna ocurre, la única porción dela columna de adsorción que no ha sido saturada, agotada o


en equilibrio con la concentración de soluto del influente (C),es la porción final de profundidad d en la columna.

241

La capacidad total de adsorción hasta la ruptura puede ser definidacomo:

Donde Sb = masa de soluto adsorbido en el equilibrio por unidad deárea transversal del lecho de adsorción, (x/m)Co = masa de elementoadsorbido por unidad de masa de carbón en la concentración deequilibrio Co, rp = densidad aparente del lecho de partículas de carbóny L = Longitud o profundidad del lecho.

La capacidad de adsorción efectiva de una columna de carbóndepende de la capacidad fraccional f. Cuando la capacidad fraccional


p p p(f) disminuye, la altura de la zona activa de adsorción (d) incrementaen tamaño y la masa de soluto adsorbida por área transversal (Sb)disminuye.

Por lo tanto, es muy importante maximizar la capacidad fraccional (f)en la zona de adsorción activa.

121


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242


243


122


[email protected]

244

COLUMNAS QUE CONTIENEN CARBON ACTIVADO

Aguacontaminada

GránulosDe carbónactivado


Agualimpia

245

Wastewaterinfluent

Backwash

FreshCarbon

Filll

Esquema de una columna

de carbón activado

Bed expansionDuring backwash

Backwash

T t d

GranularActivatedCarbon

Bed

CollectorfDistributor


TreatedEffluent

SpentCarbon

Discharge

Carbon Adsorption for Downward Flow

123


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246

Vent

RECYCLEBIOMASS

FluidizedAdsorbentMedia

PFM∞

BiomassHarvestingSystem

Di t ib t

Media

0


Distributor

FrothFlow ContactorINFLENT

Fig .34. Fluidized bed biological (FBB) granular-activated plant (source: Hydroxyl System Inc.

247

INTERCAMBIO IONICO• Algunos minerales (por ej. zeolitas, arcillas) presentan

cargas de tipo electrostático estructurales, debido a laexistencia de substituciones isomórficas (por ej. Al3+ porSi4+)Si4+).

• El defecto de carga es compensado por iones en posicionesintracristalinas y superficies (Na+, K+, Ca2+, Mg2+).

• Intercambio iónico: Intercambio entre iones en posicionesintracristalinas/superficies e iones en solución.K+


K

Na+ Na+ Na+

- - - Sólido

Líquido

124


[email protected]

248

INTERCAMBIO IONICO

TABLE 10.4 Cation exchange capacities (CEC’s) of some substances measured at pH 7 and their pH dependences

Substance CEC (meq/100 g) pH dependence

KaoliniteGlauconite (green sand)Illite and chloriteSmectite – montmorilloniteVermiculiteZeolitesOrganics in soils, humic materials

3 to 1511 to 2010 to 4080 to 150

100 to 150100 to 400100 to 500

StrongSlightSlightAbsent or negligibleNegligibleNegligibleStrong


Langmuir (1997)

Mn (IV) and Fe (III) oxyhydroxidesSysnthetis cation exchange resins

100 to 740290 to 1020

Strongslight

Source: Grim (1968); Brady (1974); Mumpton (1977); Bodek et al. (1988); Lide (1995)

249

COMPUESTOS INORGANICOS QUE PUEDEN SER UTILIZADOS COMO MATERIALES ADSORBENTES

O INTERCAMBIADORES IONICOSAluminaAmmonium molybdophosphateAntimonate acidAntimonate acidBarium sulfate (activated by calcium)Cobalt hexacyanoferrate (with potassium hexacynoferrate)Copper oxide Ferric hydroxideMagnesium oxideMagnesium dioxideNickel hexacyanoferrate (with/without manganese dioxide or potassium hexacynoferrateSilicaSodium titanateTin antimonate


Tin antimonateTitanium antimonateTitanium dioxideTitanium phosphateZinc oxideZinc titanateZirconium oxideZirconium phosphate

125


[email protected]

250Adsorbent Notable properties Applications

Activated carbon

Silica gel

Activated alumina

Hydrophobic surfacesLow cost

Hydrophobic surfacesHigh capacity (for dryingAgents)Surfaces can be madehydrophobic

Hydrophobic surface

Removal of organicPollutants from air orWaterDrying gases or organicliquids

Drying of gases or organic

Ejemplos de adsorbentes

comunes

Zeolites (molecularSieves)

Carbon molecularSieves

Organic solids(polymers)

Very hydrophilicUniform poresLower capacities thanSilica gel or activatedalumina

y p

Hydrophobic surfacesApproximately uniformporesModerately expensiveHydrophobic internalsMore expensive than

LiquidsDriying of gases of liquidsSeparation of gas mixtures

Gas separations

Removal of organics fromgases


Reactive (irreversible)adsorbent

More expensive thancarbon

Reactive msurfacesSpecific to somecontaminants

gases

Removal of traceContaminantsUsually not cost effectiveFor removing more thanTrace quantitiesOften Usted for strong acidOr reactivecontaminants

251

RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO

El intercambio iónico es un fenómeno de adsorción donde elmecanismo de adsorción es electrostático.

El intercambio iónico (IX) ocurre cuando los iones que estánunidos por fuerzas electrostáticas a grupos funcionales sobreuna superficie sólida, son intercambiados por iones de cargasimilar presentes en una solución en la cual el sólido estainmerso. El sólido es llamado resina.

Los iones adsorbidos reemplazan a los iones que están


Los iones adsorbidos reemplazan a los iones que estánsobre la superficie de la resina, en una proporción de cargas1:1.

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252

POR EJEMPLO

+−−HR

+−−HR

+−−HR

+−−HR

++ Na4

+−−NaR

+−−NaR

+−− NaR

+−−NaR

++ H4


253

El IX puede ser realizado en procesos batch o en columnas.

Los sistemas batch son menos complejos que los sistemasLos sistemas batch son menos complejos que los sistemas

columnares, sin embargo, son también ineficientes.

Por esta razón, la mayoría de los proceso IX son realizados

en columnas.


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254

APLICACIONES DEL INTERCAMBIO IONICO EN EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES

LIQUIDOS

• Ca, Mg se intercambian con Na o H.• Fe, Mn.• Recuperación de metales valiosos tales como Ag, Au, U.• Desmineralización (intercambio de todos los cationes por H y

todos los aniones por OH).


• Remoción de NO3, NH4, PO4 .

255

El empleo de resinas de intercambio iónico es una posiblesolución al tratamiento de efluentes procedentes de laindustria de refinado de metales.

La acumulación de metales pesados en el medio ambienteLa acumulación de metales pesados en el medio ambientees un serio problema para la salud debido a su alta toxicidad,su capacidad de acumularse en los tejidos y, además, que noson biodegradables.

Esta situación ha generado una serie de regulaciones encuanto a emisiones de metales tóxicos al entorno, que hanobligado a la industria a conceder una gran importancia al


g g pcontrol de sus efluentes.

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En esta área de aplicación, las resinas orgánicas deintercambio iónico son las predominantes, pero seencuentran muchos ejemplos de empleo de zeolitasnaturales y sintéticas en el tratamiento de efluentescontaminados, así como de biomateriales basados enchitosan o alginato.


257

Existen intercambiadores iónicos sintéticos y naturales. Lasresinas naturales han sido llamadas zeolitas, arenas verdes,y otros.

Con pocas excepciones, la mayor parte de las resinasusadas hoy en día son sintéticas.

Estas ultimas son fabricadas de una matriz polimérica congrupos funcionales iónicos solubles, adheridos a las cadenaspoliméricas.


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258

Cuando la resina es utilizada, se puede aplicar una soluciónconcentrada del grupo funcional, para regenerar la resina.

C l i t h l ióComo la resina es costosa, en muchos casos la regeneraciónes un deber económico.


259

• Naturales: Proteínas, Lignitas, Carbón.

TIPOS DE INTERCAMBIADORES IONICOS

• Óxidos metálicos, Aluminosilicatos (zeolitas)(NaOAl2O3

.4SiO2).

• Zeolitas sintéticas y lo mas común: resinas poliméricas(macroreticulares, grandes poros).


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260

Las resinas poliméricas son hechas en redes 3-D porcadenas de hidrocarburos interconectadas.

La resina resultante es insoluble, inerte y relativamente rígida.

Los grupos funcionales están adheridos a esta base.


261261

Polymerchanis Cross-links

Fixed resinFunctional groups


ExchangeableCounterions

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RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO:


263

RESINA ANIONICA CATIONICA DE LECHO MIXTO


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RESINA ANIONICA DE LECHO MIXTO


265

MONOESFERA NO-MONOESFERA


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Las resinas se clasifican principalmente en base al tipo degrupo funcional que contienen.

CLASIFICACION DE LAS RESINAS

INTERCAMBIADORES CATIONICOS:

- Fuertemente ácidos – grupos funcionales derivados deácidos fuertes, ej: R-SO3H (sulfónico).


- Débilmente ácidos – grupos funcionales derivados de ácidosdébiles, ej: R-COOH (carboxílico).

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Intercambiadores Aniónicos:

- Fuertemente básicas – grupos funcionales derivados decompuestos de amonio cuaternarios, R-N-OH.

- Débilmente básicas – grupos funcionales derivados deaminas primarias y secundarias, R-NH3OH o R-R’-NH2OH.


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TIPOS DE RESINAS DE INTERCAMBIO:

CATIÓNICAS: Intercambia iones positivos (cationes)Estructura con grupos funcionales ácidosg p(resina ácido fuerte/ácido débil)Ej. Fuerte: Ac. Sulfónica

ANIÓNICAS: Intercambia iones negativos (aniones)Estructura con grupos funcionales básicos(resina base fuerte/base débil)


Tipo de grupo funcional determina la SELECTIVIDAD yPOSICIÓN DEL EQUILIBRIO DE INTERCAMBIO.

269

FUNCTIONAL GROUPS

CATION EXCHANGERS ANION EXCHANGERS

TYPE FUNCTIONALGROUP TYPE FUNCTIONAL

GROUP

Sulfonic acid

Carboxylic acid

Phosphonic acid

Phosphinic acid

+−− HSO3

+−− HCOO

+−− HPO3

+− HHPO2

Quatemary amine

Quatemary amine

Tertiary amine

Secondary amine

−+− OHCHN 33) (

+− )() ( 23 EtOHCHN−+− )) ( 23 OHCHNH−+− )) ( 232 OHCHNH


Phenolic

Arsonic

Selenomic

+−− HO

+−− HHAsO3

+−− HSeO3

Primary amine −+− OHNH 3

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Las resinas y sus aplicacionesComunes de reducción/remoción

Problema RegeneranteResinaAlcalinidadArsénicoCianuro

ABF IIABF IABFI

NaCl o KClNaCl o KClNaCl o KCl

+5

CobreHierroNitratoSelenioRadioSulfatosUranioFluoruro

CAFCAFABF IIABF ICAFABF IIABF IIABF II

NaCl o KClNaCl o KClNaCl o KClNaCl o KClNaCl o KClNaCl o KClNaCl o KClNaCl o KCl

Donde:


CAF = intercambiador catiónico de Ácido fuerteABF I = anión de base fuerte Tipo IABF II = anión de base fuerte Tipo II

271

GENERAL PROPERTIES OF LON EXCHANGERS

Exchange Capacity,

Exchanger, cycle

Cation exchangers:Natural zeolite, NaSynthetic zeolite, NaResin, NaResin H

175-350350-700350-1760350-1760

NaClNaClNaClH2SO4

3-62-31.8-3.62-4

Regenerant

Regenerant Requirement,geq

m3 m3

geq


Resin, HAnion exchanger:

Resin, OH

350-1760

700-1050

H2SO4

NaOH

2-4

5-8

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272

SELECTIVIDAD Y COEFICIENTE DE ACTIVIDAD

La Selectividad es una propiedad de un medio deintercambio iónico; representa la preferencia que tiene elintercambio iónico; representa la preferencia que tiene elmedio por diferentes iones.

La preferencia por determinados iones se expresa a menudoa través de una relación de equilibrio utilizando el coeficientede actividad.


Las reacciones de intercambio iónico son estequiométricas yreversibles. Ellas son del siguiente tipo:

273

Para el intercambio de B+ en solución por A+ sobre la resina:

++++ +−↔+− ABRBAR

Donde R es la resina, A+ es el ion funcional, y B+ es el ionoriginalmente encontrado en la solución.

El grado al cual el intercambio ocurre depende de la

+↔+ ABRBAR


selectividad de la resina por el ion intercambiado.

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274

El coeficiente de selectividad K es definido como ladistribución relativa de iones cuando una resina cargada espuesta en contacto con diferentes iones pero de similarcargacarga.

[ ][ ]

[ ][ ] solution

solution sin sin

inBinAx

reinAreinBK

+

+

+

+

=


La magnitud de K representa la preferencia relativa poradsorber B+ en comparación a A+.

275

Desde otro punto de vista:

El superíndice y subíndice el la selectividad indican ladirección de la reacción. El superíndice es el lado de los


reactantes y el subíndice el lado de los productos de lareacción de intercambio.

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276

Los coeficientes de selectividad son reportados para variasresinas y varios iones intercambiables.

L fi i t d l ti id d d bi dLos coeficientes de selectividad pueden ser combinados paradar una variedad de nuevos coeficientes de selectividad.

Por ejemplo:


277

También notar que:


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Despreciando las correcciones de actividad, se puedeescribir:

Donde:[A+], [B+]= mol A+, B+ por litro de acuoso.


[A ], [B ] mol A , B por litro de acuoso.

= mol de A+, B+ en la resina por litro de resina.

279

El coeficiente de selectividad es una constante deequilibrio operacional o de pseudoequilibrio.

¿Por qué?............

El coeficiente de selectividad es solo aplicable sobre unrango estrecho de concentraciones debido a que loscoeficientes de actividad varían con la concentración.


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280

PREFERENCIA IONICA Y AFINIDAD PARA DIFERENTES IONES

Strong AcidCationExchanger

Strong BaseAnionExchanger

Weak AcidCationExchanger

Weak BaseAnionExchanger

Weak AcidChelateExchanger

Barium (2+)Lead (2+)Mercury (2+)Copper (1+)Calcium (2+)Nickel (2+)Cadmium (2+)Copper (2+)Cobalt (2+)Zinc (2+)Cesium (1+)

( )

Iodide (1-)Nitrate (1-)Bisulfite (1-)Chloride (1-)Cyanide (1-)Bicarbonate (1-)Hydroxide (1-)Fluoride (1-)Sulfate (2-)

Hydrogen (1+)Copper (2+)Cobalt (2+)Nicket (2+)Calcium (2+)Magnesium (2+)Sodium (1+)

Hydroxide (1-)Sulfate (2-)Chromate (2-)Phosphate (2-)Chloride (1-)

Copper (2+)Iron (2+)Nicket (2+)Lead (2+)Manganese (2+)Calcium (2+)Magnesium (2+)Sodium (1+)


Iron (2+)Magnesium (2+)Potassium (1+)Manganese(2+)Ammonia (1+)Sodium (1+)Hydrogen (1+)Lithium (1+)

282

CHELATING CATION RESIN SELECTIVITIES FOR METAL

METALKM/Caa

Hg+2........................... 2,800Hg ........................... 2,800 Cu+2........................... 2,300 Pb+2........................... 1,200 Ni+2 .......................... 57 Zn+2........................... 17 Cd+2........................... 15 Co+2........................... 6.7 Fe+2 4 7


Fe+2............................ 4.7 Mn+2............................ 1.2 Ca+2............................ 1

• Selectivity coefficient for the metal over calcium ions at apH of 4.

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ISOTERMAS DE INTERCAMBIO IONICO

Las isotermas son una alternativa a los coeficientes deselectividad para describir el equilibrio.

Estas isotermas tienen la forma de una típica isoterma deadsorción: Freundlich, Langmuir, etc.


284

Small scaleion exchange

columns


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285

LARGE-SCALE ION EXCHANGE COLUMNS285


286

OPERACION UNITARIA DE INTERCAMBIO IONICO

Cation waste stream Regenerant

Backwash waste(Rinsing waste)

⎢⎣

⎡ ) ( cyclesodiumNaCl

)(; 42 cyclesodiumSOHHClor− ⎥

⎦

⎤Anionic waste Regenerant

Backwash waste(Rinsing waste)

⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤NaOHor− OHNH 4

(Rinsing waste) ⎣ )(; 42 cyclesodiumSOHHCl ⎦

Cation exchanger Anion exchanger


Backwash(and rinsing)

Regenerantwaste

Sodium salts (sodium cycle)or

Acids (hydrogen cycle)−⎢⎣

⎡⎥⎦

⎤

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

Backwash(and rinsing)Regenerant

Waste stream(cation salts)

(a) Cation exchanger (a) Anion exchanger

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Elementos típicos de una columna deIntercambio en lecho fijo:

Inlet distributor and Backwash outlet

OPERACIÓN CÍCLICA: Etapas• Tratamiento (hasta agotamiento o punto

de ruptura establecido)• Lavado contracorriente (opcional):

limpieza y uniformidad del lecho• Regeneración (resina vuelve forma original)Lavado (eliminar exceso regenerante)

Freeboard

Bed depth

Regenerant distributor

Effluent distributor

Resinbed


•Lavado (eliminar exceso regenerante)Exhaustion

Rinse Operating cycle Backwash

Regeneration Figure 3 Fixed – bed column contactor

288

EluateIn

FeedIn

EluateIn

Bed1

Bed2


EluateOut

ProductOut

EluateOut

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Feed In

El t I

Bed1

Bed2

Bed3

Elute In

Elute Out


Feed Out

290

ZONA ACTIVA O ZONA DE INTERCAMBIOFeed

−−δ −δ −

L

1C1C 2C bC

−−δ δ=<

Exhaustion

Clean water

uent

sol

ute

conc

entra

tion


0 oC

bC

bV xV

Efflu

Volume of water treated, V

(b)(a)

Effluent

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291

Masa total de contaminante que escapo a la remoción desdeel inicio hasta que comenzó la ruptura

Masa de contaminante retenido en la zona activa:


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294

Técnicas de Tratamiento de Efluentes Aplicación al As

Toxicidad

Las principales rutas de exposición de las personasLas principales rutas de exposición de las personasal arsénico son la ingesta e inhalación. El arsénico esacumulable en el organismo por exposición crónica ysuperados ciertos niveles de concentración, puedeocasionar afecciones como alteraciones de la piel(dilatación y relajamiento de los capilares cutáneos),lesiones dérmicas (neoplasias de piel), vasculopatías


periféricas ("enfermedad del pie negro"), además deenfermedades respiratorias; neurológicas (neuropatías periféricas), cardiovasculares y diversostipos de cáncer (pulmón, riñón, hígado, vejiga y depiel).

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Además, personas que ingieren de forma prolongada arsénicoinorgánico, vía agua de bebida, pueden presentarhiperqueratosis palmo- plantar cuya manifestación principal es lapigmentación de la piel y callosidades localizadas en las palmasde las manos y pies.La toxicidad del arsénico depende de:- El estado de oxidación- La estructura química- La solubilidad en el medio biológico

La escala de toxicidad del arsénico decrece en el siguienteorden:


orden:

Arsina (H3As) > As+3 inorgánico (arsenito) > As+ 3 orgánico > As+5

inorgánico (arsenato) > As+5 orgánico > compuestos arsenicalesy arsénico elemental

296

ARSENICO

El arsénico se encuentra en muchas formas alotrópicas y tienep ypropiedades a la vez metálicas y no metálicas.

El arsénico se presenta en forma natural en rocas sedimentariasy rocas volcánicas (forma el 0,00005% de la corteza terrestre) ytambién en aguas geotermales.

En la naturaleza se presenta con mayor frecuencia en forma de


En la naturaleza se presenta con mayor frecuencia en forma desulfuro de arsénico (oropimente, As2S3) y arsenopirita (FeAsS),encontrándose éstos, generalmente, como impurezas endepósitos mineros.

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298

Arsénico en el aguaEn aguas superficiales con alto contenido de oxígeno, laespecie más común es arsenato (As+5).

Bajo condiciones de reducción, generalmente en los sedimentosde los lagos o aguas subterráneas, predomina el arsenito(As+3).

El arsenito se encuentra en solución como H3AsO3, H2AsO3-,

H2AsO4- y H2AsO4

-2 en aguas naturales con pH entre 5 a 9.

El arsenato se encuentra en forma estable en aguas con altos


gniveles de oxígeno como H3AsO4 en un rango de pH de 2 a 13.La conversión de As+3 a As+5 o viceversa es bastante lento. Loscompuestos reducidos de As+3 pueden encontrarse en mediosoxidados y los compuestos oxidados de As+5 en mediosreducidos.

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La estructura molecular de As+5 y As+3

Los arsenatos tienen mayorcapacidad de ionizacióndebido a la presencia deldoble enlace. La moléculaque al perder el iónhidrógeno por la disociación,queda con carga negativaf d i i


formando varios aniones.

300

Diagrama de Pourbaix


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Tratamiento del arsénicoLos tratamientos desarrollados describen diversosmecanismos mediante los cuales puede removerse elarsénico, entre ellos cuando se combinan sus iones conmetales como el hierro el aluminio principalmente o el itriometales como el hierro, el aluminio, principalmente, o el itrioy el lantano. Estos metales pueden adsorber el arsénico yaque precipitan masivamente en forma de hidróxidos.

Existen diferentes métodos de tratamiento para reducir elarsénico presente en el agua y alcanzar los niveles de losvalores guía de agua para consumo humano.


Debido a que el As+5 es más fácil de remover que el As+3, eltratamiento se inicia con la oxidación del As+3 a As+5. Losoxidantes más utilizados son: cloro, hipoclorito de calcio ypermanganato de potasio.

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Osmosis InversaEs un proceso para eliminar las sustancias disueltas presentesen el agua, forzando la circulación del agua por una membranasemipermeable bajo una presión superior a la osmótica.

Ventajas: Tiene una eficiencia de más de 95 % de remoción dearsénico disuelto. Este método es efectivo para remover arsénicode aguas subterráneas.

Desventaja: El rendimiento del proceso con osmosis inversa esafectado principalmente por la turbiedad, hierro, manganeso ysílice.


304

NanoflitraciónEs un proceso de separación liquida mediante membranasoperadas bajo presión que permite el paso de solventes y salesmonovalentes, iones metálicos y pequeñas moléculas orgánicas, y p q gde peso molecular en el rango de 200 a 1000. Las membranastienen un tamaño de poro que se encuentra entre los 0.001 y0.005 micrones. Debido al pequeño tamaño, puede removertanto As (III) como As (V).

Ventajas: puede ser llevada a cabo a presiones menores que laósmosis inversa, lo que se traduce en menores costos.


Se han logrado reducciones del nivel de arsénico del orden de65%.

Desventajas: Se tapan los microporos, (pretrat agua. superf.)

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Ablandamiento con CalEs usado para remover la dureza del agua y consiste enadicionar cal (Ca(OH)2) al agua.Este método es efectivo para remover As+3 ó As+5 y la eficienciade la remoción está en función del pH. La remoción de As+5 espmayor al 90 % a un pH de 10.5 o más, siendo el pH óptimo deoperación mayor que 10.5. Por debajo del rango del pH óptimo laremoción disminuye a menos del 20%.

Ventajas: alto rendimiento para remover concentraciones dearsénico de 50 µg/L. La remoción de As+5 es mayor al 90 % a unpH de 10.5 o más, siendo el pH óptimo de operación mayor que


10.5. Por debajo del rango del pH óptimo la remoción disminuyea menos del 20%.

Desventajas: para reducir a 1 µg/l se necesita de un tratamientosecundario.

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Intercambio iónicoInicialmente se inyecta un oxidante, como por ejemplo cloro, paraasegurar la oxidación de As trivalente a As pentavalente.

Variables: pH, iones competitivos, tipo de resina, alcalinidad,concentración de arsénico en el afluente, disposición de la resinay los regenerantes usados, efectos secundarios de la calidad delagua y los parámetros de diseño de la operación.

Ventajas: Este método puede remover fácilmente el arsénico,llegando a recuperaciones del orden de 95-97%.


Desventaja: sulfatos, nitratos, nitritos y otro sólidos disueltostotales compiten con el arsénico y afectan la duración delproceso. Se debe tener en cuenta que no se obtiene ningúnefecto de ablandamiento del agua al utilizar resinas aniónicas.Solo se logra la remoción de arsénico, nitratos y nitritos.

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Coagulación - Filtración

Es un proceso de tratamiento por el cual las cargas eléctricas delas sustancias coloidales disueltas o suspendidas sonneutralizadas con la adición de sustancias insolubles en el aguag(con sales de hierro y aluminio), lo que permite la formación departículas mayores o aglomerados que pueden ser eliminadaspor sedimentación o filtración. El tipo y la dosis del coagulante yel pH influyen en la eficiencia del proceso

El rendimiento del sulfato de aluminio es ligeramente menor queel del sulfato férrico. A un pH de 7.6 o menor, ambos coagulantes


tienen la misma eficiencia de remoción, sin embargo el sulfatoférrico remueve mejor a un pH menor de 7.6. Se determinó que adosis mayores de 20 mg/l de cloruro férrico ó 40 mg/l de sulfatode aluminio se alcanza una remoción de As+5 de más del 90 %. Abajas dosis de coagulantes la remoción de As+5 es menor.

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Alúmina activadaEs un tipo de intercambio iónico, donde los iones presentes en elagua son adsorbidas por la superficie oxidada de la alúmina activada.Alúmina activada es una forma granulada de óxido de aluminio queha sido tratada térmicamente (calentamiento a 800°C). Absorbe congran eficiencia químicos inorgánicos. La alúmina activada adsorbepreferentemente H2AsO4

- (As+5) más que H3AsO3 (As+3) además deotros iones competitivos, tal como se muestra en la siguienterelación:OH-> H2AsO4

->Si(OH)3O- >F- >HSeO3- >TOC>SO4

2->H3AsO3

Ventaja: Es altamente selectiva para remover el As+5 y efectiva para


tratar agua con alto contenido de sólidos disueltos totales Estemétodo tiene alta remoción de arsénico a pH 8,2.

Desventaja: En la superficie de adsorción de la alúmina activadapueden interferir el selenio, fluoruro, cloruro y sulfato.

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Electrodiálisis

Se trata de un método nuevo, aceptado para la remoción del As.Puede llegar a eficiencias de tratamiento del 80%, pero si serealiza el reciclado de las soluciones residuales se alcanzanrealiza el reciclado de las soluciones residuales, se alcanzanvalores más elevados.

Ventajas: se trata de una técnica generalmente automatizada,por lo que puede considerarse apropiada para sistemaspequeños.


Desventaja: Tiene costos de operación altos debido al uso deenergía eléctrica.

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Hidrogel activado de Hidróxido de Al.

En este método la eliminación del Arsénico se basa en un fenómeno deadsorción, producido por un hidrogel activado de Hidróxido de Aluminio puroobtenido por síntesis química en el estado de crema gelatinosa que contieneun agregado de Hipoclorito de Calcio para producir además una desinfecciónun agregado de Hipoclorito de Calcio, para producir además una desinfeccióndel agua basado en las propiedades del Cloro.

El Arsénico en sus dos formas, trivalente y pentavalente, es adsorbido por elHidróxido de Aluminio mediante fuerzas electrostáticas de Van Der Walls.

Agua Artificial (1) 0,100 ppm < 0,010 ppm > 90,0% A A tifi i l (2) 0 500 < 0 010 > 98 0%


Agua Artificial (2) 0,500 ppm < 0,010 ppm > 98,0% Agua Artificial (3) 1,000 ppm < 0,010 ppm > 99,0% Agua Artificial (4) 5,000 ppm < 0,010 ppm > 99,8% Agua Natural (a) 0,450 ppm < 0,010 ppm > 97,7% Agua Natural (b) 0,600 ppm < 0,010 ppm > 98,3%

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Arsénico producto de la refinación del cobre

El arsénico es un residuo peligroso generado del procesamiento p g g pde variados minerales, como en el Cu, Au, Ni, Pb, y Zn.

En el caso del cobre, se disuelven en el, obteniéndose una solución acida de electrolito.

Un electrolito contiene típicamente en g/L: Cu 30 – 60, As 1-7, Ni 1-20, Sb 0,1 – 0,7 y H2S04 150 – 250. En donde el arsénico es la


1 20, Sb 0,1 0,7 y H2S04 150 250. En donde el arsénico es la mayor impureza y debe ser removido.

El arsenico (III) puede existir en las dos formas de ácido: HAsO2y H3AsO3. En soluciones fuertemente ácidas el As3+ existe en la forma de AsO+ .

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Tratamiento Vía SX


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