PRECIPITACIÓN QUÍMICA Y
ADSORCIÓN EN EL TRATAMIENTO
DE EFLUENTES CONTENIENDO METALES DISUELTOS
Luis Puente Santibáñez *
RESUMEN
Efluentes industriales conteniendo metales disueltos deben ser tratados para su
disppocisión al ambiente a fin de cumplir con los niveles permitidos por la autoridad
ambiental.
Estos afluentes se generan debido a la actividad minero-metalúrgica y a los procesos de
drenaje ácido.
En el caso de empresas de la pequeña minería el objetivo de debatir la concentración de
metales disueltos en sus efluentes resulta difícil lograr conforme a estandares
ambientales debido principalmente a limitaciones financiera.
El presente estudio enfoca el tema planteando el método de la precipitación química y
luego un proceso de adsorción mediante resinas de intercambio iónico, lo que permitirá
obtener el efluente libre de metales disueltos. Se analizan las ventajas y factores que
intervienen en el proceso en base a pruebas de laboratorio para escalamiento a procesos de
flujo en trabajos futuros.
Palabras Claves: Efluentes, Cobre, Precipitación, Adsorción.
ABSTRACT
Industrial effluents that contains dissolved metals must be treated in order to be the
enviroment and to comply with the standard regulations.
These effluents are generated by the mining and metallurgical activities as well as the
natural acid draining.
In the case of small mining companies the aim is oriented towards diminishing the
concentration of dissolved metals in the effluent according to the regulations, wich is
not very easy to the fulfilled by the companies because of financial limitations.
This work is focused to make use of the capital precipitation method followed by the
process of adsorption by using ion exchange resins, wich will make possible the effluent
to be realised free of dissolved metals. It is discussed the advantages and factors that
play a role in the process, based upon trials at laboratory level in order to scaling it
up in future works.
Key Words: Cooper, Presipitation, Adsortion, efluentes.
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I. INTRODUCCIÓN
Las operaciones minero metalúrgicas generan, entre otros, efluentes líquidos que deben
ser tratados para su disposión al ambiente según estándares permitidos.
Una opción de usar tecnología para efluentes que contengan metales disueltos consiste
abatir estos
contaminantes transformándolos en compuestos inocuos mediante el proceso de
precipitación química.
La implementación del proceso de precipitación química en la pequeña y mediana
minería requiere la infraestructura y equipos que representan costos significativos
frente a ingresos cada vez menores.
Por lo tanto el problema, en el caso de empresas de la pequeña y mediana minería,
implica buscar innovaciones tecnológicas que reduzcan costos pero que permitan procesar
efluentes cumpliendo las disposiciones de la autoridad ambiental.
II. OBJETIVOS
Formular innovaciones tecnológicas en el proceso de abatir metales disueltos en efluentes
generados por empresas de la pequeña y mediana minería.
Determinar principales factores y condiciones de proceso a fin de tener efluentes que
cumplan los niveles permitidos para cobre en solución.
Indicar parámetros para escalamientos a procesos de flujo en trabajos futuros.
III HIPÓTESIS
El método de precipitación química seguido de un proceso de adsorción con resinas de
intercambio iónico permitirá obtener un afluente que cumpla estándares ambientales para
operaciones viables en la pequeña y mediana empresa.
IV. MARCO TEÓRICO
PRECIPITACIÓN QUÍMICA
La precipitación química de un metal en solución mediante un reactivo adecuado esta
determinado principalmente por los siguientes factores:
- La cinética del proceso
- La composición del efluente
- El flujo de efluente a tratar
La cinética del proceso de precipitación química a su
vez depende de variables como la concentración, temperatura. Además de Las condiciones
del proceso como la dosificación del reactivo precipitante y la agitación del sistema
para lograr reacción uniforme en toda la masa reaccionante.
La cinética del proceso permite deducir el tiempo de residencia necesario para que un
volumen de efluente igual al volumen del recipiente reaccione a producto hasta una
determinada fracción convertida.
La composición del efluente influye en el proceso debido a que diferentes metales
disueltos necesitaran diferente concentración de reactivo precipitante conforme a su
producto de solubilidad haciendo que no todos precipiten uniformemente.
El flujo del efluente es un dato para el diseño del equipo necesario en un determinado
sistema de precipitación química, el otro dato es el tiempo de residencia que se obtiene
de la cinética del proceso.
Pero la precipitación química puede ser un proceso eficiente hasta ciertos valores de la
concentración remanente y para seguir precipitando se necesitaría de otra etapa de
precipitación con lo que se incrementan los costos y el tiempo de procesamiento, se
plantea entonces una operación de adsorción para la solución remanente que permita
lograr el objetivo propuesto.
OPERACIÓN DE ADSORCIÓN
Adsorción es una propiedad de superficie por la cual ciertos sólidos (en este caso
resina de intercambio iónico) captan con preferencia determinados metales de una
solución concentrándolos en su superficie.
Para llevar a cabo la operación de adsorción es necesario conocer:
- La curva de equilibrio entre el metal disuelto en la
solución y el metal adsorbido en la resina. La curva de equilibrio se determina
experimentalmente para el sistema en operación.
- Los parámetros de la operación misma
- volumen de la solución que ingresa al intercambiador
- la concentración del metal en la solución,
- el volumen de la resina, y
- la concentración del metal en solución efluente
final.
V. PRUEBAS EXPERIMENTALES
El estudio experimental trata un efluente conteniendo principalmente ion cobre para
tratarlo en una primera etapa por precipitación química con sulfuro de sodio y en una
segunda etapa se hace pasar la solución por un sistema de intercambio iónico a fin de
adsorber el cobre hasta que su concentración permanezca en el rango permitido.
PRECIPITACIÓN QUÍMICA
Las pruebas de precipitación química en laboratorio se realizan en vaso agitado con la
finalidad de estudiar la cinética de precipitación de cobre en solución acuosa mediante
reactivo precipitante sulfuro de sodio. La concentración promedio de la solución inicial
es de 0,42 g de cobre por litro.
Los resultados promedio de estas pruebas se indican en el siguiente cuadro
| Tiempo
(min) |
Concent
(g Cu/l) |
Fracc.
Rx (x) |
Tiempo
resid (min) |
| 0 |
0.42 |
0 |
0 |
| 5 |
0.28 |
0.33 |
4.8 |
| 10 |
0.16 |
0.62 |
15.2 |
| 15 |
0.09 |
0.79 |
33.5 |
| 20 |
0.03 |
0.93 |
111.6 |
| 25 |
0.02 |
0.95 |
166.3 |
Los gráficos 1 y 2 complementan la información y se deduce que la ecuación cinética
del proceso es de la forma: -dC/dt = 0,0957 C exp 0,94
Donde C: concentración de la solución en el tiempo t
Gráfico
N.º 1
Precipitación de cobre con sulfuro |
 |
|
Gráfico N.º 2
Tiempo de Residencia en sistema de flujo |
 |
Para un sistema de flujo respectivo se observa que el tiempo de residencia resulta
alrededor de 166 minutos para una fracción reaccionada (x) igual a 0,95.
ADSORCIÓN
Se construye la curva de equilibrio para el sistema cobre en solución y cobre en la
resina de intercambio iónico en base a diferentes concentraciones de cobre en solución.
Para la operación de adsorción, la concentración de la solución que ingresa al
intercambiador es de 0,1 g Cu/l (YO).
La línea de operación trazada desde el punto (Yo) permite deducir la concentración de
cobre en el efluente final.
Esta concentración para el caso de cobre no debe sobrepasar el valor de 0,001 g Cu/l con
lo que se cumple la reglamentación respectiva.
Los resultados de la curva de equilibrio y operación de adsorción se indican en el
cuadro N.º 2 y gráfico N.º 3
| Cobre
en solución (g Cu/l) |
Cobre
n la resina
(g Cu/l re.) |
Línea
de operación |
| 0.76 |
42.8 |
|
| 0.35 |
41.7 |
|
| 0.22 |
28.2 |
|
| 0.1 |
12.3 |
-0.06 |
| 0 |
7.4 |
0.004 |
GRÁFICO
N.º 3
OPERACIÓN DE ADSORCIÓN |
 |
VI. CONCLUSIONES
- La innovación de combinar procesos de precipitación
química y adsorción hace viable el abatimiento de la concentración de cobre en la
solución muestra hasta los niveles permitidos para su disposición al ambiente.
- Esta tecnología permite disminuir costos en equipos e
infraestructura al evitar una segunda etapa de precipitación química con el beneficio
adicional de reducir el tiempo total de tratamiento.
- En un sistema de flujo se puede trabajar la etapa de
precipitación química hasta una fracción reaccionada de aproximadamente 0.8 que
arrojaría un efluente con una concentración aproximada de 0.1 g de cobre /1 para un
tiempo de residencia de aproximadamente de 33.5 minutos.
- Para la operación de adsorción se ha probado el ingreso
de solución proveniente de la primera etapa con la concentración de 0.1 g Cu/l para
lograr un efluente final con una concentración alrededor de 0.001 g Cu/l en el rango
permitido para el cobre.
- Es importante continuar pruebas experimentales en función
a las diversas variables que intervienen en el proceso a fin de optimizar resultados.
Ver referencias
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Docente EAP Ingeniería Metalúrgica UNMSM
E-mail: lpuentes@unmsm.edu.pe
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