Estudio de la Sorción e intercambio de iones Pb (II)

• Introducción

Las zeolitas, zeolitoides y arcillas son compuestos de base silícica que se caracterizan debido a su estructura de canales o capas por adsorber iones, moléculas orgánicas y gases. El plomo es un elemento pesado que se encuentra en el grupo 14 del sistema periódico. No existe en la naturaleza en estado nativo sino combinado con azufre y plata. Un gran número de sus sales al estado de oxidación II son poco solubles en agua excepto nitrato y acetato. El plomo es altamente tóxico. Este ingresa en el organismo por vía oral aunque puede absorberse débilmente por las vías respiratorias, la absorción a través de la piel carece de importancia práctica. Este metal es retenido por órganos como el hígado, corteza y médula renal, vaso y pulmón durante largo tiempo. Nuestro país cuenta con varias industrias vinculadas al empleo de este metal por lo que su eliminación en los vertimientos constituye un objetivo clave si pretendemos cumplir con las normas establecidas por el CITMA. Un ejemplo de ello es la empresa militar industrial "Che Guevara" que actualmente vierte sus residuales con contenidos de plomo a una laguna.

Objetivo fundamental:

Estudiar la sorción e intercambio iónico de Pb (II), empleando un silicato sintético obtenido a partir de materias primas nacionales y su utilización para el tratamiento de aguas residuales.

Objetivos específicos:

• Obtener los parámetros adecuados, partiendo de un diseño experimental para sintetizar un zeolitoide de producción nacional.

• Realizar la caracterización físico-química del sorbente a emplear.

• Desarrollar una tecnología a nivel de laboratorio para la producción de silicato de calcio y su evaluación económica.

• Determinar las condiciones del proceso de sorción e intercambio iónico en régimen estático y continuo.

• Resultados

Obtención del Sorbente

Una vez caracterizado el producto desde el punto de vista químico y físico es necesario abordar los aspectos referentes a su producción a nivel de una instalación de laboratorio.

Descripción tecnológica

El proceso de obtención al nivel de instalación de laboratorio del gel de silicato de calcio consta de las siguientes etapas:

• 1. Reacción química

• 2. Reacción química

• 3. Filtración a vacío y lavado

• 4. Secado

• 5. Reducción de tamaño

A continuación se muestra el diagrama de bloque:

• Descripción Operativa

Para realizar la síntesis de 259.5g de Silicato de Calcio se pesan 515.46g de CaCO3, 343mL de HCl al 36% y de aquí se obtendrán 222g de CaCl2. Se carga el reactor con 1L de solución de Na2SiO3 de concentración 1.2mol/L, se conecta el agitador llevándolo a una velocidad de 500 r.p.m y se introduce rápidamente 1L de solución de CaCl2 de concentración 111g/l o 1mol/l. Se espera un minuto y se añade 2L de H2O destilada. Al cabo de dos minutos se detiene la agitación y descarga el reactor al sistema de filtración y lavado para separar el líquido del sólido suspendido, la carga del reactor en el sistema de filtración y lavado se somete a lavados con H2O destilada hasta pH aproximadamente 7 y total eliminación de cloruros. Se carga el secador con 667.36 g de producto con una humedad de 65% cuya operación concluye cuando el sólido retiene 9% de humedad. El producto seco se somete a molinación y se tamiza para separar la fracción deseada, retornándose a molienda la fracción de rechazo.

Caracterización del producto.

Para la caracterización del producto se realizan varios análisis, estos son:

• Calor de reacción

• Análisis químico

• Solubilidad y calor de disociación

• Análisis térmico

• Cinética del secado

• Análisis morfológico

La composición del silicato de calcio se muestra a continuación:

•  Estudio de la sorción e intercambio de los iones plomo (II)

Estudio termodinámico en condiciones estáticas

El estudio comienza con la obtención de la ecuación que rige el proceso de sorción e intercambio en condiciones estáticas por medios mecánicos. Posteriormente se obtiene la curva de adsorción donde se relacionan los valores de qA(Capacidad de intercambio) vs CA(Concentración de equilibrio). Después de analizar las curvas de sorción se hizo necesario encontrar los factores de separación y los coeficientes de selectividad. Como hemos visto anteriormente el primero viene dado por la expresión: