Desulfuracion

ESTUDIO CINÉTICO DE LA ELIMINACIÓN DE CU (II) DE SOLUCIONES ACUOSAS MEDIANTE CASCARILLA DE LAMINACIÓN

Introducción

El cobre, es un metal muy utilizado en la industria que produce numerosos problemas de salud y en gran cantidad puede ser letal. Los síntomas de envenenamiento producido por cobre incluyen náuseas, vómitos, desordenes gástricos, apatía, anemia, calambres, convulsiones, coma e incluso muerte. La inhalación continuada de sprays se relaciona con un incremento en el cáncer de pulmón.

El cobre presente en la disolución acuosa obtenida en la etapa de reextracción se recupera, universalmente, mediante deposición electroquímica en un cátodo de cobre por el proceso de electroobtención. Industrialmente los cátodos son láminas de acero inoxidable o cobre puro y los ánodos están formados por aleaciones de plomo.

La reacción en el cátodo es:

Cu2+ + 2e- → Cu0 E° = 0,34 V

Y la reacción en el ánodo:

H2O → 1/2 O2 + 2 H+ + 2e- E° = - 1,23 V

La reacción neta indica que bajo la aplicación del potencial adecuado el cobre comienza a depositarse en el cátodo y el oxígeno se forma en el ánodo.

Cementación

En el caso del cobre, el agente de cementación de uso más común es el hierro. La reacción global de cementación, aplicada a este elemento, se representa por la ecuación siguiente:

Cu2+ac + Fe0s → Cu0s + Fe2+ac

El cobre cementado es un cobre impuro (pureza del 80,0 - 95,0 %), que contiene cantidades apreciables de hierro, por lo que es necesario un tratamiento para su purificación, aunque en algunos casos un simple lavado con agua a presión permite separar el cobre de la superficie metálica.

El cobre cementado se obtiene como un material en forma de polvo, cuya purificación, para dar lugar a un producto refinado, puede llevarse a cabo mediante:

• Una disolución en ácido sulfúrico y en presencia de oxígeno, con lo que el Fe2+ se oxida a Fe3+ que se puede precipitar y filtrar. La disolución de sulfato de cobre (pura) obtenida se trata a presión en atmósfera de hidrógeno y a alta temperatura para obtener cobre en polvo.

• Una digestión con sulfato de cobre, que desplaza el hierro contenido en el cobre metálico.

Algunas ventajas encontradas en la operación de cementación, para el caso del cobre son:

• Es un método simple, si hay una fuente suministradora de hierro.

• Es una operación efectiva para cualquier concentración de cobre en la disolución de partida, incluso en disoluciones diluidas.

• Es posible operar con disoluciones impurificadas por otros metales.

Cambio Iónico

Las resinas de cambio iónico para la retención selectiva de cobre se utilizan en casos especiales, como por ejemplo para la recuperación de metales disueltos en aguas residuales de galvanoplastia

Precipitación

El método estándar para eliminar metales pesados de efluentes acuosos es la precipitación química de hidróxidos, sulfuros y carbonatos. En este procedimiento se adiciona un agente precipitante a la disolución, para que la parte aniónica del mismo se combine con el ión metálico y forme un nuevo compuesto metálico insoluble.

Esta forma de precipitación suele ser rápida, en el caso de los hidróxidos, además estos pueden formarse por reacciones de hidrólisis como:

Men+ + nH2O → Me(OH)n + nH+

Los datos de experimentales indican que los procesos de precipitación de los hidróxidos pueden reducir la concentración de cobre, plomo y cinc en el tratamiento de efluentes hasta 0,5 mg/L con el adecuado control del pH, purificación y filtración.

La precipitación de sulfuros es un proceso muy efectivo para eliminar metales, entre otros el cobre. El procedimiento necesita de un tratamiento con H2S a pH controlado

El gas sulfhídrico se disuelve en una solución acuosa y proporciona un ión sulfuro para la reacción de precipitación que ocurre de la siguiente manera:

H2Sac → HS- + H+

HS-→ S2- + H+

Me2+ + H2S → MeS + 2H+

La reacción se encuentra favorecida operando en condiciones de ácidez baja. Este proceso es capaz de reducir la concentración de cobre, cinc y plomo a menos de 0,1 mg/L .En este caso debemos de tener en cuenta que la toxicidad del sulfuro y el olor que hacen que este proceso de precipitación sea menos atractivo.

ANÁLISIS DE LA CASCARILLA DE LAMINACIÓN

Composición química de la cascarilla

La composición química de la cascarilla de laminación se ha determinado mediante fluorescencia de rayos X, utilizando un espectrómetro de emisión de fluorescencia de rayos X por dispersión de longitudes de onda, Philips modelo PW-1404 con ánodo de Rh, tensión y corriente del generador de 100 kV y 80 mA respectivamente.

Los análisis de carbono y azufre totales se han realizado mediante combustión con oxígeno en un horno de inducción Leco modelo CS-244 y posterior detección por absorción en el IR.

Composición mineralógica de la cascarilla

La composición mineralógica se ha determinado mediante difracción de rayos X utilizando un difractómetro Siemens Modelo D-5000, equipado con un ánodo de Cu (radiación Cu Kα), filtro de Ni y monocromador de LiF para eliminar la radiación Kβ, debido a que la muestra contenía hierro. La tensión y corriente del generador fueron 40 kV y 30 mA respectivamente.

La interpretación del difractograma se ha realizado por comparación con un fichero JCPDS II, que contenía datos de unas 53000 especies cristalinas.

Determinación de la magnetita equivalente

La determinación de la magnetita equivalente contenida en la cascarilla de laminación se ha realizado en un separador de laboratorio Sime modelo Forrer, equipado con un electroimán tipo “IF”. La intensidad de campo fue 4900 Gs. Se han utilizado como patrones dos probetas de magnetita preparadas previamente.

Determinación de la superficie específica

Para la determinación del valor de la superficie específica BET (SBET) se ha utilizado un equipo Coulter modelo SA-3100. Se ha determinado la isoterma de adsorción de N2 a 77 K en una muestra de cascarilla previamente desgasificada a 60 ºC y 10-5 torr durante 120 minutos. A partir de los datos de la isoterma se ha determinado el valor de la superficie específica BET.

Análisis de los cationes metálicos contenidos en la cascarilla

La concentración de los cationes metálicos (Cu, Zn, Cd y Pb) en la cascarilla (fracción < 0,5 mm), se

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