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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE – RECTORADO DE BARQUISIMETODEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
PROPONENTES:
Jorge A. Ceballos B.
Jesús D. Idrogo
TUTOR:
M.Sc Mayantino A. Garaboto
SEPTIEMBRE, 2008
Estudio de Nuevos Aditivos Químicos para el Proceso de Solidificación y
Estabilización de Ripios Provenientes de Perforaciones Petroleras.
U n i v e r s i d a d N a c i o n a l E x p e r i m e n t a l P o l i t é c n i c a “ A n t o n i o J o s é d e S u c r e ”
INDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN………………………………………………………...
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………………………..
Descripción del Problema………………………………………...
Antecedentes……………………………………………………....
Justificación………………………………………………………..
Alcances……………………………………………………………
OBJETIVOS……………………………………………………………....
Objetivo General………………………………………………….
Objetivos Específicos……………………………………………..
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA………………………………………….
Lodos Contaminados……………………………………………...
Metales Pesados……………………………………………………
Tratamiento Fisicoquímico……………………………………….
Solidificación/Estabilización………………………………………
Lixiviación………………………………………………………….
METODOLOGÍA…………………………………………………………
Cronograma de Actividades……………………………………...
GLOSARIO……………………………………………………………......
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS….………………………………..
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad, debido a la necesidad de generación de energía y la elaboración de
productos de consumo masivo a gran escala, existe una gran diversidad de productos
derivados del petróleo que generan múltiples actividades industriales. Estos procesos
industriales generan desechos, es decir todas aquellas materias que desde el punto de
vista físico, químico y económico no conviene recircular, ni reciclar. Estos desechos
pueden producir alteraciones desfavorables sobre la salud pública, generar cambios
sobre el equilibrio ecológico y afectar al ambiente de manera irreversible. En la
industria petrolera se generan una gran diversidad de desechos sólidos contaminados
con metales pesados, bien sea por la extracción o refinación del petróleo crudo, que
deben ser caracterizados para conocer la composición y proporción de los
contaminantes que poseen, y así poder tomar una decisión con respecto al manejo o
disposición final de los mismos.
Las sustancias o desechos caracterizados como peligrosos se pueden modificar a
través de tecnologías de tratamiento, es decir cualquier operación unitaria o serie de
operaciones unitarias que altera la composición de una sustancia peligrosa o
contaminante a través de acciones químicas, físicas o biológicas de manera que
reduzcan la toxicidad, movilidad o volumen del material contaminado. Dentro de los
tratamientos fisicoquímicos se encuentra la Estabilización y Solidificación que es un
proceso mediante el cual los contaminantes quedan total o parcialmente confinados
por la adición de un medio soporte aglomerante u otros modificadores. El objetivo de
esta técnica abarca tanto la reducción de la toxicidad y movilidad del residuo como la
mejora de las propiedades técnicas del material estabilizado.
Los lodos contaminados provenientes de perforaciones petroleras están
contaminados con una gran cantidad de metales pesados, fluoruros, sulfuros,
cloruros, ácidos, óxidos ferrosos, compuestos orgánicos volátiles (COV´s), bifenilos
policlorados (PCB´s), entre otros; que representan una fuente de contaminación para
el ambiente y que no son fácilmente reducibles. Estos lodos pueden ser tratados a
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través de Estabilización y Solidificación con agentes aglomerantes, entre los que se
encuentra el Cemento Pórtland, que es uno de los mejores y más barato.
En la búsqueda de cada día innovar y mejorar las técnicas de eliminación y reducción
de desechos tóxicos, se ha propuesto estudiar la utilización nuevos aditivos químicos
para el proceso de Estabilización y Solidificación, para lo cual se estudiara el poder
aglomerante del cemento, cal, arcilla, pego y cemento Pórtland (este último como ya
ha sido estudiado se tomará como referencia para el trabajo experimental ) y mezcla
o combinación de ellos, aplicadas a lodos contaminados con metales pesados
provenientes de perforaciones petroleras. Los lodos contaminados deben
caracterizarse para conocer los contaminantes y sus concentraciones para verificar si
se ajustan a la normativa legal, luego se utilizaran los aditivos para estabilizar y
solidificar los lodos, y finalmente a través de pruebas de físicas, químicas y un
estudio estadístico de ella, se puede determinar el mejor aditivo o las mejores
relaciones de mezcla de aditivos para la encapsulación.
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CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Descripción del Problema
En los estudios realizados se ha determinado que cada día las empresas se interesan
más por la conservación de un medio ambiente más acto para la vida. Cada empresa
genera desechos tóxicos los cuales tienen un destino, ya sea de incineración, relleno
sanitario, reciclaje, etc.; pero a su vez existen desechos que contienen metales
pesados a los cuales no se les puede aplicar estas alternativas debido a su toxicidad,
complejidad y heterogeneidad química de los mismos, además de esto los metales
pesados no se degradan ni varían su estructura atómica haciendo que sea imposible
incinerarlos o desecharlos legalmente por los alcantarillados sin que dañe al medio
ambiente o que perjudique la vida de los seres vivos, por esta razón se hace necesario
el tratamiento de los lodos contaminados con metales pesados provenientes de
perforaciones petroleras a través de la técnica de Estabilización y Solidificación
como una forma viable para reducir su toxicidad. Para mejorar esta tecnología
alternativa se hace necesario el estudio de nuevos aditivos químicos tales como:
cemento comercial, cal, arcilla, pego, coque, caucho, entre otros.
Antecedentes
En 1998, Yanny Tovar y Yenny Tovar elaboraron la “Implementación del Método
de Lixiviación en el Laboratorio de Calidad Ambiental del Decanato de Ingeniería
Civil” en la cual realizaron pruebas de lixiviación a ripios petroleros o desechos
sólidos considerados como peligrosos y generados en las actividades de explotación
petrolera, específicamente durante las perforaciones de los suelos. Se utilizaron dos
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muestras provenientes de una Planta de Recuperación ubicada en Barinas contando
con resultados de análisis realizados a otras muestras como referencia. Se realizaron
las pruebas de lixiviación a las dos muestras por duplicado determinando la
concentración de metales (Cobre, Cromo, Níquel Plomo y Zinc) al lixiviado final y
observándose valores inferiores a las concentraciones máximas permisibles en
lixiviados según normas vigentes.
En 2001, Alberto Coz Fernández realizó “Comportamiento Ambiental de Lodos de
Fundición Estabilizados/Solidificados” de lo cual pudo concluir que se han
desarrollado diferentes formulaciones de estabilización/solidificación con cal o
cemento como aglomerantes y aditivos específicos: carbón activo, humo de sílice y
lignosulfonato cálcico-magnésico de carácter comercial y finos de arenas de
fundición y negro de humo de carácter residual; con el objetivo de reducir la
movilidad de los contaminantes orgánicos e inorgánicos y reducir la ecotoxicidad del
residuo. Los productos estabilizados/solidificados con cal o cemento y una elevada
cantidad de residuo resultaron no peligrosos, es decir, aseguran un impacto ambiental
admisible en la gestión de vertederos de acuerdo a las regulaciones española, UE y
US EPA. Además, aquellas formulaciones que introdujeron mejoras físicas
(manejabilidad, reducción del volumen relativo) y/o químicas (residuos inertes)
respecto a las mezclas sin aditivos fueron los siguientes: cemento y finos de arenas
de fundición y cemento con carbón activo o negro de humo y finos de arenas de
fundición. Los aglomerantes básicos utilizados en los productos
estabilizados/solidificados (cal y cemento) permiten ajustar la capacidad de
neutralización ácida en los productos a los valores requeridos para el vertido. En
todos los productos estabilizados/solidificados, la evolución de los metales
peligrosos (Zn, Pb, Cr y Cd) es muy semejante para todos los ensayos realizados
(WTC, DIN y TCLP), siendo el pH el principal factor de influencia. El proceso de
estabilización únicamente aporta una capacidad de neutralización al residuo,
formándose compuestos poco solubles por debajo de los límites regulados en el
TCLP (US EPA) y en el DIN (UE), siendo necesario un gran aporte ácido en el
medio para sobrepasar dichos límites. Los compuestos poco solubles formados son
hidróxidos (para el cinc, cadmio y cromo en todas las mezclas y para el plomo en las
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mezclas con cal), carbonatos (para el plomo y el cadmio en las mezclas estabilizadas
con cemento) y otras especies menos solubles (en el caso del plomo en algún
intervalo de pH).
En 2004, Dessire Martínez y Eduardo Piña realizaron el “Estudio de Lodos de la
Empresa Deformaciones Plásticas de Metales” en el cual determinaron que las
técnicas de Estabilización/Solidificación con el cemento y la cal aplicada a los lodos
del proceso de decapado: resultaron muy efectivas, logrando disminuir la velocidad a
la que pueden migrar los contaminantes al ambiente, así como también, disminuir las
concentraciones de los mismos. En la caracterización realizada a los lodos del
proceso de la empresa D.P.M. se encontró que contenían parámetros fuera de la
norma como lo son: el cobre, el plomo y el zinc. La mejor relación cemento – lodo es
la 1:1 por ser la de densidad seca la más elevada, la más resistente a la compresión
sin confinar, y la que más encapsuló los metales pesados, ya que disminuyó las
concentraciones en un 96,66% para el cobre, 99,98% para el plomo y 98,88% para el
zinc. La mejor relación cal – lodo es la 1:1 por poseer el valor de la densidad seca
más alto, pero en cuanto a la resistencia los valores son bastante bajos, muy
parecidos a los del lodo puro y respecto a los lixiviados, arrojo los menores valores
de concentraciones de metales. En la estabilización, la remoción de los metales
pesados fue en un 96,36% para el cobre, 74,96% para el plomo y 96,94% para el
zinc.
En 2004, Rodolfo Flammia y Wilfredo Flores, realizaron la “Evaluación de Nuevos
Aditivos Inhibidores de Arcillas en Lodos Poliméricos de Perforación” determinaron
que el cemento comercial y la cal son buenos aditivos inhibidores de arcillas para
lodos provenientes de perforaciones petroleras, ya que disminuyo la toxicidad y
movilidad del material contaminado presente en los lodos a través de
Solidificación/Estabilización.
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Justificación
La creciente demanda energética hace que cada vez se busquen nuevos yacimientos
petroleros, lo que origina nuevas perforaciones provocando la extracción de un gran
volumen de lodos donde se encuentran presentes metales pesados, que al no ser
manipulados debidamente pueden causar un gran daño ambiental. La
estabilización/solidificación es una de las técnicas de remediación fisicoquímica que
más se utiliza en la industria para reducir la cantidad de material contaminado,
recuperar o retirar un componente que confiere al material sus propiedades peligrosas
o inmovilizar los desechos. La razón de este estudio es probar nuevos aditivos
químicos como: cemento, cal, arcilla entre otros, en distintas proporciones que sirvan
de estabilizantes y solidificantes, y así mejorar la formulación y verificar su
efectividad sobre lodos contaminados con metales pesados provenientes de pozos de
perforaciones petroleras, para que sean aplicados no solamente en la industria
petrolera sino en todas las actividades industriales que impliquen contaminación de
suelos con metales pesados.
Alcances
El propósito es evaluar diferentes aditivos químicos tales como: cemento, arcilla, cal,
pego de baldosas y cemento tipo Pórtland, para la estabilización y solidificación de
lodos contaminados con metales pesados provenientes de perforación de pozos
petroleros, lo que comprende: caracterizar el lodo, aplicar un estabilizante
dependiendo de los elementos contaminantes que se encuentren en el lodo, utilizar
cemento, arcilla, pego, cemento Pórtland u otros solidificantes en variadas
proporciones (morteros) y finalmente realizar pruebas de lixiviación sobre las
muestras encapsuladas.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Estudiar nuevos aditivos químicos para el proceso de solidificación y estabilización
de lodos provenientes de perforaciones petroleras.
OBJETIVO ESPECIFÍCOS
Caracterizar los lodos contaminados con metales pesados provenientes de
perforaciones petroleras.
Estudiar de manera fisicoquímica los nuevos aditivos tales como: cemento, cal,
arcilla, pego y cemento Pórtland.
Establecer relaciones de mezclas entre: cemento – lodo, cal – lodo, arcilla – lodo,
pego – lodo y cemento Pórtland – lodo.
Aplicar la técnica de estabilización/solidificación a los lodos contaminados con
metales pesados provenientes de perforaciones petroleras con los nuevos aditivos
químicos en diferentes relaciones de mezcla.
Verificar la efectividad de encapsulado de las diferentes relaciones de mezcla de los
nuevos aditivos químicos a través de pruebas de resistencia de compresión simple y
de lixiviación.
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REVISION BIBLIOGRÁFICA
LODOS CONTAMINADOS
Los lodos contaminados son residuos con metales pesados y presencia de
hidrocarburos. En algunos casos tratados biológicamente inmediatamente después de
retirados de la planta con adición de cal y expuesto por capas a la acción de los
agentes atmosféricos, presión, temperatura y humedad.
Aparecen como metales pesados de cobalto, el níquel y el plomo (desde el punto de
vista de la concentración), e hidrocarburos. Provienen de de la perforación de pozos
para la extracción de crudos o de distintos procesos de plantas de la industria
petroquímica. Las técnicas utilizadas para la reducción en general de un residuo
podrán desarrollarse “en situ” al momento de ser generado.
METALES PESADOS
Metales con el número atómico alto, como Pb, Hg, Cd y Zn, contaminan el ambiente
porque son tóxicos en concentraciones bajas y tienden a la bioacumulacion. Los más
peligrosos son el plomo, mercurio, arsénico, cadmio, estaño, cromo, zinc y cobre.
Estos son muy utilizados en la industria, en especial en los talleres de repujado y
chapado, en productos como las baterías y los aparatos electrónicos; también se
emplean en ciertos plaguicidas y en medicinas. Además, como los compuestos
podrían tener colores brillantes, se utilizan en pigmentos, barnices, tintes y
colorantes. Así, los metales pesados entran en el ambiente dondequiera que los
artículos en los que intervienen, se produzcan, se usen y desechen.
Los metales pesados son de toxicidad extrema porque, como los iones o en ciertos
compuestos, son solubles en el agua y el organismo los absorbe con facilidad.
Dentro del cuerpo, tienden a combinarse con las enzimas y a inhibir su
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funcionamiento. Hasta dosis muy pequeñas producen consecuencias fisiológicas o
neurales graves. La locura y los defectos congénitos incapacitantes que causa el
envenenamiento con mercurio o el retraso mental debido al saturnismo causado por
el plomo. Como constituyentes importantes de muchas aguas, también se encuentran
cantidades, a nivel de traza, de muchos metales. Entre ellos podemos destacar el
níquel (Ni), el manganeso (Mn), el plomo (Pb), el cromo (Cr), el cadmio (Cd), el
cinc (Zn), el cobre (Cu), el hierro (Fe) y el mercurio (Hg). Muchos de ellos están
catalogados como contaminantes prioritarios. Algunos de estos son imprescindibles
para el normal desarrollo de la vida biológica en el planeta.
Aluminio
El aluminio presente en aguas naturales proviene de la disolución de silicatos,
pudiendo encontrarse como sales solubles o compuestos coloidales: su concentración
cambia normalmente entre 0.1 y 10 mg/L. Su origen en aguas se inicia con la
meteorización de rocas con silicos que generan en un principio aluminio coloidal,
posteriormente convertido en aluminio disuelto. En embalses y lagos, las
concentraciones de aluminio aumentan en profundidad durante el periodo de mezcla
térmica debido a los aportes de aguas ricas en arcillas en suspensión al lago. Dado
que la solubilidad del hidróxido de aluminio presenta un mínimo pH igual a 5,07;
en aguas con pH más ácidos se encuentran en forma iónica o formando complejos
con cloruros o fluoruros, a pH básico debido a su anfoterismo está como ion
aluminato de alta solubilidad.
Antimonio
El antimonio se encuentra en mínimas cantidades en el agua, proviniendo de rocas y
minerales sulfurosos, y estando normalmente asociados a minerales y a sales de
arsénicos. Este metal presenta características toxicas si bien en dosis relativamente
alta. El límite de exposición ocupacional es 0,5 mg/m³ de aire por un día laborable de
8 h.
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Arsénico
Integrante de minerales de metales diversos y sulfuros de otros metales, tales como
cobre, cobalto, plomo, zinc, entre otros, numerosos compuestos de arsénicos son
solubles en agua, especialmente en forma As+3 y As+5 y complejos orgánicos. Las
cantidades de arsénico del agua son menores que algunos µg/L, si bien los pozos
contaminados se pueden hallar por el orden mg/L. El arsénico penetra en el
organismo y se biotransforma, eliminándose por la orina en forma de metil arsénico.
Bario
Elemento medianamente abundante en nuestro planeta, sus compuestos más
frecuentes son algunos minerales, como baritina, sulfato y carbonato (witerita). La
toxicidad del bario depende de la sal en la que se encuentre, no es toxico si se
encuentra por debajo de 5 mg/L.
Berilio
Metal de escasa presencia en aguas naturales, sus sales más comunes son cloruros,
nitratos y sulfatos, todos ellos con una solubilidad de alta a moderada. En algunas
aguas continentales su concentración media varia desde 10,2 a 1,2µg/L. Su principal
característica es la de poder ser bioconcentrado por el fitoplancton y otros
organismos depredadores en factores de tres ordenes de magnitud y superiores. Los
efectos sobre la salud dependen del nivel y de la duración de la exposición. Si el
nivel es suficientemente alto, por encima de 1000 μg/m³ en el aire respirado, puede
provocar una enfermedad aguda por berilio o beriliosis aguda, la cual causa una
inflamación grave de los pulmones
Boro
Se halla en la naturaleza formando partes de granitos, pegmatitas y boratos. En aguas
dulce, los niveles de B oscilan entre 0,01 y 0,10 mg/L, midiéndose concentraciones
notablemente superiores (>2,5mg/L) en aguas residuales y en acuíferos
contaminados por emisiones ricas en B. Elemento esencial para el correcto
desarrollo de las plantas, toxicologicamente se demuestra su incidencia negativa
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sobre el sistema nervioso y digestivo en seres humanos y siendo así mismo letal a
dosis alta para muchas especies piscícolas.
Cadmio
Metal de contrastada toxicidad, haya incluido dentro de la denominación lista negra
de la Unión Europea y por ello, sus aplicaciones industriales están en franco
retroceso. El cadmio presente en un agua puede adsorbido por los vegetales (arroz y
trigo especialmente) acumulándose en ellos y pasando desde aquí vía alimentación
al ser humano. También puede acumularse directamente en aquellos animales que
beben agua contaminada por el elemento. Produce lesiones renales, asociadas a
descalcificación de huesos y deformaciones óseas. Aproximadamente se libera en
forma natural 25.0000 toneladas al ambiente al año en todo el mundo la mitad de este
cadmio es liberado en los ríos a través de descomposiciones de rocas así como fuego
forestares y volcanes. Las aguas residuales con cadmio termina en los suelos, esta
agua proviene de la producción de zinc, minerales de fosfatos y bioindustrias del
estiércol.
Cobre
Se encuentra en la naturaleza, tanto como elemento nativo, o bien integrando
numerosos compuestos como óxidos o hidroxilos, sulfatos de hierro y cobre o
carbonato cúprico. En aguas naturales no puede ser superior a 1mg/L, sobre todo en
asociación con materias orgánicas coloidales. Es un oligoelemento esencial para el
hombre, estando involucrado en la formación de hemoglobina, junto al cobalto, y en
la de los eritrocitos que a su vez intervienen en el desarrollo de los sistemas óseos y
nervioso central .Tan bien se encuentra combinado con algunas proteínas del plasma
sanguíneo y dentro de ciertas enzimas. El cobre es importante en tratamientos de
aguas siendo eficaz en la lucha contra la s algas en depósitos de almacenamiento de
aguas, lagos, embalses y piscinas. En distribución de aguas potables, debe tenerse en
cuenta que las tuberías de este metal puede corroerse por el oxigeno del agua, acidez
de esta, temperatura, corrosiones electroquímicas, etc. Finalmente, en
concentraciones del orden de 3,5mg/L puede aportar sabor amargo, coloración y
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turbidez al agua de consumo, así provocar manchas en los sanitarios domésticos para
niveles superiores a 6mg/L.
Cromo
Presenta este elemento dos estados de oxidación característicos, Cr+3 y Cr+6 siendo las
sales del primero más insolubles que el segundo. A través de fenómenos de
oxidación química o microbiana se pueden solubilizar los compuestos de cromo
trivalente, insolubilizándose mediante reducción las sales del segundo. Las personas
pueden ser expuestas al cromo al respirarlo, comerlo o beberlo o al estar al contacto
con la piel con cromo o con compuestos del mismo. En el agua y en aire las
concentraciones de cromo son bajas. La mayor parte del cromo es ingerido en los
alimentos que contienen cromo (III) como vegetales, frutas, carnes, levaduras y
granos. El cromo (III) es un nutriente esencial para los humanos y la falta de este
puede causar trastornos metabólicos, condiciones del corazón y diabetes. El cromo
(III) en exceso puede causar erupciones cutáneas. El cromo (VI) es peligroso
mayormente en las personas que trabajan en las industria del acero y textil, puede
causar problemas como erupciones cutáneas, malestar de estomago y ulceras,
problemas respiratorios, debilitamiento del sistema inmunológico, alteraciones del
material genético, cáncer de pulmón y llegar hasta la muerte.
Plomo
Este elemento es un metal pesado de color azuloso con una densidad de 11.4 g/ml. Es
flexible e inelástico, hierve a 1725˚C y se funde a 327˚C. Este material es resistente
al ataque de los ácidos sulfúricos y clorhídricos pero cuando se somete en ácido
nítrico se disuelve con lentitud; forma tanto sales de plomo de los ácidos y sales
metálicas del acido plúmbico. El plomo puede formar sales, óxidos y compuestos
órgano metálicos. Los compuestos del plomo pueden ser tóxicos y es posible que
exista envenenamiento tanto por exposición prolongada como por el uso inadecuado
del material. En cuestión de envenenamiento el polvo y el vapor son factores
principales aunque también se puede llevar a cabo mediante la absorción a través de
la piel en el caso de los compuestos órgano plúmbicos. Según la Organización
Mundial de la Salud (OMS), el plomo es uno de los cuatro elementos con mayor
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efecto dañino sobre la salud humana. Es posible que ingrese al cuerpo en comida,
agua y aire. El plomo puede ingresar en comida en 65% de las veces y puede ingresar
en frutas, vegetales, carnes, granos, mariscos, refrescos y vino conteniendo una
cantidad significativa de plomo. También el humo de cigarro puede contener plomo
en cantidades pequeñas. El plomo no otorga ningún beneficio al ser humano, por lo
contrario ocasiona daños como: incremento de la presión sanguínea, daños de los
riñones, abortos, daño al cerebro, alteración en el comportamiento de los niños,
perturbación del sistema nervioso. El plomo es encontrado en el ambiente
regularmente por medio de las actividades humanas, tal como la gasolina con plomo,
lo cual no es un ciclo normal y da como resultado después de su combustión la
aparición de cloruros bromuros u óxidos de plomo.
TRATAMIENTOS FISICOQUÍMICOS
Los tratamientos fisicoquímicos involucran tanto los procesos físicos como químicos
por los cuales se modifican las propiedades químicas o físicas de un residuo. Estos
tratamientos pueden cumplir varias funciones en un sistema de gestión de residuos:
Permitir la recuperación de un compuesto para su posterior utilización como
materia prima en otro proceso.
Separar los constituyentes peligrosos de la masa total del residuo.
Reducir la peligrosidad del residuo mediante la transformación de sus
componentes, transformándolos en compuestos menos peligrosos o
reduciendo su movilidad en el medio ambiente.
Transformar el residuo en un material que cumpla con las condiciones para
ingresar a otro sistema de tratamiento o al sistema de disposición final.
Un tratamiento meramente físico constituye normalmente la primera etapa dentro de
un tratamiento global. Los tratamientos físicos más utilizados son:
Filtración
Separación por gravedad (sedimentación, centrifugación, floculación y
flotación)
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Evaporación
Destilación
Arrastre con aire o vapor
Adsorción en carbón
Intercambio iónico
Dentro de los tratamientos físicos tenemos además el autolavado y la irradiación
con microondas, ambos utilizados para la esterilización de residuos infecciosos. El
tratamiento químico, que generalmente tiene asociado procesos físicos, constituye
un proceso de transformación del residuo mediante la adición de una serie de
compuestos químicos para alcanzar el objetivo deseado. Dentro de los tratamientos
químicos más utilizados tenemos:
Neutralización: Ajuste del pH utilizando ácidos o álcalis.
Precipitación: por ajuste de pH o agregado de determinados aniones o cationes con
el objetivo de formar compuestos insolubles. Requiere un proceso de separación
física posterior generando lodos. Los productos de la precipitación son compuestos
insolubles en agua, por lo que presentan menor movilidad una vez que son
dispuestos. Como ejemplo se puede mencionar la precipitación de metales pesados
con hidróxido de sodio o de calcio.
Oxidación - reducción: se utilizan para cambiar el estado de oxidación del
contaminante, modificando su toxicidad u otra propiedad como la solubilidad. Un
ejemplo es la reducción de cromo VI a cromo III con el uso de metabisulfito de sodio
(el cromo VI es altamente tóxico, característica que pierde al reducirse a cromo III).
Descomposición por oxidación: consiste en la reacción del contaminante con un
oxidante como oxígeno, peróxido, ozono o hipoclorito. El contaminante se
descompone en otras sustancias de menor toxicidad. La oxidación de cianuro
mediante el uso de hipoclorito o peróxido de hidrógeno es un ejemplo de este tipo de
tratamiento, donde el cianuro se transforma en dióxido de carbono y amonio.
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Declorinación con metales alcalinos: el objetivo es remover cloro de compuestos
orgánicos clorados. Se basa en la alta afinidad de los metales alcalinos por el cloro,
formándose una sal de cloro que se separa por centrifugación. Este es uno de los
procedimientos utilizado para el tratamiento de PCBs.
Existen numerosas alternativas de tratamientos fisicoquímicos, estos procesos serán
diseñados para el tratamiento de uno o varios contaminantes específicos y tendrán
restricciones particulares involucrando la totalidad de las características físicas y
químicas del residuo. La selección de una alternativa particular deberá realizarse en
función de un análisis técnico específico, teniendo en cuenta los criterios
establecidos precedentemente.
ESTABILIZACIÓN/SOLIDIFICACIÓN
En el caso de lodos y sólidos de carácter inorgánico es posible la utilización de
técnicas de estabilización/solidificación.
La estabilización consiste en un proceso por medio del cual los contaminantes de un
residuo son transformados en formas menos tóxicas o menos móviles o solubles. Las
transformaciones se dan por medio de reacciones químicas que fijan los compuestos
tóxicos en polímeros impermeables o en cristales estables. Los productos utilizados
en este proceso permiten: mejorar las características físicas del residuo, disminuir el
área superficial a través de la cuál se transfieren los contaminantes reducir la
solubilidad de los contaminantes reducir la toxicidad (la disponibilidad) de los
contaminantes.
La solidificación consiste en un tratamiento que genera una masa sólida monolítica
de residuos tratados. De esta manera se mejora su integridad estructural, sus
características físicas y se facilita su manejo, transporte y disposición final. El
empleo de aditivos permite: incrementar la dureza, disminuir la compresibilidad y
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disminuir la permeabilidad. Por lo tanto la estabilización-solidificación tiene por
objetivo mejorar las características físicas y disminuir el área superficial. De esta
forma se reduce la transferencia de masa y la solubilidad de los contaminantes
presentes.
Los mecanismos que intervienen en los procesos de estabilización/solidificación
son:
Macroencapsulamiento
Microencapsulamiento
Absorción
Adsorción
Intercambio iónico
Precipitación
Transformaciones químicas
Esta técnica es utilizada para residuos básicamente inorgánicos con no más de 10 a
20 % de materia orgánica. Los residuos orgánicos generalmente sufren
degradación por lo que no es viable la utilización de estas técnicas. Las tecnologías
aplicadas se clasifican en fijación inorgánica y técnicas de encapsulamiento. Para
la fijación inorgánica se utilizan materiales como cemento Pórtland, materiales
pozolámicos y cal. Para el encapsulamiento son utilizados polímeros como asfalto,
polietileno, urea formaldehído, poliéster y butadieno. Se utiliza también la técnica de
transformación en vidrio por medio de la mezcla y fusión con materiales como la
sílice.
Como ejemplo de estas tecnologías se puede mencionar:
Procesos en base a cemento Pórtland: los contaminantes presentes en el residuo
quedan incluidos dentro de la estructura cristalina que se forma por la hidratación del
cemento. Es un procedimiento utilizado para metales pesados: el níquel y el cobalto
sustituyen al calcio; el cromo sustituye al silicio; el cadmio, plomo y cinc precipitan
como hidróxidos y carbonatos; el mercurio es encapsulado como óxido de mercurio.
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Procesos en base a cal y materiales pozolámicos: los materiales pozolámicos
naturales o sintéticos contienen partículas de aluminio - silicatos que combinadas con
cal y en presencia de agua producen una masa similar al cemento.
Técnicas en base de polímeros termoplásticos: los termoplásticos habitualmente
utilizados para la solidificación de residuos son el betumén, asfalto o polietileno.
Técnicas en base a polímeros orgánicos: los más utilizados son en base a urea-
formaldehído, poliéster y butadieno. En todos los casos se utilizan prepolímeros y
catalizador.
Técnicas de transformación en vidrio: se basa en la fusión del residuo con sílica u
otros materiales para formar vidrio o cerámica. En todos los casos se requiere de la
realización de ensayos de evaluación. Los ensayos físicos más importantes son:
permeabilidad, dureza, compresión, ciclo frío - calor y ciclo humectado - secado.
Adicionalmente se deberán realizar pruebas de lixiviación para verificar la
inmovilización de los contaminantes.
ARCILLAS
Un “mineral industrial” puede definirse, en un sentido amplio, como un material
geológico (mineral, líquido o gas) que se obtiene mediante operaciones mineras y
que representa un material no metálico y no combustible que tiene valor comercial.
Por tanto, en esta definición se excluyen las menas metálicas, el carbón y el petróleo,
los cuales, sin embargo, se suelen incluir habitualmente en la familia de los minerales
industriales. También se excluye lo que podría considerarse, según la definición
anterior, como el “mineral” de mayor utilidad: el agua.
Desde un punto de vista más estricto y considerando, en primer lugar, que un mineral
es un sólido natural y homogéneo, generalmente formado por procesos inorgánicos,
cristalino y con una composición química y unas propiedades físicas fijas o variables
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dentro de un rango definido y, en segundo lugar, que tenga valor comercial,
podríamos diferenciar como minerales de interés económico tres amplias categorías:
las menas metálicas, las gemas y los minerales industriales en un sentido más
estricto. Así estos últimos serían aquellos que sin ser menas metálicas ni gemas
tengan valor comercial. Entre ellos ocupan un lugar destacado los que genéricamente
se denominan “minerales de la arcilla” que constituyen una de las materias primas
más abundantes, versátiles y asequibles. De su aprovechamiento hay evidencias a lo
largo y ancho de nuestro Planeta, desde los albores de la humanidad hasta nuestros
días.
En siglos pasados las arcillas se utilizaron en la producción de materiales para la
construcción y cerámicos y actualmente se siguen utilizando en estas industrias, pero,
además, en este siglo las arcillas han llegado a ser una parte importante de la
tecnología industrial, jugando diversos papeles en los procesos de fabricación y
siendo constituyentes principales de productos tales como los plásticos y algunas
substancias alimenticias, así como interviniendo en áreas tan sofisticadas como la de
la catálisis heterogénea, lo que ilustra el alcance de la utilidad de estos minerales.
Es conveniente indicar que lo que generalmente se conoce con el término “arcilla”
hace referencia a un material natural constituido principalmente por minerales de
grano fino y que generalmente presenta un comportamiento plástico cuando se le
añaden cantidades apropiadas de agua, es decir, que en tales circunstancias es
susceptible de ser moldeado, y que al ser sometido a procesos de secado o cocción
queda endurecido. Como las arcillas contienen habitualmente abundantes minerales
del grupo de los filosilicatos, durante mucho tiempo se ha mantenido una
equivalencia entre los términos minerales de la arcilla y filosilicatos, hasta que
recientemente el Comité de Nomenclatura de la Asociación Internacional para el
Estudio de las Arcillas (A.I.P.E.A.) ha ampliado la gama de minerales posibles
definidos como “minerales de la arcilla” al incluir en los mismos tanto a los
filosilicatos como a aquellos otros minerales que les confieran las propiedades
citadas. Además de estos componentes, las arcillas naturales suelen contener otras
fases minerales asociadas generalmente como componentes minoritarios, tales como
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cuarzo, feldespatos, calcita, dolomita, óxidos e hidróxidos, etc., fases cristalinas
orgánicas y fases no cristalinas, tales como sílice coloidal, geles de hidróxido de
hierro, geles orgánicos, etc., Así pues, de estos componentes, los que son minerales e
imparten plasticidad al material global forman parte de los “minerales de la arcilla”,
aunque no pertenezcan a la familia de los filosilicatos, mientras que el resto de los
componentes se denominan “fases asociadas a los minerales de la arcilla”.
Dentro de los recursos naturales disponibles, los minerales de la arcilla constituyen
unos de los minerales industriales más importantes, si no son los más importantes.
Anualmente se emplean millones de toneladas de arcillas en una gran variedad de
aplicaciones en campos tan diversos como la geología, la agricultura, la industria, la
construcción y la conservación del medio ambiente. Cuando una materia prima,
como es el caso de las arcillas, se transforma para un uso o fin determinado se
obtiene un “material”. Un ejemplo sencillo de este tipo de transformación para las
arcillas es el proceso de fabricación de un material cerámico, en el que la materia
prima arcillosa se hace plástica mediante la adición de una cantidad adecuada de
agua, se moldea y se somete a un tratamiento térmico, en el proceso denominado de
cocción, para obtener una pieza de la forma deseada, que es resistente y duradera.
Los materiales estructurales son aquellos que tienen una utilidad específica basada en
sus propiedades mecánicas. Estos materiales tienen gran importancia en la industria
de la construcción, del transporte, en instalaciones fabriles y en muchos sectores e
infraestructuras, siendo ejemplos típicos de ellos los ladrillos, los aceros estructurales
o los materiales compuestos como la fibra de vidrio-resina epoxi. Cuando el
cometido concreto que tiene que desempeñar un material dado se realiza operando a
través de un determinado mecanismo (electro-mecánico, electro-óptico, etc.),
entonces se dice de éste que es un “material funcional”. Por lo general, este tipo de
materiales actúan formando parte de un dispositivo diseñado para realizar funciones
de carácter específico.
Las propiedades de los minerales de la arcilla y sus causas constituyen los aspectos
más importantes de la mineralogía de arcillas y son esenciales para comprender su
papel y comportamiento, tanto en la naturaleza como en sus aplicaciones. La
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estructura interna y composición química de cada mineral de la arcilla le confiere
unas características muy específicas de reactividad química. Sus tamaños de partícula
(inferiores a las 2m) y las morfologías específicas de sus cristales (generalmente
planares y en otros casos con formas de listones y fibras) son la causa de otras
propiedades más bien físicas. Ambas contribuyen a una interacción de las arcillas
con su ambiente que las hace ser importantes agentes de las interacciones que
conciernen a la biosfera. Así pues, las arcillas son activas tanto física como
químicamente y se combinan con el agua para formar suspensiones, mezclas pastosas
y pastas, cambiando su tamaño de partícula efectivo; además, captan iones o
moléculas sobre sus superficies o en las partes internas de sus estructuras, con lo que
llegan a ser agentes químicos de transferencia o de transformación.
Una propiedad muy importante de las arcillas es la del intercambio iónico. Según
demuestra la electroforesis, la mayoría de los minerales de la arcilla están cargados
negativamente, por lo que la mayor parte del intercambio implica a los cationes que
compensan estas cargas negativas. La carga negativa de un mineral de la arcilla se
puede originar por sustituciones isomórficas en su estructura y por reacciones
superficiales, tales como las de los enlaces “rotos” en los bordes de los cristales. Las
proporciones de carga de origen diferente varían de un mineral a otro y, por ejemplo,
los enlaces rotos en los bordes de los cristales es la causa principal de la capacidad de
cambio catiónico de la caolinita, mientras que las sustituciones en la estructura lo son
en el caso de las esmectitas. Los valores de esta propiedad se miden en
miliequivalentes por 100 g de arcilla seca, y varían desde 3-15 para las caolinitas, a
10-40 para las ilitas y cloritas, y hasta 80-150 para las esmectitas.
Dado el pequeño tamaño de partícula de las arcillas, las suspensiones de arcillas en
agua son de naturaleza coloidal y las dispersiones coloidales se caracterizan por la
tendencia de sus partículas a agregarse. Los choques entre las partículas dispersas en
medios líquidos se producen como consecuencia del movimiento “browniano” de las
mismas debido a la agitación térmica de las moléculas de agua, y la estabilidad de las
suspensiones viene determinada por la interacción entre las partículas durante esos
choques. En disolución acuosa, la carga negativa no localizada de las partículas de
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arcilla está compensada inmediatamente en la zona más próxima por los iones
positivos de la disolución acuosa. La zona siguiente, más alejada de la superficie de
la partícula de arcilla, está constituida por iones positivos y negativos en abundancia
decreciente (modelo de la doble capa difusa). Con concentraciones muy bajas de
electrolitos, las partículas de arcilla se repelen entre sí por su carga superficial
negativa intrínseca. Con la adición de electrolitos, los iones positivos se adhieren a
las superficies de las partículas de arcilla y éstas tienden a ser atraídas a la misma
capa de cargas positivas, con lo que se crea un efecto de coagulación o floculación,
cambiando fuertemente las condiciones de flujo del sistema arcilla-agua. Las cargas
superficiales de los bordes de las partículas de arcilla llegan a ser progresivamente
más positivas a pH bajos debido a la adsorción de iones H+, y más negativas a pH
altos por la adsorción de iones OH-. Como las cargas de las superficies planas son
negativas debido a las sustituciones isomórficas de cationes con valencia alta por,
cationes con valencia más baja en la estructura, las interacciones borde-con-cara (EF)
entre las partículas (estructura en castillo de naipes) serán más probables a pH bajos.
La estructura cara-con-cara (FF) se favorece por procesos de apilamiento o
agregación entre partículas que conducen meramente a la formación de partículas
más gruesas y posiblemente más grandes, pero que no forman flóculos ni gelifican el
sistema, mientras que las estructuras en castillo de naipes son más voluminosas y
llevan, con cantidades moderadas de arcilla, a la gelificación o floculación del
sistema. La generación de estas estructuras depende, aparte de la concentración del
electrolito, de la constitución del complejo de cambio. En arcillas cálcicas o de carga
elevada, las interacciones de tipo electrostático tienden a desarrollar estructuras
paralelas (FF), mientras que en arcillas sódicas la repulsión de la doble capa difusa
tiende a favorecer las asociaciones en castillo de naipes (EF), que también se
favorece por los procesos que tienden a comprimir el desarrollo de la doble capa
(concentración de electrolito). Es evidente que la sensibilidad a estos procesos es
mayor en las arcillas que tienen cationes intercambiables. En los materiales naturales,
los modelos de asociación pueden estar más estrechamente controlados por cualquier
revestimiento superficial sobre las partículas, más bien que por las propiedades
intrínsecas de las mismas partículas.
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Otra propiedad importante de las arcillas es que no sólo pueden fijar cationes sobre
sus superficies o en posiciones intracristalinas, sino que a menudo pueden presentar
moléculas orgánicas como especies adsorbidas o absorbidas. Esto hace que las
arcillas puedan ser vehículos para el transporte de moléculas orgánicas, lo que lleva a
situaciones muy interesantes, tales como las relacionadas con los problemas de los
riesgos de residuos tóxicos. Muchos problemas de contaminación ambiental están
determinados por la manera en que interaccionan los contaminantes con las
superficies de los materiales tamaño arcilla. Los minerales de la arcilla pueden actuar
como transportadores y reguladores de contaminantes tales como los metales Zn, Pb,
Cd, Cu, etc., que son muy insolubles en las aguas superficiales y frecuentemente
sorbidos sobre las superficies de las arcillas. Por ello la dispersión de los
contaminantes en el ambiente depende de los procesos que controlan la dispersión y
acumulación de los sedimentos de grano fino. Los efectos tóxicos potenciales y la
bio-disponibilidad de los contaminantes dependen de cómo son sorbidos en el
material arcilloso y de cómo puede alterarse esta sorción por cambios en el ambiente
químico, tales como los de pH y Eh, ya sea durante el transporte o bien después de su
decantación y depósito.
Entre los diversos minerales de la arcilla destacan por la variedad de sus aplicaciones
la caolinita, las esmectitas y los minerales fibrosos: sepiolita y paligorskita, que son
las especies de las que nos vamos a ocupar. Aunque todas ellas poseen las
características estructurales comunes a los filosilicatos, tales como la presencia de
unidades modulares constituidas por capas tetraédricas y octaédricas ensambladas
para formar láminas, presentan diferencias relativas a la organización de estas capas
y a su número por unidad estructural laminar, así como en sus composiciones
químicas. Como consecuencia de estas diferencias muestran propiedades diferentes.
Las características importantes relativas a las aplicaciones de los minerales de la
arcilla citados son: el tamaño y la forma de sus partículas, la química superficial, el
área superficial, la carga superficial y otras propiedades específicas para aplicaciones
particulares, tales como la viscosidad de sus suspensiones en agua, el color, la
plasticidad, las resistencias en verde, en seco y tras cocción, la adsorción, la abrasión
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y el pH. Conviene resaltar que en todas las aplicaciones los minerales de la arcilla
desempeñan una función y no son componentes inertes del sistema.
LIXIVIACIÓN
La extracción sólido líquido o lixiviación es una operación para separar los
constituyentes solubles de un sólido inerte con un solvente. El proceso completo de
extracción suele comprender la recuperación por separado del solvente y del soluto.
La extracción sólido − líquido tiene gran importancia en un gran número de procesos
industriales. En metalurgia en la extracción de: cobre con ácido sulfúrico, oro con
cianuro, etc. Muchos productos orgánicos naturales se separan de sus estructuras
originales mediante lixiviación. Por ejemplo el azúcar se separa por lixiviación de la
remolacha con agua caliente; los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas,
como las de soya y algodón mediante lixiviación con disolventes orgánicos; el tanino
se disuelve a partir de raíces y hojas de plantas. El té y el café se preparan mediante
técnicas y equipo muy similares a los utilizados en las verdaderas operaciones de
lixiviación. Además, los precipitados químicos con frecuencia se lavan de sus aguas
madres adheridas mediante técnicas y equipo muy similares a los utilizados en las
verdaderas operaciones de lixiviación, como en el lavado de licor de sosa cáustica
del carbonato de calcio precipitado después de la reacción entre óxido de calcio y
carbonato de sodio.
Preparación del Sólido
El éxito de una lixiviación y la técnica que se va a utilizar dependen con mucha
frecuencia de cualquier tratamiento anterior que se le pueda dar al sólido. En algunos
casos, las pequeñas partículas del material soluble están completamente rodeadas de
una matriz de materia insoluble. Entonces, el disolvente se debe difundir en la masa
y la solución resultante se debe difundir hacia el exterior antes de poder lograr una
separación. Esto es lo que sucede con muchos materiales metalúrgicos. La trituración
y molienda de estos sólidos acelerará bastante la acción de lixiviación, porque las
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porciones solubles son entonces más accesibles al disolvente. Los cuerpos vegetales
y animales tienen una estructura celular, los productos naturales que se van a lixiviar
a partir de estos materiales se encuentran generalmente dentro de las células. Si las
paredes celulares permanecen intactas después de la exposición a un disolvente
adecuado, entonces en la acción de lixiviación interviene la ósmosis del soluto a
través de las paredes celulares. Éste puede ser un proceso lento. Sin embargo, moler
el material lo suficientemente pequeño como para liberar el contenido de las células
es poco práctico y algunas veces indeseable.
Velocidad de Extracción
La velocidad de extracción es afectada por los siguientes factores:
Temperatura
Concentración del solvente
Tamaño de las partículas
Porosidad
Agitación
Al aumentar la temperatura se aumenta la velocidad porque la solubilidad es mayor,
el aumento de temperatura es muy usado en procesos de reacción química. La
temperatura máxima para cada sistema está limitada por: el punto de ebullición del
solvente, el punto de degradación del producto o del solvente, solubilidad de
impurezas y por economía. La concentración del solvente es importante para
soluciones acuosas, debido a la saturación y a la existencia de reacciones químicas,
es de poca importancia cuando la extracción es controlada por difusión. La reducción
de partículas tiene gran importancia, porque aumenta el área de contacto y disminuye
el tiempo necesario para la extracción, sobre todo para sólidos de baja porosidad. La
porosidad permite que el líquido penetre a través de los canales formados por los
poros dentro del sólido, aumentando así el área activa para la extracción. La
agitación produce una mayor eficiencia en la extracción debido a que disminuye la
película de fluido que cubre la superficie del sólido en reposo y que actúa como una
resistencia a la difusión. El equipo puede ser de etapas o de contacto continuo;
algunas industrias requieren un tipo especial de equipo, pero en general las dos
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técnicas usadas son: rociar el líquido sobre el sólido o sumergir el sólido
completamente en el líquido, el equipo usado en cada caso depende mucho de la
forma física de los sólidos y del costo. Partículas trituradas (grandes) son tratadas en
lechos fijos por métodos de percolación. Partículas molidas (finamente divididas) son
puestas en suspensión en tanques llenos de solvente por medio de agitación.
Método Estándar TCLP
El ensayo de lixiviación TCLP (Procedimiento de Lixiviación Característico de
Toxicidad) es uno de los más usados en Estados Unidos y Europa, porque
proporciona información sobre las características del residuo, se obtiene una mayor
recuperación de materias volátiles orgánicas, constituye un procedimiento de
laboratorio sencillo, es muy preciso y representa una mayor reproducibilidad de los
resultados obtenidos.
A continuación se muestra de forma esquemática el procedimiento seguido en los
ensayos de lixiviación.
Determinación del Fluido Extractor
Se toma una sub-muestra de 5 g de un tamaño de partícula entre 0,5 – 1 mm
Se transfiere a un Erlenmeyer de 500 mL
Se le adicionan 96,5 mL de agua y cubre con un vidrio de reloj
Agitación vigorosa en un agitador magnético durante 5 min.
Se mide y se anota el pH
Se le adicionan 3,5 mL de HCl 1,0 N
Se deja en suspensión por 30 seg.
Se calienta hasta ebullición y se deja hervir 2 min. a fuego lento
La solución se deja enfriar a temperatura ambiente (sin utilizar hielo)
Se mide el pH
64,3 mL de NaOH 1N, 5,7 mL de HOAc glacial, 2L de H2O destilada a pH de 4,3
Se reduce la muestra a un tamaño de partícula entre 0,5 – 1 mm
Se toman 100 g de la muestra (x)
Añadir fluido extractor 20x el peso de la masa sólida
Se cierra la botella herméticamente y se coloca en el agitador
Agitación durante 18 h, a 30 r.p.m. y a temperatura de 22 ºC
Separación L/S a través de un filtro de Nitrato de Celulosa (0,6 – 0,8 m) soportada por una fritida de vidrio (borosilicato) de 5 – 10 m)
Análisis de Absorción Atómica
Se anotan los ppm de los metales pesados
Fluido Nº 1pH 5,0
pH 5,0
pH 5,0
Fluido Nº 2
Se lava el filtro con HNO3 1N, más de 3 lavadas seguidas con H2O destilada (500 mL/lavado)
Preparación de los patrones de medida
5,7 mL de HOAc glacial, 1L de H2O destilada a pH de 2,88
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Esquema del procedimiento seguido en el Ensayo de Lixiviación TCLP
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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
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Actividades Abril Mayo Junio Julio
Redacción del Trabajo
Estudio Fisicoquímico de
los Nuevos Aditivos:
Cemento, Cal, Arcilla,
Pego y Cemento Pórtland
Seman
a 1
Seman
a 2
Estudio de las Relaciones
de Mezcla entre Cemento-
Lodo, Cal-Lodo, Arcilla-
Lodo, Pego-Lodo y
Cemento Pórtland-Lodo.
Semana
3
Semana
4
Aplicación de la Técnica de
Estabilización/Solidificació
n de los Lodos
Contaminados con los
Nuevos Aditivos Químicos
en Diferentes Relaciones
de Proporción.
Seman
a 5
Seman
a
6
Seman
a
7
Seman
a
8
Semana
9
Semana
10
Verificación de la
Efectividad del
Encapsulado a través de
Pruebas de Compresión,
Semana
11
Semana
12
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Elongación y Lixiviación.
Actividades Abril Mayo Junio Julio
Estudio Estadístico de las
pruebas de Compresión,
Elongación y Lixiviación
para Determinar el Mejor
Aditivo y Proporción de
Mezcla de Aditivos
Semana
13
Semana
14
Revisión Bibliográfica
Análisis de Resultados
Defensa de TesisSemana
15
Semana
16
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CASANOVA CORRALES, María Alejandra e Yvette Carolina Mejías Rojas.
(2004) “Estudio de Alternativas para el Manejo de Desechos Sólidos Producidos en
una Cutiumbre”. UCV. Caracas, Venezuela. p.p. 1 – 5.
COVENIN. “Desechos Tóxicos o Peligrosos. Método de Lixiviación” (1991)
Ministerio de Fomento. Caracas.
COZ FERNÁNDEZ, Alberto. (2001) “Comportamiento Ambiental de Lodos de
Fundición Estabilizados/Solidificados” Universidad de Cantabria. Santander, España.
p.p. 19 – 229.
FLAMMIA ALFONZO, Roberto Benito y Wilfredo José Flores Infante. (2004)
“Evaluación de Nuevos Aditivos Inhibidores de Arcillas en Lodos Poliméricos de
Perforación”. UCV. Caracas, Venezuela.
MARTÍNEZ PERNÍA, Dessire y Eduardo Piña Bravo. (2004) “Estudio de la
Estabilización y Solidificación de los Lodos de la Empresa Deformaciones Plásticas
de Metales”. UNEXPO. Barquisimeto, Venezuela.
PERRY, Robert y Don Green. (1999) “Manual del Ingeniero Químico de Perry”
Séptima Edición. Editorial McGraw Hill. Capitulo16
TRATAMIENTO Y DISPOSICIÓN FINAL DE RESIDUOS INDUSTRIALES
GENERADOS
www.scielo.org.pe/pdf/iigeo/v6n11/a03v6n11.pdf
TOVAR, Yanny y Yenny Tovar. (1998) “Implementación del Método de
Lixiviación en el Laboratorio de Calidad Ambiental del Decanato de Ingeniería
Civil”. UCLA. Barquisimeto, Venezuela. Págs. 3 – 11, 32 – 39.
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TREYBAL, Robert E. (2003) “Operaciones de Transferencia de Masa”. Segunda
Edición. Editorial McGraw –Hill. Buenos Aires, Argentina. Págs. 792 – 841.
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GLOSARIO
Solidificación: Es un proceso que en ciertos materiales se adicionan al residuo para
generar un sólido. Puede o no presentar enlaces químicos entre el contaminante
toxico y el aditivo.
Estabilización: Se refiere a un proceso por el que un residuo se convierta en una
forma química más estable.
Fijación Química: Transformación de contaminantes tóxicos a nuevas formas no
tóxicas.
Encapsulación: Es un proceso que comprende el recubrimiento total cercamiento de
una partícula tóxica o un aglomerado de residuos con una cierta sustancia.
Lixiviación: Es el proceso por el cual los contaminantes se transfieren de una matriz
estabilizada a un medio liquido como el agua.
Macroencapsulación: Es una técnica de aislamiento de residuos que consiste en
envolverlos en una capa impermeable y duradera.
Solidificación y Estabilización: es un proceso de tratamiento en el cual el desecho
es mezclado con un agente estabilizante/solidificante para inmovilizar los
constituyentes tóxicos. Este proceso es el comúnmente utilizado para inmovilizar
metales pesados en el desecho de manera que la mezcla pueda ser colocada en el
relleno.