instituto nacional d€ inv€stigacion€s nucleares

r 9MX070059

instituto nacional d€ inv€stigacion€s nucleares

INSTINTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES NUCLEARES

. TRECCION DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO

PRUEBíw." .03 SEPARACIÓN DE METALES PESADOS EN MUESTRAS

DP, RESIDUOS INDUSTRIALES MEDIANTE FLOTACIÓN

GERENCIA D"2 CIENCIAS AMBIENTALES Y GENÉTICA

INFORME TÉCNICO CA-95-53

DICIEMBRE DE 1995

PRUEBAS DE SEPARACIÓN DE METALES PESADOS EN MUESTRAS

DE RESIDUOS INDUSTRIALES MEDIANTE FLOTACIÓN.

JOSÉ ÁBREGO LOPEZ

DEPARTAMENTO DE ESTUDIOS DEL AMBIENTE

GERENCIA DE CIENCIAS AMBIENTALES Y GENÉTICA

INSTITUTO NACIONAL DE INVESTIGACIONES NUCLEARES

INFORME TÉCNICO CA-95-53

DICIEMBRE DE 1995

ÍNDICE

PAGINA

RESUMEN 4

1. -NOMENCLATURA 5

2.-INTRODUCCIÓN 6

3.-DESARROLLO EXPERIMENTAL 8

3 .1.-KUBSTREO DE SOLIDOS DEL FILTRO PRENSA. 8

3.1.1.-PREPARACIÓN DE MUESTRAS. 8

3.1.2.-ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE POLVOS. 8

3 . 2 .-MUBSTREO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CISTERNA 10

3.2.1.-ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE AGUAS. 10

3 . 3 . -MATERIAL Y EQUIPO- 13

3.4.-REACTIVOS. 13

3.5.-PRUEBAS DE FLOTACIÓN DE MUESTRAS DE AGUAS RESIDUALES. 14

3.5.1.-PRUEBAS DE FLOTACIÓN VARIANDO EL COLECTOR. 143 . 5.2.-RECUPERACIÓN DE METALES PESADOS. 16

3. 5. 3.-GRÁFICA GENERAL DE RECUPERACIÓN DE METALES 29

3.5.4.-ANÁLISIS ESTADÍSTICO. 2 9

4.-RESULTADOS Y DISCUSIÓN. 29

4.1.-DISCUSIÓN SOBRZ EL EFECTO DE LA ADICIÓN DE CAL 29

4. 2.-ANÁLISIS DE RESULTADOS. 3 2

5.-CONCLUSIONES 3 3

6:-AGRADECIMIENTOS 3 3

7.- REFERENCIAS 3 3

RESUMEN

Muestras de lodos residuales, tomados a la salida del filtro-pie sa de la planta de tratamiento de aguas de una industria dega.i •••••anoplastia, Lerca, Estado de México, fueron preparadas para suanálisis cualitativo y cuantitativo. Así mismo, las aguasreí:; "".duales de la cisterna ubicada al final del proceso deelectrodepositación, fueron sometidas a análisis químicoscualitativos por la técnica de activación neutrónica y a análisiscuantitativos por espectrometría de absorción atómica.

Las muestras fueron tratadas por un proceso de flotación medianteel cual se estudió la remoción de los metales pesados.

Le-; resultados muestran que el colector AP-845 es el que mejorcv:, lió con los objetivos ya que, resuelve el problema, a no serpor el cobre, que a pesar de que su concentración en las aguasrvrlduales bajo mucho, no quedó dentro de la norma.

-NOMENCLATURA

Floculación Unión de coágulos de partículas o flóculos.

Colectores Compuestos orgánicos heteropolares, cuyafunción es adherir en forma selectiva laspartículas de mineral a las burbujas de aire.

Espumantes Agentes de acción superficial que se utilizanpara controlar la espuma en la flotación.

Cabeza Muestra original sin tratamiento alguno.

Pulpa Mezcla de sólidos y líquidos.

Colas Lo que queda en el fondo de la celda deflotación.

Concentrado Los sólidos que derraman en el sobreflujo de• la celda de flotación.

¿.-INTRODUCCIÓN

En la cuenca del Río Lerma Santiago en el Estado de México,las industrias de la rama metaimecanica, al igual que otras, tienenproblemas de contaminación por la toxicidad de los metales pesadosen las aguas residuales generadas. Algunas han optado por hacer unaseparación de sólidos y líquidos; enviando los sólidos paradisposición final a Monterrey N.L., y los líquidos a la planta de-rataniento de la Empresa para la Prevención y Control de laCalidad del Agua (EPCCA), ubicada en Lerma, Estado de México.

Los residuos industriales motivo de este estudio provienen de unaplanta de la industria metalmecánica ubicada, desde haceaproximadamente 13 años, en Lerma, Estado de México.

El objetivo es determinar las condiciones experimentales parala separación de los metales pesados de los residuos industriales.Asimismo, la obtención de modelos considerando combinación dereactivos, flotación, PH y otras variables, para una eficienteremoción de los metales tóxicos de los residuos. También, explicarel fenómeno fisicoquímico que ocurre en el acoplamiento de lossetales tóxicos y reactivos.

Lo anterior tiene como finalidad coadyuvar con la industria en elcumplimiento de la reglamentación correspondiente.

La normatividad se ha empezado a aplicar con mayor rigidez.Cono un ejemplo, se tiene la norma oficial mexicana NOM-066-ECOL-1994, publicada en el Diario Oficial de la Federación del 6 deenero de 1995, que establece los límites máximos permisibles decontaminantes en las descargas de aguas residuales a cuerposreceptores provenientes de la industria de la galvanoplastia (3).

En la tabla I se presentan los límites máximos permisiblespara la descarga a los cuerpos receptores.

TABLA I.-LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES EN LAS DESCARGASDE AGUAS RESIDUALES (NOM-066-ECOL-1994).

PARÁMETROS

PH(unidades de pH)

Demanda químicade oxígeno (mg/1)

Sólidos suspendidostotales (mg/1)

Grasas y aceites<mg/l)

Cromo hexavalente(mg/1)

Cromo total (mg/1)

Cobre (mg/1)

Níquel (mg/1)

Fierro (mg/1)

Zinc (mg/1)

Cianuros (mg/1)

Cadmio (mg/1)

Plomo (mg/1)

Aluminio (mg/1)

Bario (mg/1)

Manganeso (mg/1)

LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES

PROMEDIO DIARIO

6-9

250

50

20

0.1

1.0 :

0.5

2.0

1.0

1.0

0.3

0.1

0.6

2.0

2.0

2.0

INSTANTÁNEO

6-9

300

60

30

0.2

1.2

1.0

2.5

1.2

1.2

0.5

0.2

0.7

2.5

2.5

2.5

3.-DESARROLLO EXPERIMENTAL

3.1.-Muestreo de sólidos del filtro prensa.

El muestreo de lodos del filtro prensa de la planta de tratamientode aguas residuales, se hizo en el período marzo 25 a abril 25 de1995.

La cantidad de lodos en dicho mes fue de 11 tambos de 200 Kgcada uno, teniendo el lodo un contenido de agua del 3 3%.

Para el muestreo de sólidos, se tomaron 4 botes llenos de lodo decada tambo, teniendo cada bote un volumen de alrededor de 250 mi.

3.1.1.-Preparación de muestras.

Los lodos presentan ciertos nodulos como consecuencia delfloculante agregado en la planta de tratamiento.

En primer lugar, los lodos fueron secados al sol durante 10 días.Después los lodos se desgrumaron con una barra y luego se pasaronpor una malla No.30.

Antes de formar pequeños lotes de polvo, fue necesario hacer unahomogeneización y muestreo al gran total de lodos. Para elhomogeneizado, en una hoja de plástico, cuyas dimensiones son de1.50 x 1.50 m, se levantó sucesivamente por las puntas opuestas dedicho papel por un tiempo de 3 0 minutos; luego se fue poniendomaterial, tomando muestras aleatoriamente en 5 bolsas.

3.1.2.-Análisis y caracterización de polvos.

El análisis cualitativo de los polvos se hizo por activaciónneutrónica en el reactor Triga Mark III del ININ. En este análisisse encontraron los siguientes elementos:Pb; Cu; Ni; Sn; Fe; Al; Mn; Cr; Br; As; Sb; Na; In; Cl; Co; Sm; La;Ca. •

En cuanto al análisis cuantitativo de dichos polvos, se hizomediante espectrometría de absorción atómica (Perkin Elmer modelo5000, equipado con horno de grafito) los resultados fueron lossiguientes:

Na = 5.06%Mn < 0.03%Co < 0.01%Ca = 0.84%Sb < 0.06%In < 0.02%

A petición de SEDESOL, la empresa mandó a hacer los análisisCRETIB de los lodos y el resultado fue el siguiente:

8

Pb =Cu =Ni =Sn =Fe =Cr =

16.12%1.23%9.25%

10.08%2.04%0.04-4%

Corrosividad.- El pH de los lodos fue de 8.8 unidades, locual indica que no son corrosivos.

Reactividad.-No se encontró reacción alguna con el agua, locual indica que no es reactivo. No se generaron gases, vapores ohumos aún cuando se mezcló con sustancias de PH ácido o alcalino.No reacciono bajo condiciones de golpe o presión. No reaccionóespontáneamente, ni se descompuso, combinó o polimerizó y nocontiene cianuros ni sulfuros.

Explosividad.-El lodo no es explosivo, ya que no presentasensibilidad con golpes, presión o fricción, ni se descompone enforma detonante o explosiva.

Toxicidad.-Los resultados de los análisis de metales fueron:

TABLA II.- ANÁLISIS DE POLVOS REPORTADO POR LA EMPRESA

{ COMPONENTE

|

ARSÉNICO

BARIO¡t

; CADMIO

\ CROMO

| MERCURIO1{ PLATA

' PLOMO

! SELENIO

CONTENIDO ENLA MUESTRA

(mg/1)

0.350

1.480

0.170

0.000

0.000

0.000

102.800

0.000

LIMITE DEDETECCIÓN

(mg/1)

0.008

0.003

0.008

0.008

0.003

0.003

0.002

0.008

LIMITEPERMITIDO(mg/1)

5.000

100.000

1.000

5.000

0.200

5.000

f 5.000

1.000

Se observa que sólo el plqmo no cumple con la norma aplicada,(NTE-CRP-001/88) (4).

«•'

Inflamabilidad.-No es capaz de causar fuego por fricción,absorción de humedad o cambios químicos espontáneos, ni contiene:"iás del 24% de alcohol, por lo que no es inflamable.

Se puede agregar que el lodo es de color verde olivo, finamentedividido y al oxidarse, los metales forman unas esferas negras.Asimismo en difractometría de rayos X, se encontró sólo materialamorfo.

También se hace la aclaración que en la caracterización no sereportó material biológico-infeccioso.

3.2.-Muestreo de aguas residuales de la cisterna.

El muestreo de aguas se efectuó en la cisterna de la planta detratamiento de las. aguas residuales (ver el diagrama de bloques alfinal de esta sección). Dicho suestreo se llevó acabo durante elprimer turno de los días 8 y 9 de agosto de 1995. Cada dia setomaron muestras de 25 litros de la cisterna, cada hora. En totalse colectaron aproximadamente 400 litros.

Aunque las muestras quedaron depositadas en cinco recipientes, parauna mayor seguridad, es necesario cada vez que se inicie un nuevorecipiente, realizar un análisis cuantitativo de las aguas paraconocer las leyes de cabeza (aguas originales de llegada) de dichorecipiente.

3.2.1.-Análisis y caracterización de aguas.

Una vez conocido el análisis cualitativo y cuantitativo de lospolvos (lodos del filtro prensa), se procedió a hacer el análisiscualitativo de las muestras de aguas residuales de la cisterna.Dicho análisis se hizo por espectrometría de absorción atómica. Elresultado es el siguiente:Cu; Pb; Ni; Sn; Fe; Co; Ca; Mn; Al; Na; Sb; Br y As.

El análisis cuantitativo de las muestras de agua, se hizo por latécnica de espectrometría de absorción atómica, siendo el resultadosiguiente:

10

TABLA III.- ANÁLISIS CUANTITATIVO DE AGUAS.

ELEMENTO

COBRE

PLOMO

NÍQUEL

ESTAÑO

HIERRO

COBALTO

CALCIO

MANGANESO

ALUMINIO

SODIO

ANTIMONIO

LEYES DE CABEZA (ppm)

64.0

105.0

239.8

97.7

22.8

6.0

< 5.0

< 2.0

28.6

179.7

2 8.6

En adición a la caracterización, se puede decir que es unfluido ácido con un pH de 2, color verde olivo, en condicióncoloidal (5) y con una dilución (relación de agua a sólido en peso)de aproximadamente:

300 g de agua/0.8 g de sólido = 375.

Por los estudios realizados, se puede establecer qu% estas muestrasde aguas residuales son del tipo de aguas con sales metálicassolubles (2).

11

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL P&OCESO DE

FABRICACIÓN Y SECUENCIA EXPERIMENTAL

FABRICACIÓN DE BUJES Y COJINETES

UN-LIMPIEZA CON ELECTROATAQUE USANDO HC1

ACTIVACIÓN CON ACIDO MURIATICO YLIMPIEZA USANDO AGUA

NIQUELADO CON:NÍSO4 , N Í C 1 2 , H3BO3,

H2SO4/ Y H2O2, A 35 °C

7AN0PLASTIA CON P b (BF4) 2 , Sn (BF4) 2

Cu(BF 4 ) 2 ,HBF 4 / H 3 BO 3 , RESORCINOL Y GELATINA

MUESTREO DE AGUASESIDUALES EN LA CISTERNA

PLANTA DE TRATAMIENTODE AGUAS RESIDUALES

ü

CARACTERIZACIÓNDE AGUAS

MUESTREO DE LODOS ENFILTRO PRENSA

lí

PRUEBAS DEPRECIPITACIÓNCON CAL Y

TACION

PREPARACIÓN YCARACTERIZACIÓN

DE POLVOS

AGUAS DEL FILTROA LA

PLANTA EPCCA

ANÁLISIS CUANTITATIVO DE LOS PRODUCTOS

BALANCE METALÚRGICO Y SELECCIÓN DEL COLECTOR

12

3.3.-Materiales y equipo.

Los materiales y equipo utilizados corresponden allaboratorio de química extractiva del ININ.

EQUIPO

EstufaBalanza granataria

Balanza analíticaPotenciómetroCribas

Equipo de airecomprimidoEquipo de vacíoBomba manual paraii.•..•.:-.streo de agua

MARCA

Maquinados de precisiónOhaus

OhausBeckman ZeromaticFabricantes de InsumosIndustriales y ComercialesS.A de C.V

Panamericana AbarroteraS.A de C.V

MODELO

HD/534Patente1732812AP210555-3

AP6-1

MATERIAL DE LABORATORIO

Celda de flotaciónProbetasVasosKitazatoBuchnerPapel filtroTiras de papel para medir PHEquipo contra el polvo en vías respiratorias, ojos, manos,cabeza, y boca.Varillas de vidrioCronómetroCharolasManguerasPiceta

3.4.-Reactivos

Los reactivos que se emplearon en esta etapa son lossiguientes:

Colector AF-31Colector AF-211Colector AF-238Colector AP-404Colector AP-845

donado por Cytec de México,donado por Cytec de México,donado-pór Cytec de México,donado por Cytec de México,donado por Cytec de México,

Colector AP-33 02 donado por Cytec de México,

S.A.S.A.S.A.S.A.S.A.S.A.

d ed ed ed ed ed e

C.V.C.V.C.V.C.V.C.V.C.V.

13

Colector AP-3418 donado por Cytec de México, S.A. de C.V.Colector AP-5415 donado por Cytec de México, S.A. de C.V.Colector S-6682 donado por Cytec de México, S.A. de C.V.Colector AF-7310 donado por Cytec de México, S.A. de C.V.Colector S-7583 donado por Cytec de México, S.A. de C.V.Espumante Aerofroth 7 6A donado por Cytec de México, S.A. deC.V.Óxido de calcio J.T.Baker,No. 1410Agua bidestiladaÁcido SulfúricoÁcido NítricoÁcido Clorhídrico

3.5.-Pruebas de flotación de muestras de aguas residuales.

Antes de aplicar las diversas técnicas de flotación para removerlos metales pesados de las nuestras de residuos, se hicieron variaspruebas de flotación,(ver fig.l) variando el colector y con unJ f--ercainbiador de cal, conservando fijos los parámetros,. .gu i entes:

Volumen de agua residual = 3 00 miVolumen de agua bidesrilada = 85 miDosificación de aire = 25 c.c/sModificador de pH = CaOpH =3, 5, 8 y 12Tiempo de acondicionamiento de colector = 3 min.Gotas del colector =3; o sea 3 x 22 mg/3 00 mi = 66 mg/0.3 L =220 mg/L = 220 ppmEspumante= Aerofroth 7 6-AGotas de espumante = 3 ; o sea 3x16 mg/0.3 L = 48 mg/0.3 L =160 mg/L = 160 ppm

Tiempo de flotación = 7 min.

3.5.1.-Pruebas de floración variando el colector.

El procedimiento fue el siguiente:

a) Toma de muestra de agua residual.El tambo donde está el agua se toma por la agarradera y se muevepor 3 minutos en la dirección del lado mayor del perímetro de labrise y del menor de dicho perímetro.

Se destapa el tambor y se mete una bomba para muestreo de líquidos.Sobre un vaso de precipitado de 500 mi se bombean 350 mi, luego seMiden en una probeta 300 r¡l.

En una probeta más fina,se ponen 85 mi de agua bidestilada.

14

b) Preparación de la cal.

En la balanza granataria se pesan 2.0 g de cal para ir dosificandoa la pulpa y variar el pH.

c) Dosificación preliminar de aire al difusor de la celdade flotación.

Se. abre poco a poco la llave de aire comprimido (conectado por unam»:! agüera al tubo del difusor de la celda de flotación) , para que alpi.rter el liquido en la celda no pase el mismo a la parte baja dedicho difusor, hasta tener 10.4 c.c./s.

d) Suministro de agua residual a la celda.

Se- vacian los 3 00 mi. de agua residual a la celda de flotación. Elnivel de dicha agua, queda 1 cm abajo del vertedero o derrame deconcentrado.

Se regula el flujo de aire para que no se derrame la pulpa (a 10.4•...c./s).

e) Control de pH.

Con una tira de papel pH, se verifica que la pulpa tenga un pH de7.. Gomo a este pH están disueltos todos los metales pesados, se[•••¡je una pizca de cal para llevar el pH a 3.

f) Suministro de reactivos.

'V -n una varilla de vidrio de 7 mm de diámetro y 25 cm de longitud,..:••:•. pone a la celda de flotación una gota del colector AF-31. Dichar.y-.ta tiene un peso de 22 mg. Se da un minuto de permanencia ded?.cha gota en la celda.

Con otra varilla de vidrio, igual a la anterior, se pone una gota-:'•--.X espumante Aerofroth 76-A. El peso de la gota ,es de 16 mg.

g) Flotación de los metales pesados.

'-.::-. incrementa poco a poco el flujo de aire comprimido a la celda,••.; .ocurando tener una espumación constante. El flujo de aire es der :i c.c./s.

Con una paleta de hule s.e jala la espuma para que se deposite env..ia. charola. Cuando ya na'sale concentrado en la espuma se*'deja de• ;;oar y se toma el tiempo de remoción del concentrado que viene en'l-.i espuma (ver la fig.I).

Nuevamente se repite la operación por 3 veces más, aunque en la.":;.•-i.rta vez se hace sin agregar colector y espumante; además el agua/.•.¿.destilada se va agregando a medida que haga falta.

15

Las pruebas se realizaron a pH de 3, 5, 8 y 12 con la finalidad deprecipitar y flotar los metales individualmente ya que, cada metalprecipita a cierto pH (8),por ejemplo:

ION p_H

Fe(+3) 2.04.16.7

Cu(+2) 5.3Fe(+2) 5.5Pb(+2) 6.0

h) Filtración de productos.

El producto del concentrado se filtra, en papel en el sistema devacío, obteniéndose un concentrado en el papel filtro y un líquidodenominado filtrado.

El producto de las colas o sea lo que quedó en el fondo de lacelda, también se filtra en papel filtro, obteniéndose unprecipitado de los sólidos que existían en las colas y un líquidoo licor denominado colas.

i) Control de productos.

El precipitado del concentrado se etiqueta y se seca en una estufaa 115 °C por aproximadamente 3 horas. El filtrado se mide en unaprobeta graduada y del mismo se toma con una pipeta una alícuota de20 mi, para análisis cuantitativo por absorción atómica, por loselementos de Cu, Pb, Ni, Sn, Fe y Al.

El concentrado ya seco se pesa y su valor se asienta en la bitácorapara su balance metalúrgico. También el volumen del filtrado seregistra.

El precipitado de las colas, se seca a 114 °C, en estufa, poraproximadamente 3 horas. El filtrado se mide en probeta graduada yse toma una alícuota de 20 mi, para mandar a análisis cuantitativopor absorción atómica por los elementos:Cu; Pb; Ni; Sn; Fe y Al. El concentrado ya seco se pesa y su valorse asienta en la bitácora, lo mismo se hace con el volumen de lascolas.

3.5.2.-Recuperación de metales pesados.

A continuación se presentan las tablas de los -resultados de cadauna de las 11 pruebas de flotación que se efectuaron paradiferentes colectores, comparando con el límite establecido en laNOM-0 66-ECOL-1994. El balance se hace en base a 300 mi de aguasresiduales agotadas de la electrodepositación. Lo anterior sesimplifica debido a que, se conocen las concentraciones de metales

16

(partes por millón) en dichas aguas y de los productos deflotación. Se hace la aclaración que conocida la concentración delos líquidos, como un complemento se obtienen los valores de lasconcentraciones de los sólidos. Cuando se obtengan los resultadosde los análisis cuantitativos de los sólidos,se verificará elmencionado balance de material.

17

AGUAS RESIDUALESCAL °

COLECTOR

ESPUMANTE

CONCENTRADO

VACIO

PRE E^ITAr .) DE COLAS

— VACÍO

\ I.- ESQUEMA DEL PROCESO DE FLOTACIÓN Y FILTRACIÓNSEGUIDO EN EL LABORATORIO.

TABLA IV.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS.

PRUEBA NO.1 (COLECTOR AF-31)

PRODUCTOS

AGUA RESIDUALORIGINAL(100%)

FILTRADO DELCONCENTRADO

% REMANENTE ENEL FILTRADO

FILTRADO DELAS COLAS

% REMANENTEEN LAS COLAS

LIMITE MAXIMOEN NORMAS PARA

300 mi(NOM-06 6-ECOL-

1994)

% RECUPERADOEN

CONCENTRADO YCOLAS

CONCENTRACIÓN DE ELEMENTOS (mg)

Pb

3155)

0.75

2.38

0.39

1.24

0.18

96.38

cu

19.20

1.65

8.59

1.29

6.72

0.15

84.69

Ni

71.94

0.57

0.79

0.24

0.33

0. 60

9 8.88

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

O.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.32

4.68

0.33

4.82

0.30

90.50

Al

8.58

1.23

14.34

0.96

11.19

0.60

74.47

18

TABLA V.-BALANCE DE MATERIAL PARA 300 miDE SOLIDOS DISÜELTOS

PRUEBA No.2 (COLECTOR AF-211)

PRODUCTOS

AGUA RESIDUALORIGINAL

(100%)

FILTRADO DECONCENTRADO

% REMANENTEEN EL

FILTRADO

FILTRADO DECOLAS

% REMANENTEEN LASCOLAS

LIMITE MAXIMOEN NORMAS

PARA 300 miÜÍOM-066-ECOL-

1994

% RECUPERADOEN CONCENTRADO

Y COLAS


Pb

31.50

0.57

1.81

0.24

0.76

0. 18

97.43

CU

19.20

1.83

9.53

1.05

5.4 7

0.15

85.00

Ni

71.94

1.59

2.21

0.30

0.42

0.60

97.37

sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.32

4.68

0.27

3.95

0.3 0

91.37

Al

8.58

0.48

5.59

0.63

7.34

0.60

87.07

19

TABLA VI.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS


¡ PRODUCTOSf.

: AGUA RESIDUALORIGINAL

(100%)

FILTRADO"DEíj CONCENTRADOí

; % REMANENTE" EN EL} FILTRADO

jj. FILTRADO DEÜ COLAS

;; % REMANENTE¡ EN LAS; COLAS

! LIMITE MAXIMO' EN NORMAS,| PARA 300 mi' NOH-0 6 6-ECOL-t 1994

,; % RECUPERADOi EN CONCENTRADO; Y COLAS


Pb

31.50

0.21

0.67

<.4ppm0.12

0.38

0.18

98.95

CU

19.20

1.74

9.06

0.72

3.75

0.15

87.19

Ni

71.94

0.75

1.04

0.30

0.42

0.60

98.54

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.9 0

3.07

93.86

Fe

6.84

0.14

2.05

0.36

5.26

0.30

'92.69

Al

8.58

0.51

5.94

0.30

3.50

0.60

90.56

20

TABLA VII.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS

PRUEBA NO.4 (COLECTOR AP-4 04)

PRODUCTOS


(100%)


% REMANENTEEN EL

FILTRADO

FILTRADO DECOLAS



PARA 300 miNOM-0 6 6-ECOL-1994


Y COLAS


Pb

31.50

0.18

0.57

<-4ppm0.12

0.38

0.18

99.05

CU

19.20

1.44

7.50

0.96

5.00

0.15

87.50

Ni

71.94

0.72

1.00

0.36

0.50

0.60

98.50

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.16

2.34

0.06

0.88

0.30

e

96.78

Al

8.58

0.63

7.34

0.33

3.85

0.60

88.81

21

TABLA VIII.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS

PRUEBA NO.5 (COLECTOR AP-845)

PRODUCTOS


(100%)


% REMANENTEEN EL

FILTRADO

FILTRADO DECOLAS



PARA 3 00 miNOM-0 66-ECOL-1994


Y COLAS


Pb

31.50

<.4ppm0.12

0.38

0.18

0.57

0.18

99.05

CU

19.20

1.71

8.91

1.41

7.34

0.15

83.75

Ni

71.94

0.51

0.71

0.29

0.40

0.60

98.89

sn

29 .31

<3ppia

0.90

3.07

<3ppa

0.90

3. 07

93.86

Fe

6.84

0.11

1.61

0.30

4.39

0.30

94.00

Al

8.58

0.36

4.20

0.42

4.90

0.60

90.90

22

TABLA IX.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS

PRUEBA No.6 (COLECTOR AP-33 02)

ilODÜCTOS

JA RESIDUALORIGINAL3%)

GTRADO DEííCENTRADO

REMANENTEEN EL

CLTRADO DECOLAS


Pt>

31.50

0.18

0.57

0.12

CU

19.20

1.65

8.59

1.29

71.94

1.86

2.59

0.30

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

6.84

0.27

3.95

0.27

Al

8.58

1.14

13.29

0.3 6

L,

REMANENTEEN LASCOLAS

:ITE MAXIMO:N NORMASARA 300 mii-0 6 6-ECOL-

RECUPERADOCONCENTRADOY COLAS

0.38 6.72 0.42 3.07

0.18 0.15 0.60

3.95

0.30

99.05 84.69 96.99 93.86 92.10

4.20

0.60

82.51

23

TABLA X.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISUELTOS

PRUEBA No.7 (COLECTOR 3418)

1 PRODUCTOS

ij AGUA RESIDUAL: ORIGINALf (100%)/ FILTRADO DEj CONCENTRADO

; % REMANENTEi EN EL\ FILTRADO

i FILTRADO DECOLAS

¡

j % REMANENTEi EN LASj COLAS

! LIMITE MAXIMOEN NORMAS

PARA 300 mi; NOM-066-ECOL-j 1994

I % RECUPERADO• EN CONCENTRADO! Y COLAS


Pb

31.50

<.4ppm0.12

0.38

0.24

0.76

0.18

1

98.86

Cu

19.20

1.44

7.50

1.41

7.34

0.15

8 5.61

Ni

71.94

1.95

2.71

0.45

0.63

0.60

96.66

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.24

3.51

0.12

1.75

0.30

94.74

Al

8.58

0.60

6.99

0.63

7.34

0.60

85.67

24

TABLA XI.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISÜELTOS

PRUEBA NO.8 (COLECTOR AP-5415)

PRODUCTOS

II;; AGUA RESIDUAL¡j ORIGINAL| (100%)

! FILTRADO DECONCENTRADO

! % REMANENTEj¡ EN ELi FILTRADO

FILTRADO DEi COLAS



PARA 300 miNOM-0 6 6-ECOL-1994


Y COLAS


Pb

31.50

<.4ppm0.12

0.38

<.4ppm0.12

0.38

0.18

99.24

CU

19.20

1.65

8.59

1.62

8.44

0.15

82.97

Ni

71.94

1.78

2.47

0.33

0.46

0.60

97.07

sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.04

0.58

0.06

0.88

0.30

98.54

Al

8.58

0.54

6.29

0.54

6.29

0.60

87.42I

TABLA XII.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISDELTOS

PRUEBA No.9 (COLECTOR S-6682)

PRODUCTOS


(100%)


% REMANENTEEN EL

FILTRADO

FILTRADO DECOLAS



PARA 300 miNOM-06 6-ECOL-1994


Y COLAS


Pb

31.50

0.12

0.38

<.3ppm0.12

0.38

0.18

99.24

CU

19.20

1.56

8.13

1.62

8.44

0.15

83.43

Ni

71.94

2.84

3.95

0.30

0.42

0.60

95.63

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.25

3.65

0.11

1.61

0.30

94.74

Al

8.58

0.54

6.29

0.69

8.04

0.60

85.67

26

TABLA XIII.-BALANCE DE MATERIAL PARA 300 miDE SOLIDOS DISÜELTOS


PRODUCTOS

2,GUA RESIDUALORIGINAL

0.00%)


% REMANENTEEN EL

FILTRADO

FILTRADO DECOLAS



PARA 300 miMOM-0 6 6-ECOL-.-. 94

v RECUPERADO! Z;:¡ CONCENTRADO| Y COLAS


Pb

31.50

0.18

0.57

0.30

0.95

0.18

98.48

CU

19.20

1.71

8.91

1.56

8.13

0.15

82.96

Ni

71.94

1.08

1.50

0.25

0.35

0. 60

98.15

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.30

4.39

0.14

2.05

0.30

93.56

Al

8.58

0.78

9.09

0.30

3.50

0. 60

87.41

27

TABLA XIV.-BALANCE DE MATERIAL PARA 3 00 miDE SOLIDOS DISUELTOS

PRUEBA No.11 (COLECTOR S-7583)

PRODUCTOS

j AGUA RESIDUALí ORIGINAL! (100%)

í FILTRADO DE\ CONCENTRADO

i!! % REMANENTE; EN EL

FILTRADO

; FILTRADO DE] COLAS

i

:! % REMANENTEEN LAS

i COLASÜ| LIMITE MAXIMO

EN NORMASPARA 3 00 mi

NOM-06 6-ECOL-1994


Y COLAS


Pb

31.50

<.4ppm0.12

0.38

0.30

0.95

0.18

98.67

CU

19.20

1.56

8.13

1.44

7.50

0.15

84.37

Ni

71.94

0.69

0.96

0.86

1.20

0.60

97.84

Sn

29.31

<3ppm

0.90

3.07

<3ppm

0.90

3.07

93.86

Fe

6.84

0.17

2.49

0.18

2.53

0.30

94.98

Al

8.58

0.00

0.00

1.23

14.34

0.60

85.66

28

ÍGÜRÁ 2.» \ ECUPcRACiON DE METALES EN FUNCIÓNDE LOS COLECTORES

100

70

Pb Cu Ni Sn

ELEMENTOS METÁLICOS

Fe Al

—

I1

- * -

-x-

-A-

- * -

-o

AF-31

AF-211

AF-238

AP-404

AP-845

AP-3302

3418

AP-5415

S-6682

AF-7310

S-7583

3.5.3.-Gráfica general de recuperación de metales.

La figura 2 muestra las recuperaciones de los metales en lossólidos logradas en cada uno de los colectores.

El objetivo de esta gráfica es ver la curva rasante de las otrascurvas, que indique los colectores que han demostrado las mejoresbondades en la recuperación de los metales.

3.5.4.-Análisis estadístico.

En virtud de que estas pruebas sólo tuvieron la finalidad deseleccionar al mejor colector, únicamente se variaron loscolectores. Por esta razón en esta etapa, no se realiza un análisisestadístico.

4.-RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Los resultados presentados en este informe nos indican queexisten dos opciones para la remoción de los metales pesados de losresiduos industriales. Uno es, estudiar los lodos que se producenal final de la planta de tratamiento de aguas, en el filtro prensade la misma. De estas muestras se observa que en los polvos, losniveles de concentración de los metales son muy altos (Pb = 16.12%;Cu = 1.23%; Ni = 9.25%; Sn = 10.08% y Fe = 2.04%) aunque, en virtudde que se precipitan masivamente, se tiene también materialindeseable y por otro lado, es posible que las aguas que seproducen en el filtro prensa, tengan metales pesados disueltos.

Otra alternativa, es estudiar las aguas residuales agotadas dela electrodepositación. Con esta opción, se evitaría la planta detratamiento de aguas y en su lugar se pondría un equipo deflotación. También estas aguas son muy ricas. Algunos de losmetales tienen las leyes siguientes:Cu = 64.0 ppm; Pb = 105.0 ppm; Ni = 2 3 9.8 ppm; Sn = 97.7 ppm; Al =28.6 ppm y Fe = 22.8 ppm. ^

4.1.-Discusión sobre el efecto de la adición de cal.

En la selección de reactivos para flotar los metales pesadosse empleó cal (CaO) ya que este reactivo, modifica el pH y trabajacomo un intercambiador iónico, formando un complejo que al serinerte, no presenta problemas de toxicidad. Dicho complejo estáaceptado por la EPA (Environmental Protection Agency) de losEstados Unidos de América'' (9) .

Como se puede ver en la tabla XV, la efectividad del calciocomo acomplejante se debe a que, es menos electronegativo que losmetales pesados en estudio (6). Se observa que el orden de mayor amenor electronegatividad está dado por:

29

Cu>Pb>Sn>Ni>Fe>Al>Ca.

Como se sabe, un elemento mientras más electronegativo es, sureacción es más violenta y en el caso de los metales en estudio, elCu forma el complejo con más firmeza.

En este proceso,cada metal precipita a un cierto pH. Laprecipitación de los elementos se efectúa en forma de hidróxido(7). La misma podría ser la siguiente Pb(OH)2; Cu(OH)2; Ni(OH)2;Sn(OH)2; Fe(OH)2 y A1(OH)3 (8).

Como un intento para el plomo se puede proponer la siguientereacción:

Cao +3H2O + Pb+2 ^ Pb(OH)2 ü +Ca(OH)2 ü + H2 fl

30

XV.-IiW ACTIVIDAD DE INTERCAMBIO IÓNICO DE LOS METALES

OS CO;: SL CALCIO EN FUNCIÓN DE LA ELECTRONEGATIVIDAD

LITIO

RUBIDIO

POTASIO

SODIO

BARIO

CALCIO

MAGNESIO

ALUMINIO

MANGANESO

ZINC

HIERRO

NÍQUEL

ESTAÑO

PLOMO

HIDROGENO

COBRE

PLATA

MERCURIO

PLATINO

ORO

31

4.2.-Análisis de resultados.

En relación a las tablas (IV-XIV), se normalizó a 300 mi deaguas residuales y considerando que se conocen las leyes de lascabezas (agua original) y de los productos, se calculó el contenido(en mg) en los mismos. Los valores de la norma NOM-066-ECOL-1994también se normalizaron para los 300 mi. Esto es, se determinaronlos, contenidos en mg que quedaron en las aguas, precipitados y ellimite de la norma.

Observando la figura 2 y las tablas, se puede notar quealgunos reactivos recuperaron a entera satisfacción los metales,esto es, dejaron al filtrado del concentrado y al de las colascumpliendo la norma; otros cumplieron sólo con un filtrado. Acontinuación en la tabla se presenta una relación de las pruebas(cada prueba es una tabla y un colector) y el mayor o menorcumplimiento con la normatividad:

TABLA XVI.-METALES QUE CUMPLEN CON LA NORMA (NOM-0 6 6-ECOL-94)

PRUEBANUMERO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

ELEMENTOS QUE SATISFACEN LA NORMA

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb

Pb/2

Pb/2

cu Ni

Ni

Ni/2

Ni/2

Ni/2

Ni

Ni/2

Ni/2

Ni/2

Ni/2

Ni/2

sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Sn

Fe

Fe

Fe

Fe/2

Fe

Fe

Fe

*Fe

Fe

Fe

Fe

Fe

Al

Al

Al

Al

Al

Al/2

Al

Al

Al/2

Al/2

Al/2

En relación a la gráfica general de recuperación (fig. ̂ No. 2),se observa que el plomo, níquel, estaño y el hierro tienen buenasrecuperaciones. En cambio el cobre y el aluminio presentan las másbajas recuperaciones.

32

5. -CONCLUSIONES

De los resultados antes obtenidos, se puede concluir que:

a).-En igualdad de condiciones, el colector AP-845 es el quecumplió nejor sus objetivos y, casi resuelve el problema a no serpor el cobre que no quedó dentro de la norma.

b) .- Variar tiempos de reposo de la cal en los productos deflotación para lograr tal vez un mejor intercambio iónico. Tambiénprecipitar al principio con hidróxido de sodio.

c).-Con los costos a nivel internacional de flotación de metales de$ 0.50 dólares por el procesamiento de 1000 litros de aguasresiduales (10), la empresa sólo erogaría $ 2.50 dólares por eltratamiento de los 5000 litros de aguas residuales que generandiariamer.ce.

6.-AGRADECIMIENTOS•

Se agradece sinceramente la colaboración de las siguientespersonas:Ing.Juan Manuel Rodríguez.-CYTEC de México,S.A. de C.V.Ing. Jaime Jiménez Becerril.-Gerencia de Física y Química, del ININ.Ing.Carmsn López Reyes.-Gerencia de Servicios Técnicos Nucleares,

ININ.O.T.- Ana María Benavides Mej ia.-Gerencia de Servicios Técnicos

Nucleares, ININ.Q.A.Laur- Sánchez Paz.-Gerencia de Servicios Técnicos Nucleares,

ININ.

7.-REFERENCIAS

1.-WATER TREATMENT CHEMICALSCYAMAKID BV f

P.O.BOX 15233 000 3M ROTTERDAMC.B.V./RT 0635/90

2 . -KELLY.ERROL,G. ETALINTRODUCCIÓN AL PROCESAMIENTO DE MINERALESNORIEGA EDITORES

' EDITORIAL LIMUSA, 199 0

3.-NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-066-ECOL-1994PUBLICADA EN EL DIARIO OFICIAL DE LA FEDERACIÓNDEL 6 DE ENERO DE 19 95.

33

4.-NORMA TÉCNICA NTE-CRP-001/88ESTABLECE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RESIDUOS PELIGROSOS, ELLISTADO DE LOS MISMOS Y LOS LIMITES QUE HACEN A UN RESIDUOPELIGROSO POR SU TOXICIDAD AL AMBIENTE.PUBLICADOS EN EL DIARIO OFICIAL DE LA FEDERACIÓN DEL 2 2 DEOCTUBRE DE 1993.

5.-AYRES, GILBERTO,H. (UNIVERSITY OF TEXAS,AUSTIN)ANÁLISIS QUÍMICO CUANTITATIVOHARÍA,S.A. DE C.V. 1970.

6.~Z,A-,BABOR;ET ALQUÍMICA GENERAL MODERNAEDIT. ÉPOCA S .A . PP No . 1 0 3 , 1977EMPERADORES 1 8 5 , MEXICO 1 3 , D . F .

7.-BOYMELL, WENDYHELP FOR HEAVY METALKALCO'5 UNISOLV GROUP.CNIT A12, VG HOUSE, PARK STREET.•• TAXYBRIDGE SK15 2BT.KOBILE:083 6-74 3 23 5.

8 .. -LUNA RANGEL RAYMUNDOFUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA/PRIMERA PARTE)APUNTES, 199 3

9. -::;TJ PONT ANDRADE•,:I:NS TREATMENT OF LIQUID WASTE CONTAINING HEAVY METALS.POLLUTION ENGINEERING,PP84-89, 1987

10.. -PETERS, ROBERT W; ET ALEVALUATION OF RECENT TREATMENT TECHNIQUES FOR REMOVAL OF HEAVYMETALS FRO24 INDUSTRIAL WASTEWATERS.AICHE SYMPOSIUM SERIES, NO.243, VOL. 81 PP1657203

34

instituto nacional d€ inv€stigacion€s nucleares

Documents