INTERCAMBIO INICO. FUNDAMENTO TERICO: El intercambio inico es una operacin de separacin basada en la transferencia de materia fluido-slido. Implica la transferencia de uno o ms iones de la fase fluida al slido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se encuentran unidos por fuerzas electrostticas a grupos funcionales superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio slido-fluido y de la velocidad de transferencia de materia. Los slidos suelen ser de tipo polimrico, siendo los ms habituales los basados en resinas sintticas. Una resina de intercambio inico puede considerarse como una estructura de cadenas hidrocarbonadas a las que se encuentran unidos de forma rgida grupos inicos libres. Estas cadenas se encuentran unidas transversalmente formando una matriz tridimensional que proporciona rigidez a la resina y donde el grado de reticulacin o entrecruzamiento determina la estructura porosa interna de la misma. Como los iones deben difundirse en el interior de la resina para que ocurra el intercambio, la seleccin del grado de reticulacin puede limitar la movilidad de los iones participantes. Las cargas de los grupos inicos inmviles se equilibran con las de otros iones, de signo opuesto, denominados contraiones, que estn libres y que son los que se intercambian realmente con los del electrolito disuelto. Cuando dichos iones son cationes, los cambiadores inicos se denominan catinicos y cuando son aniones se denominan aninicos. El intercambio inico puede explicarse como una reaccin reversible implicando cantidades qumicamente equivalentes. Un ejemplo comn del intercambio catinico es la reaccin para el ablandamiento del agua:++ +

Ca + 2NaR

CaR + 2Na

Donde R representa un lugar estacionario aninico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador.

Tratamiento del agua por medio de resinas catinicas y anionicas.

Elproceso de Intercambio de Iones, en el contexto de purificacin de aguas, es un proceso rpido y reversible en el cual los iones impuros presentes en el agua son reemplazados por iones que despiden una resina de intercambio de

iones. Los iones impuros son tomados por la resina que debe ser regenerada peridicamente para restaurarla a su forma inica original. (Un ion es un tomo o grupo de tomos con una carga elctrica. Los iones con carga positiva se llaman cationes y son generalmente metales, los iones con carga negativa se llaman aniones y son generalmente no metales).y

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Este sistema se utiliz primeramente para ablandar o suavizar aguas duras utilizando zeolitas naturales que cambiaban cationes calcio y magnesio que son causa de la dureza del agua. Una vez saturadas las zeolitas se regeneran con solucin de cloruro de sodio. Hoy para conseguir la desionizacin del agua se utilizan resinas sintticas, diseadas especialmente, de tipo catinico y de tipo aninico, alojadas en columnas separadas y puestas ambas columnas en serie. Las resinas catinicas son aptas para intercambiar cationes como Ca++, Mg++ y Na+, aportados por el agua a tratar, con iones positivos como H+, aportados por la resina. Las resinas aninicas son aptas para intercambiar aniones como CO3=, Cl-, SO4=aportados por el agua a tratar con iones Hidroxilo OH-, aportado por la resina. Los iones H+ y HO- atraen mutuamente por su diferente carga elctrica y forman molculas de agua H2O. El proceso de intercambio se ilustra en la siguiente figura.

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El proceso de intercambio se interrumpe cuando las resinas estn saturadas y en ese momento es necesario proceder a la regeneracin con soluciones cidas o bsicas segn sea la resina. El efluente de las regeneraciones debe ser tratado antes de enviarlo al drenaje. El proceso de regeneracin consta de tres pasos. Lavado en contracorriente, regeneracin propiament6e dicha en contracorriente o equicorriente y finalmente enjuague final para retirar exceso de regenerante.

Las resinas utilizadas actualmente son de origen sinttico y se presentan en forma de perlas o esferas con dimetroscomprendidos entre 0,3 mm, 1,2 mm.

Su estructura es macromolecular con uno o varios radicales cidos o bsicos. Los cambios producidos durante los sucesivos procesos de intercambio y regeneracin no afectan la estructura fsica de las resinas. Los equipos de intercambio llamados de Lecho Mixto contienen en una sola columna los dos tipos de resina, catinica y aninica, mezcladas ntimamente por medio de aire comprimido; de esta forma el lecho de resinas se comporta como un infinito nmero de columnas catinicas y aninica conectadas en serie.Otra mtodo utilizado para remover iones como ( Mg++ , Ca++ , SO 4 = , Cl - ,etc.)del agua es la utilizacin de arcillas. ARCILLAS. La arcilla est constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposicin de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones segn las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposicin de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura decenas de miles de aos.

Arcilla del perodo cuaternario (400.000 aos), Estonia. Fsicamente se considera un coloide, de partculas extremadamente pequeas y superficie lisa. El dimetro de las partculas de la arcilla es inferior a 0,002 mm. En la fraccin textural arcilla puede haber partculas no minerales, los fitolitos. Qumicamente es un silicato hidratado de almina, cuya frmula es: Al2O3 2SiO2 H2O. Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y tambin sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 C. La arcilla endurecida mediante la accin del fuego fue la primera cermica elaborada por los seres humanos, y an es uno de los materiales ms baratos y de uso ms amplio. Ladrillos, utensilios de cocina, objetos de arte e incluso instrumentos musicales como la ocarina son elaborados con arcilla. Tambin se la utiliza en muchos

procesos industriales, tales como en la elaboracin de papel, produccin de cemento y procesos qumicos. En la actualidad se estn utilizando arcilla para tratar aguas contaminadas con compuestos fenlicos provenientes de refineras de petrleos, yaqu estas actan como buen adsorbente de estos tipos de compuesto esto es debido a que las arcillas posee grupos qumicos que pueden interactuar con grupos metlico, fenlico, y entre otro.

INTERCAMBIO IONICO EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS

ALEXANDER MONTES MACEA

PROFESOR: INOCENCIO MOSCOTE GAVIRIA ING. QUIMICO

UNIVERSIDAD DE CRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS BSICAS PROGRAMA DE QUMICA QUMICA AGRICOLA MONTERA-2010