universidad nacional de trujillo ambiental

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE H2O2, Ca(OH)2 Y

NaOH EN LA REMOCIÓN DE Mn DEL DRENAJE ÁCIDO DE

MINA.

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN APLICADA PARA OPTAR EL

TÍTULO DE:

INGENIERO AMBIENTAL

Autor(es):

Br. ALAYO VILLANUEVA BILMAR ARNULFO

Br. LOJE REZKALA MARÍA DE FÁTIMA

Asesor:

Dr. Aguilar Quiroz, Croswel Eduardo

TRUJILLO – PERÚ

2017

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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I

JURADO CALIFICADOR

________________________

Dr. Medardo Alberto Quezada Álvarez

Presidente

________________________

Ms. Walter Moreno Eustaquio

Secretario

__________________________

Dr. Croswel Eduardo Aguilar Quiroz

Asesor



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II

ÍNDICE DE CONTENIDO

JURADO CALIFICADOR ............................................................................................... I

DEDICATORIA ............................................................................................................ VI

DEDICATORIA ........................................................................................................... VII

AGRADECIMIENTO .................................................................................................. VIII

RESUMEN ................................................................................................................... IX

ABSTRACT...................................................................................................................X

CAPÍTULO I .................................................................................................................. 1

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1

CAPÍTULO II ............................................................................................................... 11

MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................... 11

2.1 Equipos, Materiales y Reactivos................................................................ 11

2.1.1. Equipos. ................................................................................................ 11

2.1.2. Materiales. ............................................................................................. 11

2.1.3. Reactivos. .............................................................................................. 12

2.2 Metodología del trabajo ............................................................................. 12

2.3 Procedimiento Experimental. ..................................................................... 13

2.3.1. Toma de muestra:.................................................................................. 13

2.3.2. Caracterización fisicoquímica del drenaje ácido de mina: ...................... 13

2.3.3. Tratamiento con H2O2, precipitación y neutralización con Ca(OH)2 y NaOH. 13

2.4 Diseño experimental: ................................................................................. 14

CAPÍTULO III .............................................................................................................. 15

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 15

3.1. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+ del drenaje ácido de mina. ................................................................................... 15

3.2. Influencia de la concentración de H2O2 en presencia de Ca(OH)2. ............ 20

3.3. Influencia de la concentración de H2O2 en la remoción de Mn2+ usando NaOH. ................................................................................................................. 25

3.4. Remoción de Mn2+ en el tiempo. ............................................................... 26

CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 28

CONCLUSIONES.................................................................................................... 28

CAPÍTULO V .............................................................................................................. 29

RECOMENDACIONES ........................................................................................... 29



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III

CAPÍTULO VI ............................................................................................................. 30

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 30

CAPÍTULO VII ............................................................................................................ 35

ANEXOS ................................................................................................................. 35



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IV

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 01. Comparación de las diferentes tecnologías de remoción de Mn2+ en aguas

residuales ..................................................................................................................... 5

Tabla 02. Caracterización del drenaje ácido de mina .................................................. 15

Tabla 03. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH)2 y pH en la remoción de

Mn2+. ........................................................................................................................... 35

Tabla 04. Influencia de la velocidad de agitación en la remoción de Mn2+ usando NaOH

y Ca(OH)2 ................................................................................................................... 35

Tabla 05. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH)2, H2O2 y pH en la remoción

de Mn2+. ...................................................................................................................... 36

Tabla 06. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a

diferentes concentraciones de Ca(OH)2. ..................................................................... 36

Tabla 07. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando Ca(OH)2 y H2O2. ........................... 37

Tabla 08. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando NaOH y H2O2. .............................. 37



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V

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 01. Modelo para la oxidación de la pirita. ........................................................... 2

Figura 02. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn - H2O. ........................................ 7

Figura 03. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+.

................................................................................................................................... 16

Figura 04. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en el pH final del DAM

tratado. ....................................................................................................................... 17

Figura 05. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn – Al – Fe –S – H2O .................. 18

Figura 06. Influencia de la agitación en la remoción del DAM tratado. ........................ 19

Figura 07. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con Ca(OH)2

a diferente pH. ............................................................................................................ 21

Figura 08. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con

Ca(OH)2 a diferentes concentraciones. ....................................................................... 22

Figura 09. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a

diferentes concentraciones de Ca(OH)2. ..................................................................... 23

Figura 10. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con NaOH a

diferentes concentraciones. ........................................................................................ 25

Figura 11. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con NaOH

a diferentes concentraciones ...................................................................................... 26

Figura 12. Remoción de Mn2+ en el tiempo ................................................................. 27



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VI

DEDICATORIA

A Dios, por guiar mi camino y por permitir que este trabajo se haya realizado.

A mis padres quienes me han brindado su apoyo emocional y financiero.

A las personas quienes han contribuido en la realización de esta investigación, en mi desarrollo personal y profesional.

Alayo Villanueva, Bilmar Arnulfo



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VII

DEDICATORIA

A Dios, por regalarme la vida y permitirme vivir este momento tan importante.

Por los triunfos y momentos difíciles que me han dado la fortaleza para seguir

adelante.

A mis padres, María y Luis, por su apoyo incondicional a lo largo de mi formación

tanto personal como profesional, sin ellos este logro no sería posible. Asimismo, por su motivación y consejos que han sabido guiarme a lo largo de la vida.

A mi abuelita, Iris, por su entrega y cariño que me brinda día a día.

A mi asesor, Croswel Aguilar Quiroz, por sus enseñanzas y conocimientos impartidos en este recorrido.

Loje Rezkala, María de Fátima



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VIII

AGRADECIMIENTO

A nuestra familia, por darnos todo su apoyo y querernos sobre toda las cosas.

Un agradecimiento especial a nuestro asesor, Dr. Croswel Eduardo Aguilar

Quiroz, por habernos guiado en toda la elaboración y por sus valiosos consejos para culminar esta tesis.

Al técnico del laboratorio de Catálisis, Jorge Alcántara Castillo, por facilitarnos las herramientas necesarias para el desarrollo de este proyecto.



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IX

RESUMEN

Se estudió la influencia de H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn2+

de drenaje ácido de mina usando Ca(OH)2 y NaOH como modificador de pH. Los

experimentos se desarrollaron a una velocidad de agitación de 800 rpm durante

5 minutos y con un tiempo de sedimentación de 30 minutos a condiciones

ambientales. Los resultados indican que el H2O2 incrementa la remoción de Mn2+

para una concentración de 180 mg/L de H2O2, sin embargo a concentraciones

mayores a 180 mg/L la remoción de Mn2+ disminuye. Se alcanza una remoción

de Mn2+ cercana al 100% usando H2O2 para una concentración de 1.83 g/L de Ca(OH)2, 1.85 g/L de NaOH y pH cercano a 8.

Palabras clave: remoción de Mn2+, H2O2, drenaje ácido de mina, precipitación oxidativa.



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X

ABSTRACT

The influence of H2O2 as an oxidizing agent on the removal of Mn2+ from acid

mine drainage was studied using Ca(OH)2 and NaOH as a pH modifier. The

experiments were stirring speed at 800 rpm for 5 minutes and a settling time of

30 minutes at ambient conditions. The results indicate that H2O2 increases the

removal of Mn2+ at a concentration of 180 mg/L H2O2, however at concentrations

higher than 180 mg/L, the removal of Mn2+ decreases. A near 100% Mn2+ removal

was achieved using H2O2 for a concentration of 1.83 g/L Ca(OH)2, 1.85 g/L NaOH and pH close to 8.

Keywords: removal of Mn2+, H2O2, Acid mine drainage, oxidative precipitation.



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1

CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN

La Minería representa en el Perú más del 50% de las divisas, el 20% de la

recaudación fiscal, el 11% del Producto Bruto Interno, siendo la mayor parte

de la inversión extranjera, entre otros destacados factores

macroeconómicos (J. Vargas, 2015). Sin embargo, esta ocasiona

importantes impactos ambientales sobre nuestros recursos vitales,

especialmente la formación de soluciones ácidas cargadas con metales

pesados provenientes de minerales presentes en el entorno, más

conocidos como drenaje ácido de mina (DAM) o drenaje ácido de roca, los

cuales son clasificados por la Agencia de Protección Ambiental de Estados

Unidos (EPA) como una de las tres mayores amenazas contra la seguridad

ecológica en el mundo (B. Dold et al., 2009).

La principal causa del DAM es la oxidación de la Pirita (FeS2) como

resultado de la exposición de minerales al oxígeno, agua y

microorganismos (R. Freitas et al., 2013). A pesar que, este fenómeno

ocurre naturalmente, las actividades mineras aceleran este proceso de

generación debido a la exposición al medio ambiente de gran cantidad de

minerales (R. Freitas et al., 2013). Esto ocurre en sitios mineros tanto

abandonados como en operación, túneles de minería, minas a tajo abierto,

relaves mineros y desmonteras. Este proceso se acentúa en lugares

húmedos y con altas precipitaciones (A. Akcil et al., 2005; G. Simate & S.

Ndlovu, 2014).



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http://elcomercio.pe/noticias/pbi-514408?ref=nota_economia&ft=contenido

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El proceso de oxidación de la pirita se presenta en la figura 01.

Figura 01. Modelo para la oxidación de la pirita.

Fuente: G. Simate & S. Ndlovu, 2014

El DAM plantea un grave problema de contaminación para las actuales y

futuras generaciones, especialmente debido a su bajo pH, altas

concentraciones de metales pesados (potencialmente tóxicos), metaloides

y sulfatos (K. Kefeni et al., 2017). Debido a su bajo pH, el DAM interactúa

con las rocas que contienen diferentes tipos de minerales provocando

fácilmente la solubilidad de metales pesados (K. Kefeni et al., 2017). Entre

los metales pesados se tiene al Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr),

Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Níquel (Ni), Plomo (Pb) y Zinc (Zn), los

cuales tienen el potencial de convertirse en mayores fuentes de

contaminación y con frecuencia pueden ser extremadamente perjudiciales

en ambientes acuáticos y el suelo (T. Chen et al., 2014).

El DAM es tóxico, destruye ecosistemas, corroe infraestructuras y

contamina el agua dulce en lugares donde ya es escaso este recurso. Su

toxicidad se debe a la presencia de metales pesados los cuales tienen la

capacidad de persistir en ecosistemas naturales por un largo periodo.

Además, tienen la capacidad para acumularse en los diferentes niveles de

la cadena biológica, por lo tanto, causan enfermedades agudas y crónicas.

En general, la toxicidad de los metales pesados resulta de la disrupción de

funciones metabólicas de dos formas: primero se acumulan en órganos y

FeS2 + O

2 + H

2O → SO

4

2- + Fe

2+ + H

+

Fe2+

+ S2

2-

O2

Fe3+

+ H2O ↔ Fe(OH)

3 + H

+

O2

FeS2



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glándulas vitales como el corazón, cerebro, riñones, huesos, hígado, donde

interrumpen sus funciones importantes y posteriormente inhiben la

absorción e interfieren o desplazan de su lugar de origen a los minerales

nutricionales vitales, por lo que dificulta sus funciones biológicas (G. Simate

& S. Ndlovu, 2014).

En organismos acuáticos, los metales pesados se acumulan directamente

e indirectamente del agua contaminada a la cadena trófica induciéndoles a

un estrés oxidativo severo. La exposición aguda (corto plazo, alta

concentración) puede matar directamente a los organismos acuáticos. Una

exposición continua (largo plazo, baja concentración) puede causar efectos

no letales como retraso en el crecimiento, disminución de la capacidad

reproductiva, deformidades, lesiones y la muerte (G. Simate & S. Ndlovu,

2014).

Uno de los metales presentes en el DAM es el Mn el cual no se encuentra

como metal en su forma natural, sin embargo, es un componente de más

de 100 minerales como Dióxido de Manganeso, Carbonato de Manganeso

y Silicato de Manganeso, las cuales son las formas más comunes. Su

estado de oxidación en medio acuoso más común es Mn2+ a pH entre 4-7,

pero se puede encontrar en estados de oxidación más elevados a pH más

altos o como resultado de la oxidación microbiana. (S. Deepti et al., 2015).

El Mn es uno de los oligoelementos indispensable para la vida, los

organismos lo utilizan para la fabricación de enzimas, metabolismo de las

plantas y la fotosíntesis. A pesar de ser un elemento esencial para la vida,

el Mn en exceso puede unirse al ADN y actuar como agente mutágeno,

especialmente en las células eucariotas (F. Castillo et al., 2005). La

presencia de Mn2+ en el agua de consumo podría conducir a su

bioacumulación y la inhalación en niveles elevados puede dañar el sistema

nervioso causando ataxia, demencia, ansiedad, manganismo (enfermedad

muy parecida al Parkinson) (S. Deepti et al., 2015), también está asociado

con efectos reproductivos y de desarrollo. Se han reportado casos de

alteración de la fertilidad, impotencia y libido en trabajadores hombres que



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presentan síntomas de Manganismo y sugieren que la alteración de la

función sexual en varones puede ser una de las manifestaciones clínicas

más tempranas de la toxicidad del Mn (D. Milatovic et al., 2011).

Por estos efectos en la Salud y Medio Ambiente, diversas entidades como

la Organización Mundial de la Salud (OMS), EPA, La Dirección General de

Salud Ambiental (DIGESA) han establecido un límite máximo permisible

(LMP) de Mn en agua de consumo 0.4 mg/L (OMS, 2008), 0.05 mg/L (EPA,

2016) y 0.4 mg/L (DIGESA, 2010), respectivamente. Del mismo modo, se

ha establecido en algunos países un LMP para las descargas en cuerpos

de agua dulce, entre ellos, la norma de calidad ambiental y de descarga de

efluentes de Ecuador que establece un límite máximo permisible de 2 mg/L

(Ministerio del Ambiente de Ecuador, 2015). En el Perú, el Mn aún no está

dentro de los LMP para efluentes mineros (DS N° 010-2010-MINAM), sin

embargo sí se encuentra dentro de los estándares de calidad ambiental

para agua siendo de 0.1 mg/L para categoría 1 y 0.2 mg/L para categoría 3

(DS N° 015 -2015-MINAM).

Las técnicas que se aplican para la remoción de Mn2+ en aguas residuales

generalmente son: precipitación química (precipitación con hidróxidos,

precipitación con carbonatos y precipitación con sulfuros),

coagulación/floculación, flotación, intercambio iónico, oxidación/filtración,

tratamiento electroquímico, adsorción con carbón activado, adsorbentes

(naturales y polímeros) y filtración por membranas (W. Zhang & C. Cheng,

2007). Las ventajas y desventajas de los diferentes métodos se presentan

en la tabla 01.



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Tabla 01. Comparación de las diferentes tecnologías de remoción de Mn2+ en aguas residuales.

Tipo de tratamiento Ventajas Desventajas

Precipitación química

Método ampliamente usado.

Bajo costo de inversión.

Operación simple.

Generación de lodos.

Costo operacional extra

para la disposición final

de lodos.

Requiere de un pH alto.

Coagulación/floculación Mejora la estabilidad y el

asentamiento de lodos.

Producción de lodos.

Costo operacional extra

para la disposición final

de lodos.

Flotación

Bajo costo de operación.

Bajos periodos de retención.

Alta selectividad del metal.

Alto costo de

mantenimiento.

Intercambio iónico

No genera lodos.

Puede ser usado para sistemas

diluidos.

Bajo tiempo de operación.

Bajo costo de operación.

Alta eficiencia energética.

Fácil control y amigable con el

Medio Ambiente.

No todas las resinas de

intercambio iónico son

adecuadas para la

remoción de Mn.

Alto costo de capital.

Solo usado para

pequeñas trazas de Mn

debido a su obstrucción.

La regeneración de las

resinas causa una

contaminación

secundaria.

No se puede usar a

gran escala.

Oxidación/filtración

La mayoría de sistemas de

tratamiento de Fe y Mn emplean

este método.

Método de bajo costo.

El agente oxidante es

difícil de almacenar y

transportar.

Degradación de las

partes del sistema

debido a la corrosión.



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No requerimiento de electricidad

y es adecuado para zonas

rurales.

Tratamiento

electroquímico

Método rápido.

Requiere baja cantidad de

químicos.

Alto costo de capital.

Alto consumo de

energía.

Adsorción

Método efectivo y económico.

Ofrece flexibilidad en el diseño y

operación.

Alta calidad del efluente tratado.

Es posible la regeneración del

adsorbente.

Alto costo del carbón

activado.

Adsorbentes naturales

y/o bajo costo muestran

una pobre capacidad de

adsorción.

Baja relación eficiencia/

costo.

Baja efectividad para

altas concentraciones

de metal.

Membrana de filtración

Alta eficiencia.

No necesita sustancias

químicas.

No produce desechos sólidos.

Alto costo operacional.

Propenso a la

obstrucción de las

membranas.

Aplicable para caudales

bajos.

Fuente: S. Deepti et al., 2015.

Una de las alternativas de bajo costo y ampliamente usadas para la

remoción de Mn2+ de DAM es la precipitación química (Cal hidratada,

hidróxido de Sodio, Carbonatos, Soda Cáustica) (S. Deepti et al., 2015; A.

Akcil et al., 2005). Sin embargo, su efectividad está limitada por el elevado

pH (>9) que se requiere para remover el Mn (J. Skousen et al., 2000), la

alta solubilidad del Mn2+ en un amplio rango de pH (A. Aguiar et al., 2010),

la compleja composición química del efluente y el tratamiento adicional que

requiere el efluente para disminuir el pH para cumplir con la normativa

ambiental (R. Freitas et al., 2013).



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Una variante de uso de esta alternativa es la precipitación oxidativa que

según R. Freitas et al., 2013 ofrece una mayor selectividad en la remoción

de Mn2+ como MnO2/Mn2O3 sobre otros metales en un rango de pH de 3-6

(S. Deepti et al., 2015). El Mn2+ reacciona con el oxígeno del agente

oxidante formando un precipitado coloidal (MnO2/Mn2O3), el cual es

separado por procesos de sedimentación o filtración. Esta reacción

depende del pH y potencial rédox y es altamente favorable en condiciones

de alto potencial redox y pH mayor a 7 según el diagrama de Pourbaix para

Mn (figura 02) (R. Freitas et al., 2013).

Figura 02. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn - H2O.

Fuente: R. Freitas et al., 2013.

Investigaciones más resaltantes para remover Mn2+ de solución acuosa

mediante proceso de precipitación química y precipitación oxidativa son:

Aguiar A. et al., 2010, estudiaron la optimización de la remoción de Mn2+

de DAM proveniente de una mina de uranio en Brasil, usando cal, caliza y

residuos de MnO4 con la finalidad de cumplir con los niveles de Mn2+

permitidos y reducir la cantidad de lodo generado durante el tratamiento.

Los resultados obtenidos muestran que la cal y la caliza son efectivos en la



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remoción de Mn2+, pero requieren un alto pH (>10). El volumen de

precipitado generado por la adición de cal fue un 50 % más pequeño que

cuando se usó la caliza. El uso de residuos de MnO4 permitió la remoción

de casi el 100 % de Mn2+ mediante adsorción, la concentración de Mn2+ fue

reducida de 140 mg/L a menos de 1 mg/L con un pH cercano a neutro (6.8-

7.2).

Cesar L. et al., 2010, realizaron un estudio preliminar de la precipitación de

Mn2+ por oxidación con Ácido Peroximonosulfúrico (H2SO5) y H2O2 de una

solución artificial de 1.2 g/L de Mn2+ para lograr una concentración final de

Mn2+ menor a 1 mg/L en un rango de pH de 5-9. Se encontró que la adición

de Carbonato de Sodio al H2SO5 o H2O2 hizo posible la reducción de Mn2+

de 1.2 g/L a menos de 1 mg/L en un tiempo de reacción de 60 minutos y

25°C a un pH ≥ 5 usando H2SO5 y pH = 9 usando H2O2. En comparación

con la simple precipitación con hidróxido bajo las mismas condiciones a pH

= 9, la concentración más baja de Mn2+ fue de 165 mg/L.

Chen T. et al., 2014, estudiaron la recuperación de Fe, Cu, Zn y Mn de

DAM por precipitación selectiva. En primer lugar, oxidaron el ion ferroso

(Fe2+) con 0.15 ml/L de Peróxido de Hidrógeno (H2O2) para luego realizar

una precipitación selectiva adicionando soluciones de Ca(OH)2 y NaS. El

contenido de Fe, Cu, Zn y Mn en los lodos fue de 45.91 %,11.58 %, 31.06

% y 7.95 %, respectivamente y la eficiencia de recuperación de Fe, Cu, Zn

y Mn proveniente del DAM fue de 99.51 %, 86.09 %, 87.87 % y 79.71 %,

respectivamente.

Freitas R. et al., 2013, investigaron la eficiencia del uso de KMnO4 en la

remoción de Mn2+ de DAM. Las muestras de DAM fueron tomadas de una

mina inactiva de uranio en Brasil, las cuales fueron caracterizadas

químicamente y tratadas con KMnO4 a pH 3.0, 5.0 y 7.0. Los resultados

indican que el Mn2+ fue rápidamente oxidado por el KMnO4 en un tiempo de

reacción de 4 minutos. Este proceso mejora con el incremento del pH. Se

logró una tasa de remoción del 99 % a pH 7.0 y el agua tratada presentó

niveles de Mn2+ por debajo de 1.0 mg/L.



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Mancingova E. y Luptakova A., 2012, estudiaron la optimización del

proceso de precipitación selectiva y secuencial (PSS) en dos etapas

(química y biológica), para la recuperación de Fe, Al, Zn y Mn de DAM en

Eslovaquia. La precipitación selectiva de Fe y Al obtuvo una eficiencia de

más del 99 % y el Mn con una eficiencia de 72 % usando una solución de

NaOH a pH mayor a 9. El Cu y Zn lograron precipitarse con una eficiencia

del 99 % usando sulfuro de hidrógeno producido por bacterias reductoras

de sulfato. La combinación de la precipitación química y el sulfuro de

hidrógeno producido biológicamente permitieron la optimización del

proceso, siendo más efectivo y selectivo en la recuperación de metales de

DAM.

Seo E. et al., 2016, estudiaron la recuperación de los metales y la pureza

de los precipitados de Fe, Al y Mn de drenaje ácido de mina mediante

adición de H2O2 y neutralización. Los resultados muestran que usando solo

agentes neutralizantes, el Al y Fe coprecipitan a un pH 4.5. En el caso de

oxidación y luego neutralización del drenaje ácido de mina, la secuencia de

remoción fue Fe>Al>Mn. La tasa de remoción de Fe fue de 99.2 % a un pH

4.5, Al entre 70.4 % y 82.2 % a pH 5.5 y Mn alcanzó 37.8 % - 87.5 % a pH

8.5.

Yang W. et al., 2014, estudiaron la remoción de Mn2+ de aguas residuales

artificiales usando H2O2 como agente oxidante. Las variables estudiadas

fueron temperatura de reacción, concentración de H2O2, concentración de

óxido de calcio (CaO) y tiempo de reacción. Los resultados indican que la

tasa de remoción de Mn fue de 99.9 % y la concentración de Mn2+ en el

agua residual tratada fue menor a 0.1 mg/L, bajo las condiciones óptimas

de 55°C, una concentración de 0.1 ml/L H2O2, tiempo de reacción de 70

minutos y una concentración de CaO de 0.25 g/L.

De la revisión bibliográfica realizada, el H2O2 se ha utilizado como pre

tratamiento para remover Mn2+ del DAM. Sin embargo, aún no ha sido

aplicado de forma simultánea con las bases neutralizantes. Por otra parte,



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el Ca(OH)2 y NaOH son los reactivos más usados y eficientes para

incrementar el pH de drenaje ácido de mina. Por esta razón, esta

investigación plantea estudiar la influencia de la concentración del H2O2,

Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+ del DAM de la compañía minera

Coimolache, ubicada en los distritos de Hualgayoc y Chugur provincia de

Hualgayoc, departamento de Cajamarca, con la finalidad de lograr un

método efectivo para la remoción del Mn2+, que permita reducir su impacto

en el Medio Ambiente y cumplir con la legislación ambiental.

JUSTIFICACIÓN

El drenaje ácido de mina es uno de los principales aspectos ambientales

provocado por la industria minera debido a que puede ser generado incluso

después del cierre de las operaciones y poseer un alto potencial para

causar un impacto significativo a largo plazo en los ríos, arroyos y vida acuática, convirtiéndose en una fuente de contaminación permanente.

El Mn es uno de los metales que se encuentran en mayor concentración y

que es más difícil de remover en el drenaje ácido de mina, cuya descarga

en cuerpos de agua puede producir efectos negativos en la Salud y el Medio Ambiente.

Por otra parte, el pH necesario para remover el Mn2+ de drenaje ácido de

mina por precipitación es muy alto (>9), que conlleva a un elevado consumo

de reactivos y la necesidad de realizar un tratamiento adicional al efluente

para disminuir el pH a un rango entre 6 - 9 para cumplir con la normativa ambiental.

Es por ello que, el presente proyecto plantea usar el H2O2 como agente

oxidante, el Ca(OH)2 y NaOH para el tratamiento del drenaje ácido de mina

como una estrategia para remover el Mn2+ a un pH entre 6 y 9, lo que

permitiría disminuir el consumo de reactivos en este proceso y cumplir con

las exigencias de la normativa ambiental.



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CAPÍTULO II

MATERIALES Y MÉTODOS

2.1 Equipos, Materiales y Reactivos.

2.1.1.Equipos.

Equipos Cantidad

Balanza Analítica (PA214 OHRUS) 1

Espectrofotómetro UV visible (ORION AQUAMATE

7000 & 8000) 1

Agitador Magnético (CIMAREC SP131320-33) 2

pH metro (CIMAREC SP88857105) 1

Termómetro 1

Cronómetro 1

Laptop 2

2.1.2.Materiales.

Materiales Cantidad

Varilla de agitación 4

Piseta 1

Vaso de precipitación (300 mL) 6

Papel filtro (pliegos) 12

Cinta pH 1

Fiola (100 mL, 25mL,10mL) 6

Crisol 2

Embudo 2

Papel tisú 6

Pipeta (5 mL,1 mL) 6

Matraz Erlenmeyer 2

Papel film 1

Cinta teflón ½” 4



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2.1.3.Reactivos.

Reactivos Cantidad

Kit de determinación de Mn 1

Hidróxido de Calcio industrial (Kg) 1

Peróxido de Hidrógeno de 180 volúmenes industrial

(litros) 1

Hidróxido de Sodio (grado reactivo) (Kg) 0.1

Agua destilada (litros) 50

Sulfato de Manganeso monohidratado (MnSO4.H2O) (g) 25

Ácido Fosfórico (H3PO4) (litros) 1

Sulfato de Amonio ((NH4)2SO4) (g) 50

Sulfito de Sodio (NaHSO3) (g) 25

Metaperyodato de Sodio (INaO4) (g) 25

2.2 Metodología del trabajo.

A. Variables de estudio:

Variable Definición conceptual

Definición operacional

Indicador Escala

Concentración de H2O2.

Cantidad de H2O2.

Masa del H2O2 en la solución.

Concentración de H2O2 en mg/L.

Razón

Concentración de Ca(OH)2.

Cantidad de

Ca(OH)2.

Masa de Ca(OH)2 en la solución.

Concentración de Ca(OH)2 en g/L.

Intervalo

Concentración de NaOH.

Cantidad de NaOH.

Masa de NaOH en la solución.

Concentración de NaOH en g/L.

Intervalo

Remoción de Mn.

Cantidad de Mn

removido del drenaje

ácido de mina.

Porcentaje de Mn precipitado.

%𝑀𝑛 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜

=𝐶𝑖 − 𝐶𝑓

𝐶𝑖𝑥100

Nota: Ci: concentración inicial de Mn en la solución Cf: concentración Final de Mn en la solución

Concentración de Mn en mg/L.

Intervalo



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13

2.3 Procedimiento Experimental.

Este proyecto se desarrolló de la siguiente manera:

2.3.1. Toma de muestra: Se realizó por personal de la compañía minera

Coimolache según el Protocolo de Monitoreo de la Calidad de los

Recursos Hídricos establecido por la Autoridad Nacional de Agua

(ANA, 2016). El lugar de la toma de muestra fue en el efluente de

la poza Claudia de aguas ácidas.

2.3.2. Caracterización fisicoquímica del drenaje ácido de mina: se

analizaron los siguientes parámetros:

pH

Conductividad

Mn

Fe

Al

SO42-

2.3.3. Tratamiento con H2O2, precipitación y neutralización con

Ca(OH)2 y NaOH.

Se midió el pH inicial del agua a tratar.

Se analizó la concentración inicial de Mn2+: realizada mediante el

método “Determinación fotométrica del Mn2+ total con

metaperyodato de Sodio (J. Medina, 2014)” a una longitud de onda

de 545 nm.

Se tomó una unidad muestral de 300 ml de agua ácida en un vaso

de precipitación.

Se pesó la cantidad estimada de Ca(OH)2, NaOH y se midió el

volumen de H2O2 a usar.

Se adicionó simultáneamente los reactivos a la solución.

Se agitó a 800 rpm durante 5 minutos usando un agitador

magnético para homogenizar la solución.

Se dejó sedimentar durante 30 minutos.



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14

Se midió el pH final del agua tratada.

Se filtró la solución tratada con papel de filtro.

Se analizó la concentración final de Mn2+ mediante el método

“Determinación fotométrica del Mn total con Formaldoxina” (Anexo

02) a 470 nm.

Se registró los datos en una hoja de Excel para su análisis.

2.4 Diseño experimental:

Para cada variable se tomará 4 tratamientos. 2X4X4 = 32 experimentos.

Tipo de Hidróxido

Concentración (mg/L)

Concentración de H2O2 (mg/L)

Tipo de Hidróxido

Concentración (mg/L)

Concentración de H2O2 (mg/L)

Ca(OH)2

C1

C1

NaOH

C1

C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4

C2

C1

C2

C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4

C3

C1

C3

C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4

C4

C1

C4

C1 C2 C2 C3 C3 C4 C4



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15

CAPÍTULO III

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El objetivo de la presente investigación es la remoción de Mn2+ del drenaje ácido

de mina(DAM) mediante precipitación oxidativa con H2O2, Ca(OH)2 y NaOH.

3.1. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de

Mn2+ del drenaje ácido de mina.

Se realizó ensayos usando Ca(OH)2 e NaOH para precipitar el Mn2+ presente en

el drenaje ácido de mina.

El drenaje ácido de mina es caracterizado en su composición, la misma que se

muestra en la tabla 02.

Tabla 02. Caracterización del drenaje ácido de mina.

Los resultados se presentan en la figura 03 y tabla 03 (Anexo 01).

Características del DAM

pH 2.8

Conductividad 4.845 us/cm

Color Naranja

Mn2+ 21.93 mg/L

Fe 24.78 mg/L

Al 18.32 mg/L

SO42- 242.5 mg/L



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Figura 03. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+. [Mn2+] inicial = 21.04 mg/L.

En la figura 03 se observa que el Ca(OH)2 e NaOH precipitan al Mn2+, la misma

que se incrementa en forma exponencial con el aumento de la concentración de

los hidróxidos. Sin embargo, en el caso del NaOH en el rango de 1 a 1.7 g/L la

precipitación es mucho mayor que con Ca(OH)2, pero en el rango de 1.8 a 2 g/L

ambos tienen similar comportamiento.

La razón por la cual ambos hidróxidos tienen la misma precipitación a altas

concentraciones, posiblemente se debe al pH que alcanza la solución.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10

Po

rcen

taje

de R

em

oció

n

de M

n2+(%

)

[Base] g/L

Ca(OH)2 NaOHCa(OH)2



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Figura 04. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en el pH final del DAM tratado. pH inicial = 2.8

Al graficar la variación del pH de la solución a diferentes concentraciones de

hidróxidos (Figura 04), se observa que ambas bases alcanzan un pH cercano a

9 a concentraciones de 2 g/L.

Por otra parte, según el Diagrama de Pourbaix la estabilidad de los compuestos

del Manganeso en medio acuoso es función del pH y potencial redox. Utilizando

el software HSC Chemistry 5.0 se elabora el diagrama de Pourbaix para el Mn y

las especies presentes en el DAM (tabla 02), lo cual se presenta en la figura 05.

3

4

5

6

7

8

9

10

0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10

pH

fin

al

de l

a s

olu

ció

n

[Base] g/L

pH Ca(OH)2 pH NaOHpH Ca(OH)2



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Figura 05. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn – Al – Fe –S – H2O

En la figura 05 se observa que los compuestos de Mn que pueden precipitar a

un pH entre 4 y 9 son: MnO2, MnO(OH), Mn3O4 y MnO(Fe2O3) dependiendo del

potencial redox.

Para explicar por qué el Mn2+ puede ser removido a un pH entre 4 y 9, el trabajo

de R. Lovett, 1992, menciona que el uso de hidróxidos en estado sólido genera

zonas de alto pH localizado cuando estos se disuelven en el agua. Es probable

que en estas zonas se alcance un pH mayor a 9 que permita la precipitación del

Mn2+, sin embargo, estas zonas de alto pH desaparecen con la homogenización

de la solución debido a la agitación permitiendo que se estabilice el pH, el cual

se reporta en la figura 04 y tabla 03.

Es factible que la remoción de Mn2+ se deba a la formación de Mn(OH)2, reacción

que se presenta en la ecuación 1 (S. Deepti et al., 2015).

Mn2+(ac) + OH-(ac) → Mn(OH)2(s) ------------------------------- (1)

De acuerdo a la ecuación 1, la reacción entre el Mn2+ y el OH- produce Mn(OH)2

(Kps= 2.1x10-13), el cual tiene muy baja solubilidad y por ende, precipita. El

14121086420

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

-0.5

-1.0

-1.5

-2.0

Mn - Al - Fe - S - H2O - System at 25.00 C

C:\Users\User\Documents\MnAlFeS2.iep pH

Eh (Volts)

Mn

Mn(OH)2

MnO*Fe2O3

MnO2

Mn3O4

MnO*OH

MnO4(-a)

MnO4(-2a)

Mn(+2a)

ELEMENTS Molality Pressure

Mn 3.830E-04 1.000E+00

Al 4.437E-04 1.000E+00

Fe 6.790E-04 1.000E+00

S 2.524E-03 1.000E+00



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Mn(OH)2 es un sólido blanco gelatinoso que puede oxidarse facilmente con la

presencia del O2 atmosférico a Mn2O3 y MnO2(A. cotton & G. Wilkinson, 2006).

Por otra parte, la razón por la cual el NaOH alcanza una mayor remoción en un

rango de 1 a 1.7 g/L que el Ca(OH)2 se debe a la solubilidad de éstos. La

reacciones de solubilidad del Ca(OH)2 y NaOH en agua son (M. Kalin et al.,

2006):

Ca(OH)2 + H2O → Ca2+ + OH- + H2O Kps = 5.5 x10-6-------- (2)

NaOH + H2O → Na+ + OH- + H2O Kps = 110 ------------------ (3)

De acuerdo al Kps, el NaOH es mucho más soluble que el Ca(OH)2.

Para verificar cómo afecta la solubilidad de los hidróxidos en la remoción de Mn

se realizan experimentos bajo las mismas condiciones comparando la velocidad

de agitación de 800 rpm y 200 rpm. Los resultados se muestran en la figura 06 y

tabla 04 (anexo 01).

Figura 06. Influencia de la agitación en la remoción del DAM tratado. [Mn2+]

inicial = 23.81 mg/L.

Se observa que en presencia de Ca(OH)2 con una velocidad de 200 rpm la

remoción de Mn2+ disminuye a diferencia del NaOH que no se ve afectada. Esto

verifica que el Ca(OH)2 es mucho menos soluble que el NaOH afectando la

remoción de Mn2+.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

2 g/L [Ca(OH)2 ] 2 g/L [NaOH]

Po

rcen

taje

de R

em

oció

n d

e M

n2+

(%

)

800 RPM 200 RPM

Ca(OH)2



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Otra variable que puede influir es la presencia de O2 en solución ocuosa. El Mn2+

en presencia de O2 se oxida fácilmente en condiciones alcalinas (J. Fu et al.,

2010; J. Morgan, 2005), las posibles reacciones son:

4Mn2+ + 8OH- + O2 → 4MnOOH +2H2O-------------------------- (4)

4MnOOH + O2 → 4MnO2 + 2H2O---------------------------------- (5)

De acuerdo a las ecuaciones 4 y 5, el O2 puede oxidar al Mn2+ a compuestos

como MnO(OH) y MnO2 con Kps de 5.5x10-19 y 1.45x10-18, respectivamente.

Estos compuestos por tener valores de Kps muy bajos son insolubles en medio

acuoso. Por lo tanto, es probable que el O2 que ingresa durante la agitación

contribuya a la remoción de Mn2+ ya que formaría compuestos más estables que

el Mn(OH)2. Adicionalmente, A. Aguiar et. al, 2010, encontraron una relación

inversa entre la remoción de Mn2+ del DAM y la concentración de oxígeno

disuelto cuando se usó Ca(OH)2, por lo que sugieren que el O2 está involucrado

en las reacciones 4 y 5.

Es importante mencionar que los resultados alcanzados son mejores que los

reportados en la literatura. A. Aguiar et al., 2010, alcanzaron una remoción

cercana al 100% a un pH mayor a 10 usando Ca(OH)2, E. Seo et. al, 2016,

reportaron que usando NaOH y Ca(OH)2 alcanzaron un 87.5% a un pH 10.5, A.

Silva et al., 2012 y L. Cesar et al., 2010, consiguieron una remoción cercana al

100% a un pH mayor a 10 usando NaOH.

3.2. Influencia de la concentración de H2O2 en presencia de Ca(OH)2.

Se utiliza H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn2+ para diferentes

concentraciones de Ca(OH)2. Los resultados que se presentan en la figura 07 y

tabla 05 (Anexo 01), se observa que:



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Figura 07. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con

Ca(OH)2 a diferente pH. [Mn2+] inicial = 20.94 mg/L.

Para todas las concentraciones de Ca(OH)2 excepto para 1.33 g/L la remoción

de Mn2+ se incrementa y a partir de ahí tiende a disminuir cuando se incrementa

la concentración de H2O2.

De acuerdo a la hipótesis de esta investigación se esperaba que la remoción de

Mn2+ aumente cuando la concentración de H2O2 incremente, debido a la

oxidación del Mn2+ en presencia de este, sin embargo, la figura 07 indica lo

contrario.

El diagrama de Pourbaix (figura 05) muestra que, la formación de óxidos de Mn

depende del pH y el potencial redox. Por lo tanto, se determina el pH de la

solución para diferentes concentraciones de H2O2, así como concentraciones de

Ca(OH)2. Los resultados que se muestran en la figura 08 y tabla 05 (Anexo 1)

Indican que:

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Rem

ociò

n d

e M

n2

+(%

)

mg/L H2O2

Ca(OH)2 1.33 g/L Ca(OH)2 1.67 g/L

Ca(OH)2 1.83 g/L Ca(OH)2 2 g/L

Ca(OH)2 1.33 g/L

Ca(OH)2 1.83 g/L

Ca(OH)2 1.67 g/L

Ca(OH)2 2.0 g/L



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Figura 08. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución

con Ca(OH)2 a diferentes concentraciones. pH inicial = 2.7

En la figura 08 se observa que el pH de la solución disminuye cuando se

incrementa la concentración de H2O2, excepto para 1.33 g/L de Ca(OH)2. Para

determinar por qué la adición del H2O2 disminuye el pH se realizan ensayos

usando el Ca(OH)2 y H2O2 en agua destilada. Los resultados se muestran en la

figura 09 y tabla 06 (Anexo 1).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

pH

fin

al d

e la s

olu

ció

n

mg/L H2O2

Ca(OH)2 1.33 g/L Ca(OH)2 1.67 g/L Ca(OH)2 1.83 g/L Ca(OH)2 2 g/LCa(OH)2 1.33 g/L Ca(OH)2 1.67 g/L Ca(OH)2 1.83 g/L Ca(OH)2 2 g/L



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Figura 09. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la

solución estéril a diferentes concentraciones de Ca(OH)2.

En la figura 09 se observa que el pH disminuye cuando se aumenta la

concentración de H2O2 para diferentes concentraciones de Ca(OH)2.

Observándose que el pH disminuye de forma similar para ambas

concentraciones.

Esto podría deberse a la formación de CaO2. Según A. Tsentsiper y R. Vasil'eva,

1967 es probable que el Ca(OH)2 y H2O2 reaccionen para formar CaO2, la cual

se presenta en la siguiente ecuación:

Ca(OH)2 + H2O2 → CaO2 + 2H2O ----------------------------------- (6)

De acuerdo a la reacción 6 consume Ca(OH)2 presente en la solución y en efecto,

disminuye el pH. Además, el H2O2 se descompone en O2 y 2H+ (R. Coughlin y I.

Matsui, 1975) por factores ambientales como la luz y aire disminuyendo el pH.

Debido a lo anteriormente expuesto, ahora se entiende porqué la remoción de

Mn2+ disminuye.

Sin embargo, a pesar que el pH disminuye con la adición de H2O2, es probable

que el H2O2 reaccione con el Mn2+. De acuerdo a la literatura, la reacción

9

9.5

10

10.5

11

11.5

12

12.5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

pH

mg/L H2O2

1.33 g/L Ca(OH)2 2 g/l Ca(OH)21.33 g/L Ca(OH)2 2 g/L Ca(OH)2



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involucrada en la oxidación del Mn2+ puede ser expresada como (D. Feng et al.,

2000):

Mn2+ + H2O2 → MnO2 + 2H+-------------------------------------------- (7)

En medio alcalino, la reacción puede ser expresada de la siguiente manera (L.

Cesar et al., 2010):

Mn2+ + H2O2 + 2OH- → MnO2 +2H2O------------------------------- (8)

De acuerdo a la ecuación 7 y 8, el H2O2 oxida al Mn2+ para formar MnO2. Según

L. Cesar et al., 2010, el incremento del pH favorece la oxidación del Mn2+, siendo

a pH 9 donde se obtuvo mejores resultados. Es posible que la oxidación del

Mn2+ se produzca en las zonas de alto pH localizado (posiblemente pH mayor a

9) descrito anteriormente, dado que el pH alcalino favorece la reacción de

oxidación.

Adicionalmente, durante los experimentos se observó la aparición de burbujas

cuando se agregó H2O2 al proceso, estas se incrementaron con una mayor

concentración de H2O2. De acuerdo a W. Yang et al., 2014 y S. Hyun, et al.,

2009, las burbujas observadas es oxígeno producido por la disociación del H2O2.

El H2O2 puede disociarse bajo la siguiente reacción (A. Ganguly, 2012):

2 H2O2 → 2H2O + O2 ΔH = -196 kj --------------------------------- (9)

La descomposición del H2O2 es catalizada por la presencia de iones metálicos,

entre ellos el Mn2+ (W. Yang et al., 2014; S. Hyun, et al., 2009).

Para concentraciones mayores a 180 mg/L de H2O2 (figura 05) cuando se

hicieron los ensayos, se observa una efervescencia por la descomposición del

H2O2, lo cual probablemente impida la formación de zonas de alto pH localizado

y por consiguente, disminuya la remoción de Mn2+. Sin embargo, para una

concentración de 180 mg/L de H2O2 la remoción de Mn2+ se incrementa con

respecto a cuando no se usó H2O2 (figura 07), debido a la presencia de escasas

burbujas que permiten la formación de zonas de alto pH localizado.



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3.3. Influencia de la concentración de H2O2 en la remoción de Mn2+ usando

NaOH.

Se utiliza H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn2+ para diferentes

concentraciones de NaOH. Los resultados se presentan en la figura 10 y tabla

05 (Anexo 01).

Figura 10. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con

NaOH a diferentes concentraciones. [Mn2+] inicial = 20.94 mg/L.

Se observa que a concentraciones mayores a 1.85 g/L de NaOH no hay una

influencia significativa en la remoción de Mn2+ con el aumento de la

concentración de H2O2, alcanzándose una remoción superior al 95 % de Mn2+.

Mientras que, a mayores concentraciones de H2O2 tiende a disminuir.

Dado que la remoción de Mn2+ depende del pH de la solución, se grafica el pH

final de la solución en la figura 11, donde se observa que:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Rem

ociò

n d

e M

n2+(%

)

mg/L H2O2

NaOH 1.35 g/L NaOH 1.68 g/L NaOH 1.85 g/L NaOH 2.0 g/L



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Figura 11. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución

con NaOH a diferentes concentraciones. pH inicial = 2.7

Se observa que para todas las concentraciones de NaOH, excepto 2.0 g/L, el pH

se mantiene estable cuando se incrementa la cocentración de H2O2.

La razón por la cual el pH no es afectado podría deberse a que el NaOH es una

base más fuerte que Ca(OH)2 (M. Clugston y R. Flemming, 2000), y también

debido a que el Ca(OH)2, por ser de uso industrial contiene un porcentaje de

pureza muy bajo en comparación con el NaOH. Es por ello que la remoción de

Mn2+ no se ve afectada como se observa en la figura 10.

3.4. Remoción de Mn2+ en el tiempo.

Se analiza el comportamiento de la precipitación de Mn2+ en el tiempo en el rango

de 0 a 60 minutos. Se compara la actividad del Mn2+ con Ca(OH)2 y NaOH en

presencia de H2O2. Los resultados se presentan en la figura 12, tabla 07 y 08

(Anexo 1). Se observa que:

4

5

6

7

8

9

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

pH

fin

al d

e la s

olu

ció

n

mg/L H2O2

NaOH 1.35 g/L NaOH 1.68 g/L NaOH 1.85 g/L NaOH 2.0 g/L



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Figura 12. Remoción de Mn2+ en el tiempo. [Mn2+] inicial = 23.81 mg/L.

En la figura 12 se observa que la remoción de Mn2+ se produce durante la

agitación, dado que después de 5 minutos de terminada la agitación, la remoción

de Mn2+ se mantiene constante y alcanza casi el 100 %.

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70

Po

rcen

taje

de r

em

oció

n d

e M

n2

+ (%

)

Tiempo (minutos)

Ca(OH)2 Ca(OH)2 y 180mg/L H2O2 Ca(OH)2 y 900 mg/L H2O2

NaOH NaOH y 180 mg/L H2O2 NaOH y 900mg/L H2O2

Ca(OH)2

NaOHCa(OH)2 y 180 mg/L H2O2

NaOH y 180 mg/L H2O2

Ca(OH)2 y 900 mg/L H2O2

NaOH y 900 mg/L H2O2



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28

CAPÍTULO IV

CONCLUSIONES

Como conclusión se ha establecido que:

o La precipitación del Mn2+ se produce con Ca(OH)2 y NaOH alcanzándose

una remoción superior al 99 %, siendo el NaOH mejor a pH menores que

8.

o La concentración de H2O2 influye en el sistema incrementando la

remoción del Mn2+ hasta 180 mg/L y a mayores concentraciones de H2O2

disminuye la remoción.

o Los mejores resultados obtenidos para alcanzar el 99 % de remoción de

Mn2+ bajo estas condiciones son:

Ca(OH)2 NaOH H2O2 pH

1.83 g/L 1.85 g/L 180 mg/L 8 – 8.5



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29

CAPÍTULO V

RECOMENDACIONES

A continuación detallaremos las recomendaciones:

o Realizar un escalamiento del proceso para corroborar los resultados

encontrados.

o Analizar el precipitado para determinar bajo que formas precipita el Mn2+.

o Evaluar otros factores como: la velocidad y tiempo de agitación, presencia

de O2.

o Evaluar el efecto de la presencia de SO42-, Fe, Al y otros metales en la

remoción de Mn2+.



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CAPÍTULO VI

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CAPÍTULO VII

ANEXOS

I. Anexo 1. Tablas de resultados.

Tabla 03. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH)2 y pH en la remoción de Mn2+.

[Ca(OH)2] g/L pH final

% de Remoción de

Mn2+

[NaOH] g/L pH final

% de Remoción de Mn2+

1.00 3.77 0.60 1.03 4.10 12.04 1.33 4.86 18.43 1.34 5.47 60.82 1.67 5.80 68.45 1.69 6.52 85.69 1.83 7.92 92.04 1.86 8.05 96.27 2.00 8.53 98.79 1.99 8.80 98.0

Tabla 04. Influencia de la velocidad de agitación en la remoción de Mn2+ usando NaOH y Ca(OH)2.

[Ca(OH)2] g/L rpm pH final % de remoción de Mn2+

2.00 800 8.89 97.64 2.00 200 6.18 67.24

[NaOH] g/L rpm pH final % de remoción de Mn2+

2.01 800 8.58 96.87 2.00 200 8.55 99.20



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Tabla 05. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH)2, H2O2 y pH en la remoción de Mn2+.

[Ca(OH)2] g/L [H2O2] mg/L pH final

% de Remoción de

Mn2+ [NaOH] g/L [H2O2] mg/L pH final

% de Remoción de

Mn2+

1.33

0.00 4.86 18.03

1.35

0.00 5.37 56.81 180.00 4.66 19.86 180.00 5.27 69.02 900.00 4.55 23.68 900.00 5.60 65.59

1800.00 4.38 20.55 1800.00 5.27 52.15

1.67

0.00 5.80 68.29

1.68

0.00 6.25 75.74 180.00 6.28 81.82 180.00 6.01 77.42 900.00 5.71 75.24 900.00 5.96 80.55

1800.00 4.77 47.96 1800.00 5.92 69.71

1.83

0.00 7.92 92.00

1.85

0.00 8.05 96.25 180.00 7.80 98.67 180.00 7.57 98.79 900.00 6.88 94.37 900.00 8.01 99.66

1800.00 6.17 83.31 1800.00 7.87 98.70

2.00

0.00 8.53 98.78

2.00

0.00 8.80 97.99 180.00 8.92 99.79 180.00 8.98 99.86 900.00 8.71 99.76 900.00 8.60 99.64

1800.00 6.91 95.08 1800.00 7.97 99.55

Tabla 06. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a diferentes concentraciones de Ca(OH)2.

[Ca(OH)2] g/L [H2O2] mg/L pH final

1.33 0.00 12.18 1.33 180 12.07 1.33 900 11.09 1.33 1800 10.67 2.00 0.00 12.15 2.00 180 12.06 2.00 900 11.09 2.00 1800 10.78



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Tabla 07. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando Ca(OH)2 y H2O2.

[Ca(OH)2] g/L [H2O2] mg/L Tiempo

(min) pH final % de remoción de Mn2+

2.00 0.00

5.00 8.42 97.58 10.00 8.45 97.62 30.00 8.89 97.64 60.00 8.90 98.10

2.00 180

5.00 8.31 99.36 10.00 8.50 99.58 30.00 8.71 99.63 60.00 8.75 99.47

2.00 900

5.00 8.04 98.34 10.00 8.64 99.18 30.00 8.78 99.77 60.00 9.03 99.82

Tabla 08. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando NaOH y H2O2.

[NaOH] g/L [H2O2] mg/L Tiempo (min) pH final % de remoción de Mn2+

2.00 0.00

5.00 8.5 96.75 10.00 8.53 96.81 30.00 8.58 96.87 60.00 8.61 96.83

2.00 180

5.00 8.35 97.21 10.00 8.41 98.40 30.00 8.49 99.87 60.00 8.60 99.86

2.00 900

5.00 8.02 97.95 10.00 8.57 98.64 30.00 8.67 99.87 60.00 8.86 99.87



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II. Anexo 2. Métodos de análisis de Mn2+.

METODOLOGÍA DETERMINACIÓN FOTOMÉTRICA DEL Mn2+ TOTAL CON

METAPERYODATO DE SODIO (J. Medina, 2014).

A. Preparación

o Verter una alícuota de 100mL de la muestra en una fiola de 100 mL.

o Adicionar 1g de sulfato de amonio.

o Adicionar 0.1 g de sulfito de sodio.

o Realizar el blanco y la muestra para la lectura.

B. Preparación de solución blanco

o Extraer 25 mL de muestra.

o Adicionar 5 mL de ácido fosfórico al 85%.

C. Preparación de la muestra

o Extraer 25 mL de muestra.

o Adicionar 5 mL de ácido fosfórico al 85%.

o Agregar 0.25 g de meta-peryodato de potasio, agitar.

o Calentar la muestra entre 80 a 85°C por 10 min aprox, hasta que cambie

de color.

o Colocar la muestra en frasco color ámbar. Esperar 24 horas.

o Lectura de las muestras por espectrofotómetro ORION AQUAMATE

7000&8000 a 545 nm.

METODOLOGÍA DE DETERMINACIÓN DE MANGANESO TOTAL CON

FORMALDOXIMA. (REF-91860) MACHEREY- NAGEL NANOCOLOR.

Rango de determinación y especificaciones del KIT.

Especificaciones técnicas del KIT.

Cubeta rectangular : 50 mm 20 mm 10 mm

Rango (mg/L Mn): 0.01-2.00 0.05-5.00 0.1-10.0

Factor: 01.36 3.39 6.8

Longitud de onda (HW=5-12 nm): 470 nm

Tiempo de reacción: 5 min

Temperatura de reacción: 20 -25



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Interferencias.

No interfieren: < 1000mg/L Mg2+, Zn2+, PO43-; < 500 mg/L Ca2+; < 100 mg/L Cu2+; <20

mg/L Fe3+, PO43- con presencia simultánea de iones Ca2+ (10mg/L); < 10 mg/L Ni2+; < 1

mg/L Co2+; <0.1 mg/L Cr(III). El método no aplica para agua de mar.

El valor de pH de la muestra debe estar situado entre 1 y 13, las muestras con alto contenido de metales pesados debe ser diluido.

Materiales requeridos.

o 3 pipetas de 1mL graduadas (1 especifica ara cada reactivo).

o 1 pipeta de 10 mL graduada.

o 2 fiolas de 25 mL.

o 1 fiola de 50 mL.

o Papel tisú (para la limpieza de las cubetas).

o Piseta (con agua destilada para el lavado de cubetas).

o Papel filtro.

o Embudo de vidrio.

o Guantes o Lentes de seguridad

Procedimiento.

A.Preparación de la muestra.

o Tomar 50 mL de muestra de agua a analizar.

o Filtrar con papel filtro en la fiola de 50 mL.

o Tomar 20 mL de la muestra filtrada y adicionar a la fiola de 25 mL.

o Agregar 1 mL del reactivo 1 y mezclar.

o Agregar 1 mL del reactivo 2 mezclar y dejar reposar 1 minuto.

o Agregar 1 mL del reactivo 3 mezclar.

o Aforar la fiola con agua destilada, mezclar. o Dejar reposar 5 minutos y realizar la lectura.

Nota: estos procedimientos deben realizar en un ambiente ventilado y el usuario debe usar

guantes, lentes de seguridad y mascarilla.

B. Preparación de la solución Blanco.

o Tomar 20 mL de la muestra filtrada y adicionar a la fiola de 25 mL.

o Aforar con agua destilada y mezclar.

o Lectura del blanco y ajuste de blanco.



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o Ingresar la longitud de onda de 470 nm en el espectrofotómetro.

o Lavar las cubetas de cuarzo con agua destilada (3 veces).

o Adicionar 1 mL de solución blanco y enjuagar la cubeta de blanco (3

veces).

o Verter la solución blanco en la cubeta de blanco hasta la mitad. o Leer en el espectrofotómetro y ajustar el blanco.

Nota: el blanco permanece en el espectrofotómetro hasta terminar las lecturas de la muestra.

C. Lectura de muestras.

o Lavar las cubetas de cuarzo con agua destilada (3 veces).

o Adicionar 1 mL de muestra y enjuagar la cubeta (3 veces).

o Verter la muestra en la cubeta hasta aproximadamente la mitad.

o Leer en el espectrofotómetro.

o Realizar el paso 3 y 4 tres veces (para poder obtener un promedio de las

lecturas).

o Lavar las cubetas con agua destilada. o Secar las cubetas con papel tisú.

Nota: Es necesario limpiar constantemente las cubetas para evitar interferencias en la lectura

III. Anexo 3. Análisis estadístico.

Se realizó el Análisis de Varianza de un factor con cuatro niveles de la remoción de Mn2+ usando 2 g/L de Ca(OH)2, con un nivel de confianza del 95%.

Tabla 09. % de Remoción de Mn2+ con 2 g/L de Ca(OH)2 a diferentes concentraciones de H2O2.

H2O2 (mg/L)

0 180 900 1800 % de

Remoción de Mn2+

98.78 99.79 99.76 95.08 97.64 99.63 99.77 94.36 97.19 100.00 100.00 97.65

Hipótesis nula: Las medias poblacionales son iguales.

Hipótesis alterna: al menos una media poblacional es diferente.



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RESUMEN Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza

Columna 1 3 293.61586 97.8719534 0.67010804 Columna 2 3 299.41314 99.8043801 0.03529719 Columna 3 3 299.537952 99.8459839 0.0178074 Columna 4 3 287.091641 95.6972137 2.99965695

ANÁLISIS DE VARIANZA Origen de las variaciones

Suma de cuadrados

Grados de libertad

Promedio de los cuadrados F Probabilidad

Valor crítico para F

Entre grupos 34.832553 3 11.6108508 12.4751626 0.00219395 4.06618055 Dentro de los grupos 7.4457392 8 0.9307174 Total 42.278292 11

Conclusión: El valor P es menor a 0.05 (grado de confiabilidad); por lo tanto, se acepta la hipótesis alterna. Es decir, existe diferencia estadísticamente significativa entre las medias poblacionales del % de remoción de Mn2+ a diferentes concentraciones de H2O2 usando 2 g/L Ca(OH)2.

Se realizó el Análisis de Varianza de un factor con cuatro niveles de la remoción de Mn2+ usando 2 g/L de NaOH, con un nivel de confianza del 95%.

Tabla 10. % de Remoción de Mn2+ con 2 g/L de NaOH a diferentes concentraciones de H2O2.

H2O2 (mg/L)

0 180 900 1800

% de Remoción de Mn2+

97.99 99.86 99.64 99.55

96.87 99.87 99.87 97.14

93.32 100.00 100.00 98.13

Hipótesis nula: Las medias poblacionales son iguales.

Hipótesis alterna: Por lo menos una de las medias poblacionales es diferente.

RESUMEN Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza

Columna 1 3 288.184284 96.061428 5.93615534 Columna 2 3 299.723551 99.9078504 0.00639658 Columna 3 3 299.509816 99.8366052 0.0326014 Columna 4 3 294.821155 98.2737184 1.46890845



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ANÁLISIS DE VARIANZA

Origen de las variaciones

Suma de cuadrados

Grados de libertad

Promedio de los cuadrados F Probabilidad

Valor crítico para F

Entre grupos 29.2944268 3 9.76480894 5.24703273 0.02709863 4.06618055 Dentro de los grupos 14.8881235 8 1.86101544

Total 44.1825503 11

Conclusión: El valor P es menor a 0.05 (grado de confiabilidad); por lo tanto, se acepta la hipótesis alterna. Es decir, existen diferencias estadísticamente significativas de las medias poblacionales del % de Remoción de Mn2+ a diferentes concentraciones de H2O2 usando 2 g/L NaOH.

IV. Fotografías.

Fotografía 01. Sistema de agitación de la muestra.

Fotografía 02, 03 y 04. Muestras con Ca(OH)2 a concentraciones de 180, 900 y 1800

mg/L de H2O2 (Izquierda a derecha).



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Figura 04, 05 y 06. Muestras con NaOH a concentraciones de 180, 900 y 1800 mg/L

de H2O2 (Izquierda a derecha).



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