CONOCIMIENTOS BÁSICOS INTERCAMBIO IÓNICO … · El intercambio iónico es un proceso...
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59 A B 1 2 3 4 5 6 7 C Precipitación Una forma habitualmente utilizada de la precipitación es la precipita- ción de hidróxido. De este modo, se aprovecha el hecho de que la solubilidad de muchos metales con un pH creciente disminuye. Un precipitante de uso habitual en la precipitación de hidróxido es la sosa cáustica (NaOH). La precipitación de hidróxido puede presentarse simplifi- cada en el siguiente ejemplo: Un agua residual que va a ser tratada contiene hierro trivalente disuelto (Fe 3+ ) y tiene un pH de aprox. 2 a 3. Los iones de Fe 3+ solo se pueden disolver con pH muy bajos. Mediante la adición de sosa cáustica (precipi- tante) se aumenta el pH de aprox. 8 a 9. Los iones de OH - (iones de hidróxido) de la sosa cáustica reac- cionan con los iones de Fe 3+ y produ- cen hidróxido de hierro insoluble: Fe(OH) 3 . Floculación Las partículas con la misma carga, se repelen y no se pueden coagular para formar flóculos. Por esta razón es necesario suprimir primero las fuerzas electrostáticas de repulsión entre las partículas. Esto se consi- gue con coagulantes inorgánicos, p. ej. las sales metálicas. Las partícu- las individuales se pueden agrupar entonces formando microflóculos. Esta primera fase de la floculación recibe el nombre de coagulación. En la segunda fase, la flocula- ción propiamente dicha, se agregan al agua residual floculantes. Estos agentes son polímeros orgánicos. Éstos se adhieren a los microflócu- los permitiendo la unión entre ellos. Los flóculos que así se forman se denominan macroflóculos. Precipitación de hidróxido de hierro disuelto (Fe 3+ ) con la consiguiente floculación: 1 agua residual, 2 precipitación, 3 coagulación, 4 floculación, 5 sedimentación, 6 agua depurada, 7 hidróxido de hierro Fe(OH) 3 A precipitante (NaOH), B coagulante, C floculante CONOCIMIENTOS BÁSICOS Precipitación y floculación son dos procesos diferentes, aunque en la práctica suelen aparecer combinados. En la precipita- ción, las sustancias disueltas se transforman en sólidos mediante una reacción química. Esto se logra mediante la adición de un precipitante. Estos sólidos se pueden elimi- nar entonces por procesos mecánicos (p. ej., por sedi- mentación). Los sólidos que se originan (productos de precipi- tación) tienen sin embargo, por regla general, una baja densi- dad, por lo que sedimentan muy lentamente. El objetivo de la floculación es producer sólidos de mayor tamaño con mejores propiedades de sedimentación. Un área de aplicación impor- tante de la precipitación y flocu- lación es la eliminación de meta- les disueltos (p. ej. hierro). PRECIPITACIÓN / FLOCULACIÓN TRATAMIENTO DE AGUAS PROCESOS FÍSICO / QUÍMICOS CONOCIMIENTOS BÁSICOS El intercambio iónico es un proceso físico / químico en el que un sólido toma iones de un líquido y, a cambio, cede una cantidad equivalente de iones con la misma carga al líquido. Los iones de carga positiva se deno- minan cationes y los de carga negativa, aniones. Los intercambiadores iónicos pueden ser materiales naturales (p. ej. zeolitas) o resinas sintéticas (p. ej. poliestireno o poliacrilo). INTERCAMBIO IÓNICO Un intercambiador iónico consta de una matriz con iones ligados fijos y contraiones inversamente carga- dos. Éstos son reemplazados por los iones que se deben eliminar del agua. El intercambio iónico se basa en que los iones se ligan a un intercambiador iónico con tanta mayor fuerza cuanto más alta es su valencia (carga). Según esto, los iones divalentes pueden intercambiarse con contraio- nes monovalentes. Los intercambia- dores iónicos sólo pueden intercam- biar una cantidad determinada de iones. Una vez agotada su capa- cidad de intercambio, se procede a su regeneración. Para esto se aprovecha el hecho de que el inter- cambio iónico no depende sólo de la carga de los iones implicados, sino también de su concentración. Esto permite que un gran número iones de carga menor pueda desplazar a un pequeño número de iones de carga más alta. Mediante la regeneración los contraiones originales se retornan al intercambiador iónico agotado en concentración elevada. En el caso de intercambiadores catiónicos, esto se realiza con ácidos, y en los intercam- biadores aniónicos con álcalis. Campos de aplicación Desalinización Para la eliminación de sal común (cloruro sódico; NaCl) se intercam- bian iones Na + por iones H + en un intercambiador catiónico. En un inter- cambiador aniónico se intercambian posteriormente los iones Cl - de la sal común por iones OH - . Los iones H + y OH - liberados se unen formando agua (H 2 O). Desendurecimiento Si se calientan aguas duras se forman incrustaciones o sedimentaciones de cal. Esto puede causar daños en tuberías y máquinas (p. ej. hervidores y en domicilos de agua). Mediante el proceso de ablandamiento se elimi- nan del agua iones calcio (Ca 2+ ) e iones magnesio (Mg 2+ ) mediante intercambiadores catiónicos. Detoxificación Las aguas residuales industriales pueden contener sustancias tóxicas como metales pesados, cianuros y cromatos. Estas sustancias están presentes normalmente en forma de iones y pueden eliminarse del agua por intercambio iónico. Principio básico del intercambio iónico: A intercambiador catiónico, B intercambiador aniónico 1 matriz, 2 iones ligados fijos, 3 aniones, 4 cationes, 5 contraiones
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A B
1 2 3 4 5 6
7
C
Precipitación
Una forma habitualmente utilizada de la precipitación es la precipita-ción de hidróxido. De este modo, se aprovecha el hecho de que la solubilidad de muchos metales con un pH creciente disminuye. Un precipitante de uso habitual en la precipitación de hidróxido es la sosa cáustica (NaOH). La precipitación de hidróxido puede presentarse simplifi-cada en el siguiente ejemplo:
Un agua residual que va a ser tratada contiene hierro trivalente disuelto (Fe3+) y tiene un pH de aprox. 2 a 3.Los iones de Fe3+ solo se pueden disolver con pH muy bajos. Mediante la adición de sosa cáustica (precipi-tante) se aumenta el pH de aprox. 8 a 9. Los iones de OH- (iones de hidróxido) de la sosa cáustica reac-cionan con los iones de Fe3+ y produ-cen hidróxido de hierro insoluble: Fe(OH)3.
Floculación
Las partículas con la misma carga, se repelen y no se pueden coagular para formar flóculos. Por esta razón es necesario suprimir primero las fuerzas electrostáticas de repulsión entre las partículas. Esto se consi-gue con coagulantes inorgánicos, p. ej. las sales metálicas. Las partícu-las individuales se pueden agrupar entonces formando microflóculos. Esta primera fase de la floculación recibe el nombre de coagulación.
En la segunda fase, la flocula-ción propiamente dicha, se agregan al agua residual floculantes. Estos agentes son polímeros orgánicos. Éstos se adhieren a los microflócu-los permitiendo la unión entre ellos. Los flóculos que así se forman se denominan macroflóculos.
Precipitación de hidróxido de hierro disuelto (Fe3+) con la consiguiente floculación:1 agua residual, 2 precipitación, 3 coagulación, 4 floculación, 5 sedimentación, 6 agua depurada, 7 hidróxido de hierro Fe(OH)3A precipitante (NaOH), B coagulante, C floculante
CONOCIMIENTOS BÁSICOS
Precipitación y floculación son dos procesos diferentes, aunque en la práctica suelen aparecer combinados. En la precipita-ción, las sustancias disueltas se transforman en sólidos mediante una reacción química. Esto se logra mediante la adición de un precipitante.
Estos sólidos se pueden elimi-nar entonces por procesos mecánicos (p. ej., por sedi-mentación). Los sólidos que se originan (productos de precipi-tación) tienen sin embargo, por regla general, una baja densi-dad, por lo que sedimentan muy lentamente. El objetivo de la floculación es producer sólidos de mayor tamaño con mejores propiedades de sedimentación.
Un área de aplicación impor-tante de la precipitación y flocu-lación es la eliminación de meta-les disueltos (p. ej. hierro).
PRECIPITACIÓN / FLOCULACIÓN
TRATAMIENTO DE AGUAS PROCESOS FÍSICO / QUÍMICOS
CONOCIMIENTOS BÁSICOS
El intercambio iónico es un proceso físico/químico en el que un sólido toma iones de un líquido y, a cambio, cede una cantidad equivalente de iones con la misma carga al líquido. Los iones de carga positiva se deno-minan cationes y los de carga negativa, aniones.
Los intercambiadores iónicos pueden ser materiales naturales (p. ej. zeolitas) o resinas sintéticas (p. ej. poliestireno o poliacrilo).
INTERCAMBIO IÓNICO
Un intercambiador iónico consta de una matriz con iones ligados fijos y contraiones inversamente carga-dos. Éstos son reemplazados por los iones que se deben eliminar del agua.
El intercambio iónico se basa en que los iones se ligan a un intercambiador iónico con tanta mayor fuerza cuanto más alta es su valencia (carga). Según esto, los iones divalentes pueden intercambiarse con contraio-nes monovalentes. Los intercambia-dores iónicos sólo pueden intercam-biar una cantidad determinada de iones. Una vez agotada su capa-cidad de intercambio, se procede a su regeneración. Para esto se
aprovecha el hecho de que el inter-cambio iónico no depende sólo de la carga de los iones implicados, sino también de su concentración. Esto permite que un gran número iones de carga menor pueda desplazar a un pequeño número de iones de carga más alta. Mediante la regeneración los contraiones originales se retornan al intercambiador iónico agotado en concentración elevada. En el caso de intercambiadores catiónicos, esto se realiza con ácidos, y en los intercam-biadores aniónicos con álcalis.
Campos de aplicación Desalinización
Para la eliminación de sal común (cloruro sódico; NaCl) se intercam-bian iones Na+ por iones H+ en un intercambiador catiónico. En un inter-cambiador aniónico se intercambian posteriormente los iones Cl- de la sal común por iones OH-. Los iones H+ y OH- liberados se unen formando agua (H2O). Desendurecimiento
Si se calientan aguas duras se forman incrustaciones o sedimentaciones de cal. Esto puede causar daños en tuberías y máquinas (p. ej. hervidores y en domicilos de agua). Mediante el proceso de ablandamiento se elimi-nan del agua iones calcio (Ca2+) e iones magnesio (Mg2+) mediante intercambiadores catiónicos. Detoxificación
Las aguas residuales industriales pueden contener sustancias tóxicas como metales pesados, cianuros y cromatos. Estas sustancias están presentes normalmente en forma de iones y pueden eliminarse del agua por intercambio iónico.
Principio básico del intercambio iónico:A intercambiador catiónico, B intercambiador aniónico1 matriz, 2 iones ligados fijos, 3 aniones, 4 cationes, 5 contraiones
