ABTS - Boletin Electrónico - Acabados superficiales

REVISIÓN DE LOS PRODUSTOS QUÍMICOS PARA LA PRECIPITACIÓN DE METALES EN TRATAMIENTO DE SUPERFICIES

"Las características de los efluentes de las áreas de tratamiento de superficies están cambiando en razón de los avances de las tecnologías en las terminaciones. Y algunas de estas alteraciones afectan la capacidad de atender a los requisitos obligatorios."

PRECIPITACIÓN CONVENCIONAL DE LOS HIDRÓXIDOS

Tradicionalmente, los efluentes de las líneas de baños galvánicos han sido tratados por precipitación de sus hidróxidos metálicos. Ese fue y permanece siendo el método más común para la remoción de tales substancias. Como la mayoría de los metales pesados posee baja solubilidad en la forma de hidróxidos, la adición de un ácido o base y el ajuste del pH de 8 a 10 garantizan una precipitación adecuada visando atender a los límites (I).

PRECIPITACIÓN CONVENCIONAL DE LOS HIDRÓXIDOS

A lo largo de las últimas dos décadas, principalmente la industria automotriz ha sido cada vez más crítica. Numerosos procesos operan con metales pesados (cinc, cobre, níquel, cromo, plomo, plata y estaño) cada vez más comlejados. Un buen ejemplo del avance de la tecnología de la electrodeposición son las aleaciones de cinc (cinc/níquel y estaño/cinc). Muchos procesos de cinc generan lo que puede ser caracterizado como “un efluente altamente complejado”. Cuando ocurren la formación de esos complejos y un aumento del flujo, la precipitación tradicional en la forma de hidróxido puede ser perjudicada y los niveles de descarga del cinc, níquel y/o estaño pueden quedar sobre lo permitido. Este es solamente un ejemplo de lo que puede ocurrir cuando productos químicos forman complejos estables con los metales, impidiendo la precipitación en forma de hidróxido sin el auxilio de precipitadores de metales.

PRODUCTOS CLASIFICADOS COMO “PRECIPITADORES DE METALES” SON USADOS EN EL TRATAMIENTO

Productos para la precipitación que reaccionan con los metales para formar compuestos insolubles son las alternativas para la precipitación por hidróxidos. Pueden ser clasificados como “verdaderos precipitadores metálicos” aquellos productos que reaccionan directamente y forman compuestos metálicos insolubles con los metales pesados del efluente (2). Otros precipitadores metálicos auxilian en la formación de hidróxidos reduciendo la carga diferencial líquida o el potencial zeta del efluente (3).

REVISIÓN GENERAL DE ALGUNOS PRODUCTOS USADOS COMO “AGENTES PRECIPITADORES DE METALES”

Tecnología del carbamato: el precipitador más común

El producto más común usado como precipitador es el ditiocarbamato (DTC). El DTC es comercializado normalmente de dos maneras, dimetilditiocarbamato y dietilditiocarbamato de sodio. Los ditiocarbamatos son normalmente adicionados en relación estequiométrica con los metales pesados disueltos para que formen sales metal-ditio insolubles. Las sales insolubles metal-ditio son, entonces, precipitadas con el tratamiento existente, formando hidróxidos que precipitarán. Para atender a las variaciones de carga de metales, los compuestos DTC son normalmente sobre-adicionados alrededor de 10%. Si las fórmulas a base de DTC son demasiado sobre-adicionadas pueden ocurrir degradaciones en el punto de descarga. En otras palabras, el exceso de DTC puede ser tóxico para las bacterias, las algas y la vida acuática (4). El DTC es ciertamente un producto para el cual el axioma “cuanto más mejor” no se aplica. Se debe tener cuidado en el manoseo del DTC, así como en el control de las adiciones, tinas, tambores y tanques de contención para impedir las fugas para el desagüe. Los sistemas con parámetros de descarga críticos, como toxicidad o sulfuros, deben asegurar la eliminación del DTC residual del proceso, evitando, también, sobre-adicionar. Si el DTC es adicionado en grandes cantidades, una cloración podrá oxidar el DTC residual en sus constituyentes básicos, que incluyen sulfatos y nitratos (5). El control del proceso de cloración puede ser automatizado a través de una sonda de mili voltaje (cambio del potencial de oxidación/reducción).

Los actuales requisitos ambientales abarcan más que apenas la remoción de los metales como criterio de cumplimiento. Las normas hoy consideran sólidos en suspensión, DBO/DQO y toxicidad acuática como parámetros críticos para la caracterización del impacto de un efluente en los cuerpos receptores.

Esta conciencia de que el “cumplimiento abarca más que solamente metales pesados” está cambiando el proceso de tratamiento de efluentes de las líneas de tratamiento de superficie. Si es usado el DTC, la destrucción de su residuo se está convirtiendo, en muchos casos, en una exigencia: por ese motivo debemos tener mucho cuidado cuando ensayamos precipitadores metálicos y/o coagulantes: es imprescindible que los mismos sean fuentes confiables y que tengan en consideración la toxicidad.

Además del DTC – avances de los equipos y procesos

La tecnología de tratamiento está ahora caminando para una nueva fase. Están siendo evaluados y revistos equipos como membranas e intercambio iónico. En el pasado, las tecnologías de equipos secundarios (después del equipo de precipitación de los hidróxidos) eran consideradas caras y desnecesarias. Actualmente, con el aumento de las restricciones por los órganos ambientales y el aumento de la complejidad de los efluentes, los equipos de remoción, bien como los productos, están enfrentando el desafío de atender los requisitos no apenas para los metales pesados, pero, también, para los criterios de toxicidad.

Algunos de los precipitadores de metales no formadores de sulfuros incluyen productos catalizados a base de arcilla, aluminio y hierro formando mezclas con polímeros catiónicos y una variedad de derivados de aluminio polimerizado.

Productos a base de arcilla

Los productos a base de arcilla funcionan, principalmente, como auxiliares de la coagulación. La capacidad de la arcilla de hincharse aumenta el área superficial para la reacción de la partícula. Un gramo de bentonita de sodio se puede hidratar hasta seis veces su peso. Además de eso, la arcilla puede ser modificada por la adición de una amina cuaternaria formando lo que se clasifica como “órgano-arcilla”. A medida que la organo-arcilla se hidrata, los polímeros de amina cuaternaria se extienden para fuera de la partícula de arcilla. Esta configuración polímero/arcilla posee la capacidad de adsorber aceites, detergentes y muchos compuestos orgánicos (6). Las capacidades de remoción de orgánicos de las organo-arcillas hacen que su uso en la reducción de la toxicidad del efluente sea una opción viable a ser considerada.

Mezclas de aluminio y hierro con polímero catiónico

Muchos fabricantes ya probaron el beneficio de adicionar polímeros catiónicos al aluminio (cloruro de aluminio y sulfato de aluminio) y hierro (sulfato ferroso y cloruro férrico). La eficiencia de las formas poliméricas de hierro y aluminio en relación a los coagulantes normales ha sido objeto de estudios con relación a la remoción de la turbidez, color, coagulación y sedimentación (7).

Los productos a base de aluminio y hierro que son “mezclados” a los polímeros catiónicos sirven a un doble propósito. La base de aluminio y/o hierro actúa como un coagulante primario y el polímero catiónico (usualmente una composición cuaternaria o poli amina) actúa en sinergia con la base coagulante para neutralizar los diferenciales de carga del efluente. Además de las reacciones de cargas poliméricas, las formas ácidas de las mezclas de aluminio y hierro y los polímeros catiónicos ofrecen un aumento de la acidez mineral al efluente. Este aumento funciona como un dispersante y neutraliza los detergentes, especialmente con fórmulas desarrolladas para mantener los cationes en suspensión en medio alcalino. Los beneficios de estas fórmulas con mezclas incluyen una mejor remoción metálica, más limpidez del agua y menor generación de lodo cuando comparado con el uso de los coagulantes solos (8).

Derivados del aluminio polimerizado

Los derivados del aluminio polimerizado son una amplia variedad de coagulantes y precipitadores de metales a base de aluminio. El tradicional “PAC”, policloruro de aluminio, es comercializado como una “commodity” en el mercado. El PAC está disponible en muchas concentraciones y niveles de alcalinidad. Las fórmulas del PAC proveen el beneficio de un “verdadero polímero inorgánico”, ya que la matriz de aluminio forma una cadena polimérica real sin el uso de una estructura orgánica. Ya se encuentran disponibles mezclas de PAC con una alta carga catiónica y alta concentración de sólidos, lo que, en la mayoría de los casos, substituye el PAC, dando mayor eficiencia y reducción de consumo. Algunos desarrollos recientes en la tecnología de polimerización del aluminio incluyen la reacción de varios derivados del aluminio con otros cationes, como el calcio y el magnesio. Un producto híbrido de almidón anfótero y PAC está siendo actualmente comercializado para la industria de papel y puede tener un uso promisor en procesos de tratamientos de efluentes galvánicos (9). Se ha observado que muchos de estos derivados de aluminio poseen alta afinidad por aceites y grasas y la capacidad de neutralizar y precipitar metales pesados. Varios casos estudiados indican que sistemas de tratamiento que usan estos derivados presentan bajo DBO, DQO y nivel de sólidos en suspensión, mejor remoción del TOC, menor volumen de lodo y toxicidad mínima para peces e invertebrados (10 11).

RESUMEN

Las características de los efluentes de las áreas de tratamiento de superficies están cambiando debido a la influencia directa de los avances de las tecnologías de las terminaciones. Algunas de estas alteraciones afectan la capacidad de atender a los requisitos obligatorios. Como estos estarán en el futuro focalizados cada vez más en el impacto generado al medio ambiente (niveles de metal, sólidos totales, toxicidad, etc.), es crucial investigar con mucha atención los varios tipos de productos/mezclas/precipitadores/coagulantes disponibles que puedan auxiliar al cumplimiento de los requisitos ambientales.

Vânia Cemin
Gerente WaterCare de Coventya Química Ltda.; Ingeniera Química con pos-graduación en Proyectos para Tratamientos de Efluentes Líquidos, Sólidos y Gaseosos; defendiendo tesis en el área de efluentes galvánicos en el curso de Ingeniería de Materiales; experiencia de 20 años en el área de tratamiento de efluentes y galvanoplastia.