UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACUL T AO DE QUfMICA VALORIZACION DE UN RESIDUO RIca EN CROMO Y T E s I s QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO QUIMICO P R E S E N T A N SANCHEZ CRISOSTQMO HUGO ZARAGOZA MORALES ALEJANDRO
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO
FACUL T AO DE QUfMICA
V ALORIZACION DE UN RESIDUO RIca EN CROMO Y ALU~10
T E s I s QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO QUIMICO P R E S E N T A N
SANCHEZ CRISOSTQMO HUGO ZARAGOZA MORALES ALEJANDRO
Jurado Asignado
Presidente Vocal Secretario 1 er Suplente 2deg Suplente
Margarita E Gutieacuterrez Ruiz Silvia Castillo Blum Juan Mario Morales Cabrera Viacutector Manuel Luna Pabello Juana J Chaacutevez Espiacuten
Lugar donde se desarrollo el tema Laboratorio de Anaacutelisis Fiacutesicos y Quiacutemicos del
Ambiente Instituto de Geografiacutea
UNAM
Asesor
Gutieacuterrez Rujz Margarita
Sustentantes
Saacutenchez Crisoacutestomo Hugo
Zaragoza Morales Alejandro
AMIS PADRES GIL Y ANTONIA QUIENES SON EL MEJOR EJEMPLO
A MIS HERMANOS PACO GIL y GERARDO POR SU APOYO
INCONDICIONAL
A MIS HERMANAS LID Y LORE POR SUS REGANtildeOS TAN BENEacuteFICOS
A ROSANGEV QUIEN ESPLENDE MAacuteS QUE NADIE
A LA UNM DONDE HE CRECIDO Y MADURADO EN TODOS LOS
ASPECTOS NO TENGO ESPACIO SUFICIENTE PARA DAR LAS GRACIAS A
LOS MUCHOS QUE ME HAN AYUDADO DENTRO DE ESTA CASA A
PROPORCIONAR COMPRENSIOacuteN y EJEMPLOS O QUE A LO LiRGO DE
MI CARRERA ME HAN CORREGIDO ERRORES PERO QUIERO QUE
TODOS ELLOS RECIBAN MI AGRJIDECIMIENTO lvAacuteS PROFUNDO
A LA MAESTRA l1ARGARITA POR LA ASESORIacuteA E INSTRUCCIOacuteN EN ESTE
TRABAJO Y POR AYUDAR A DESARROUARMETANTO PROFESIONAL
COMO PERSONALMENTE Y ME ENSENtildeO QUE EN UNA BUENA CAUSA
NO HAY FRACASOS ESPERO QUE DONDE ESTEacute SIEMPRE ME
ENCUENTRE CON PERSONAS COMO ELLA
AL 11 EN C GERARDO tvVRTIacuteNEZ QUIEN SIEAiacutePRE SERAacute EL JEFAZO
POR SUS ASESORIacuteAS EN EL VBORJTORIO y SU APOYO PERSONAS
COMO EL SON LAS QUE HACEN FALTA EN lA UN1M
AL PERSONAL DE CIMA POR SU CONFIANZA AL HACERME PARTICIPE
DE SU PROYECTO
AL PERSONAL DE LAPQ ESPECIALMENTE A ELENA Y A DANIEL POR SU
APOYO Y PRINCIPALMENTE POR SU AMISTAD
A LA DRA SILVIA CASTILLO AL ING MARIO CABRERA Y AL ING
RAMIacuteREZ PERALTA POR SUS CONSEJOS PARA MEJORAR ESTE TRABAJO
AGRADEZCO lllANERA ESPECIAL A lVlI$ PADRES DON GIL Y
TONCHIS POR SU APOYO COMPRENSIOacuteN Y CARINtildeO POR ENSENtildeARME
LAS MEJORES LECCIONES EN LA VIDA Y ESTAR CONAlIGO CUANDO MAacuteS
LO HE NECESITADO
A MIS HERMANOS POR QUE GRACIAS A ELLOS SOY LA PERSONA QUE
QUIERO SER
A ROSANGELA QUIEN ME HA AYUDADO CON SUGERENCIAS CRIacuteTICAS
SOBRE TRABAJO DE ELLA HE APRENDIDO MAacuteS DE LO QUE SOY
CAPlZ DE DECIR ME RECONOZCO AFORTUNADO DE HABER
ENCONTRADO UNA PERSONA A LA QUE ADMIRO POR SUS CONSEJOS Y
JUICIO SU SENTIDO DEL HUMOR Y VISIOacuteN VALEROSA Y QUE ES
ADE11AacuteS AMOR DE iexclvU VIDA
A TODO GRUPO CON EL QUE CONVIVIacute LOS SAGRADOS JUEVES A
CADA UNO DE ELLOS POR HABER11E AGUANTADO Y DISFRUTADO DE
MOMENTOS QUE NO SE PODRAacuteN REPETIR POR CADA UNO DE ESOS
DIacuteAS CUANDO NO TENIacuteAMOS NADA QUE PERDER
A HUGO POR QUE A PlSAR DE LAS DISCUSIONES REALIZAMOS UN
BUEN TRABAJO ADE11AacuteS DE LOS MOMENTOS COMPARTIDOS
TAMBIEacuteN A LA GORDA ( MEMO J CON QUIEN PASE MAacuteS DE LA MITAD
DE LA CARRERA Y POR LOS MOMENTOS DE SANO ESPARCIMIENTO
PERO ESPECIALMENTE POR ENSENtildeAR1iE EL VALOR DE LA HONRADEZ
AL INGENIERO RAFAEL SAacuteNCHEZ POR SU APOYO Y AYUDA PARA LA
REALIZACIOacuteN EN LA PARTE DE INGENIERIacutei ADEMAacuteS DE SU AMISTAD
HACIA TODA LA FAMILIA POR TANTOS ANtildeOS
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
Jurado Asignado
Presidente Vocal Secretario 1 er Suplente 2deg Suplente
Margarita E Gutieacuterrez Ruiz Silvia Castillo Blum Juan Mario Morales Cabrera Viacutector Manuel Luna Pabello Juana J Chaacutevez Espiacuten
Lugar donde se desarrollo el tema Laboratorio de Anaacutelisis Fiacutesicos y Quiacutemicos del
Ambiente Instituto de Geografiacutea
UNAM
Asesor
Gutieacuterrez Rujz Margarita
Sustentantes
Saacutenchez Crisoacutestomo Hugo
Zaragoza Morales Alejandro
AMIS PADRES GIL Y ANTONIA QUIENES SON EL MEJOR EJEMPLO
A MIS HERMANOS PACO GIL y GERARDO POR SU APOYO
INCONDICIONAL
A MIS HERMANAS LID Y LORE POR SUS REGANtildeOS TAN BENEacuteFICOS
A ROSANGEV QUIEN ESPLENDE MAacuteS QUE NADIE
A LA UNM DONDE HE CRECIDO Y MADURADO EN TODOS LOS
ASPECTOS NO TENGO ESPACIO SUFICIENTE PARA DAR LAS GRACIAS A
LOS MUCHOS QUE ME HAN AYUDADO DENTRO DE ESTA CASA A
PROPORCIONAR COMPRENSIOacuteN y EJEMPLOS O QUE A LO LiRGO DE
MI CARRERA ME HAN CORREGIDO ERRORES PERO QUIERO QUE
TODOS ELLOS RECIBAN MI AGRJIDECIMIENTO lvAacuteS PROFUNDO
A LA MAESTRA l1ARGARITA POR LA ASESORIacuteA E INSTRUCCIOacuteN EN ESTE
TRABAJO Y POR AYUDAR A DESARROUARMETANTO PROFESIONAL
COMO PERSONALMENTE Y ME ENSENtildeO QUE EN UNA BUENA CAUSA
NO HAY FRACASOS ESPERO QUE DONDE ESTEacute SIEMPRE ME
ENCUENTRE CON PERSONAS COMO ELLA
AL 11 EN C GERARDO tvVRTIacuteNEZ QUIEN SIEAiacutePRE SERAacute EL JEFAZO
POR SUS ASESORIacuteAS EN EL VBORJTORIO y SU APOYO PERSONAS
COMO EL SON LAS QUE HACEN FALTA EN lA UN1M
AL PERSONAL DE CIMA POR SU CONFIANZA AL HACERME PARTICIPE
DE SU PROYECTO
AL PERSONAL DE LAPQ ESPECIALMENTE A ELENA Y A DANIEL POR SU
APOYO Y PRINCIPALMENTE POR SU AMISTAD
A LA DRA SILVIA CASTILLO AL ING MARIO CABRERA Y AL ING
RAMIacuteREZ PERALTA POR SUS CONSEJOS PARA MEJORAR ESTE TRABAJO
AGRADEZCO lllANERA ESPECIAL A lVlI$ PADRES DON GIL Y
TONCHIS POR SU APOYO COMPRENSIOacuteN Y CARINtildeO POR ENSENtildeARME
LAS MEJORES LECCIONES EN LA VIDA Y ESTAR CONAlIGO CUANDO MAacuteS
LO HE NECESITADO
A MIS HERMANOS POR QUE GRACIAS A ELLOS SOY LA PERSONA QUE
QUIERO SER
A ROSANGELA QUIEN ME HA AYUDADO CON SUGERENCIAS CRIacuteTICAS
SOBRE TRABAJO DE ELLA HE APRENDIDO MAacuteS DE LO QUE SOY
CAPlZ DE DECIR ME RECONOZCO AFORTUNADO DE HABER
ENCONTRADO UNA PERSONA A LA QUE ADMIRO POR SUS CONSEJOS Y
JUICIO SU SENTIDO DEL HUMOR Y VISIOacuteN VALEROSA Y QUE ES
ADE11AacuteS AMOR DE iexclvU VIDA
A TODO GRUPO CON EL QUE CONVIVIacute LOS SAGRADOS JUEVES A
CADA UNO DE ELLOS POR HABER11E AGUANTADO Y DISFRUTADO DE
MOMENTOS QUE NO SE PODRAacuteN REPETIR POR CADA UNO DE ESOS
DIacuteAS CUANDO NO TENIacuteAMOS NADA QUE PERDER
A HUGO POR QUE A PlSAR DE LAS DISCUSIONES REALIZAMOS UN
BUEN TRABAJO ADE11AacuteS DE LOS MOMENTOS COMPARTIDOS
TAMBIEacuteN A LA GORDA ( MEMO J CON QUIEN PASE MAacuteS DE LA MITAD
DE LA CARRERA Y POR LOS MOMENTOS DE SANO ESPARCIMIENTO
PERO ESPECIALMENTE POR ENSENtildeAR1iE EL VALOR DE LA HONRADEZ
AL INGENIERO RAFAEL SAacuteNCHEZ POR SU APOYO Y AYUDA PARA LA
REALIZACIOacuteN EN LA PARTE DE INGENIERIacutei ADEMAacuteS DE SU AMISTAD
HACIA TODA LA FAMILIA POR TANTOS ANtildeOS
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
AMIS PADRES GIL Y ANTONIA QUIENES SON EL MEJOR EJEMPLO
A MIS HERMANOS PACO GIL y GERARDO POR SU APOYO
INCONDICIONAL
A MIS HERMANAS LID Y LORE POR SUS REGANtildeOS TAN BENEacuteFICOS
A ROSANGEV QUIEN ESPLENDE MAacuteS QUE NADIE
A LA UNM DONDE HE CRECIDO Y MADURADO EN TODOS LOS
ASPECTOS NO TENGO ESPACIO SUFICIENTE PARA DAR LAS GRACIAS A
LOS MUCHOS QUE ME HAN AYUDADO DENTRO DE ESTA CASA A
PROPORCIONAR COMPRENSIOacuteN y EJEMPLOS O QUE A LO LiRGO DE
MI CARRERA ME HAN CORREGIDO ERRORES PERO QUIERO QUE
TODOS ELLOS RECIBAN MI AGRJIDECIMIENTO lvAacuteS PROFUNDO
A LA MAESTRA l1ARGARITA POR LA ASESORIacuteA E INSTRUCCIOacuteN EN ESTE
TRABAJO Y POR AYUDAR A DESARROUARMETANTO PROFESIONAL
COMO PERSONALMENTE Y ME ENSENtildeO QUE EN UNA BUENA CAUSA
NO HAY FRACASOS ESPERO QUE DONDE ESTEacute SIEMPRE ME
ENCUENTRE CON PERSONAS COMO ELLA
AL 11 EN C GERARDO tvVRTIacuteNEZ QUIEN SIEAiacutePRE SERAacute EL JEFAZO
POR SUS ASESORIacuteAS EN EL VBORJTORIO y SU APOYO PERSONAS
COMO EL SON LAS QUE HACEN FALTA EN lA UN1M
AL PERSONAL DE CIMA POR SU CONFIANZA AL HACERME PARTICIPE
DE SU PROYECTO
AL PERSONAL DE LAPQ ESPECIALMENTE A ELENA Y A DANIEL POR SU
APOYO Y PRINCIPALMENTE POR SU AMISTAD
A LA DRA SILVIA CASTILLO AL ING MARIO CABRERA Y AL ING
RAMIacuteREZ PERALTA POR SUS CONSEJOS PARA MEJORAR ESTE TRABAJO
AGRADEZCO lllANERA ESPECIAL A lVlI$ PADRES DON GIL Y
TONCHIS POR SU APOYO COMPRENSIOacuteN Y CARINtildeO POR ENSENtildeARME
LAS MEJORES LECCIONES EN LA VIDA Y ESTAR CONAlIGO CUANDO MAacuteS
LO HE NECESITADO
A MIS HERMANOS POR QUE GRACIAS A ELLOS SOY LA PERSONA QUE
QUIERO SER
A ROSANGELA QUIEN ME HA AYUDADO CON SUGERENCIAS CRIacuteTICAS
SOBRE TRABAJO DE ELLA HE APRENDIDO MAacuteS DE LO QUE SOY
CAPlZ DE DECIR ME RECONOZCO AFORTUNADO DE HABER
ENCONTRADO UNA PERSONA A LA QUE ADMIRO POR SUS CONSEJOS Y
JUICIO SU SENTIDO DEL HUMOR Y VISIOacuteN VALEROSA Y QUE ES
ADE11AacuteS AMOR DE iexclvU VIDA
A TODO GRUPO CON EL QUE CONVIVIacute LOS SAGRADOS JUEVES A
CADA UNO DE ELLOS POR HABER11E AGUANTADO Y DISFRUTADO DE
MOMENTOS QUE NO SE PODRAacuteN REPETIR POR CADA UNO DE ESOS
DIacuteAS CUANDO NO TENIacuteAMOS NADA QUE PERDER
A HUGO POR QUE A PlSAR DE LAS DISCUSIONES REALIZAMOS UN
BUEN TRABAJO ADE11AacuteS DE LOS MOMENTOS COMPARTIDOS
TAMBIEacuteN A LA GORDA ( MEMO J CON QUIEN PASE MAacuteS DE LA MITAD
DE LA CARRERA Y POR LOS MOMENTOS DE SANO ESPARCIMIENTO
PERO ESPECIALMENTE POR ENSENtildeAR1iE EL VALOR DE LA HONRADEZ
AL INGENIERO RAFAEL SAacuteNCHEZ POR SU APOYO Y AYUDA PARA LA
REALIZACIOacuteN EN LA PARTE DE INGENIERIacutei ADEMAacuteS DE SU AMISTAD
HACIA TODA LA FAMILIA POR TANTOS ANtildeOS
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
A LA UNM DONDE HE CRECIDO Y MADURADO EN TODOS LOS
ASPECTOS NO TENGO ESPACIO SUFICIENTE PARA DAR LAS GRACIAS A
LOS MUCHOS QUE ME HAN AYUDADO DENTRO DE ESTA CASA A
PROPORCIONAR COMPRENSIOacuteN y EJEMPLOS O QUE A LO LiRGO DE
MI CARRERA ME HAN CORREGIDO ERRORES PERO QUIERO QUE
TODOS ELLOS RECIBAN MI AGRJIDECIMIENTO lvAacuteS PROFUNDO
A LA MAESTRA l1ARGARITA POR LA ASESORIacuteA E INSTRUCCIOacuteN EN ESTE
TRABAJO Y POR AYUDAR A DESARROUARMETANTO PROFESIONAL
COMO PERSONALMENTE Y ME ENSENtildeO QUE EN UNA BUENA CAUSA
NO HAY FRACASOS ESPERO QUE DONDE ESTEacute SIEMPRE ME
ENCUENTRE CON PERSONAS COMO ELLA
AL 11 EN C GERARDO tvVRTIacuteNEZ QUIEN SIEAiacutePRE SERAacute EL JEFAZO
POR SUS ASESORIacuteAS EN EL VBORJTORIO y SU APOYO PERSONAS
COMO EL SON LAS QUE HACEN FALTA EN lA UN1M
AL PERSONAL DE CIMA POR SU CONFIANZA AL HACERME PARTICIPE
DE SU PROYECTO
AL PERSONAL DE LAPQ ESPECIALMENTE A ELENA Y A DANIEL POR SU
APOYO Y PRINCIPALMENTE POR SU AMISTAD
A LA DRA SILVIA CASTILLO AL ING MARIO CABRERA Y AL ING
RAMIacuteREZ PERALTA POR SUS CONSEJOS PARA MEJORAR ESTE TRABAJO
AGRADEZCO lllANERA ESPECIAL A lVlI$ PADRES DON GIL Y
TONCHIS POR SU APOYO COMPRENSIOacuteN Y CARINtildeO POR ENSENtildeARME
LAS MEJORES LECCIONES EN LA VIDA Y ESTAR CONAlIGO CUANDO MAacuteS
LO HE NECESITADO
A MIS HERMANOS POR QUE GRACIAS A ELLOS SOY LA PERSONA QUE
QUIERO SER
A ROSANGELA QUIEN ME HA AYUDADO CON SUGERENCIAS CRIacuteTICAS
SOBRE TRABAJO DE ELLA HE APRENDIDO MAacuteS DE LO QUE SOY
CAPlZ DE DECIR ME RECONOZCO AFORTUNADO DE HABER
ENCONTRADO UNA PERSONA A LA QUE ADMIRO POR SUS CONSEJOS Y
JUICIO SU SENTIDO DEL HUMOR Y VISIOacuteN VALEROSA Y QUE ES
ADE11AacuteS AMOR DE iexclvU VIDA
A TODO GRUPO CON EL QUE CONVIVIacute LOS SAGRADOS JUEVES A
CADA UNO DE ELLOS POR HABER11E AGUANTADO Y DISFRUTADO DE
MOMENTOS QUE NO SE PODRAacuteN REPETIR POR CADA UNO DE ESOS
DIacuteAS CUANDO NO TENIacuteAMOS NADA QUE PERDER
A HUGO POR QUE A PlSAR DE LAS DISCUSIONES REALIZAMOS UN
BUEN TRABAJO ADE11AacuteS DE LOS MOMENTOS COMPARTIDOS
TAMBIEacuteN A LA GORDA ( MEMO J CON QUIEN PASE MAacuteS DE LA MITAD
DE LA CARRERA Y POR LOS MOMENTOS DE SANO ESPARCIMIENTO
PERO ESPECIALMENTE POR ENSENtildeAR1iE EL VALOR DE LA HONRADEZ
AL INGENIERO RAFAEL SAacuteNCHEZ POR SU APOYO Y AYUDA PARA LA
REALIZACIOacuteN EN LA PARTE DE INGENIERIacutei ADEMAacuteS DE SU AMISTAD
HACIA TODA LA FAMILIA POR TANTOS ANtildeOS
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
A ROSANGELA QUIEN ME HA AYUDADO CON SUGERENCIAS CRIacuteTICAS
SOBRE TRABAJO DE ELLA HE APRENDIDO MAacuteS DE LO QUE SOY
CAPlZ DE DECIR ME RECONOZCO AFORTUNADO DE HABER
ENCONTRADO UNA PERSONA A LA QUE ADMIRO POR SUS CONSEJOS Y
JUICIO SU SENTIDO DEL HUMOR Y VISIOacuteN VALEROSA Y QUE ES
ADE11AacuteS AMOR DE iexclvU VIDA
A TODO GRUPO CON EL QUE CONVIVIacute LOS SAGRADOS JUEVES A
CADA UNO DE ELLOS POR HABER11E AGUANTADO Y DISFRUTADO DE
MOMENTOS QUE NO SE PODRAacuteN REPETIR POR CADA UNO DE ESOS
DIacuteAS CUANDO NO TENIacuteAMOS NADA QUE PERDER
A HUGO POR QUE A PlSAR DE LAS DISCUSIONES REALIZAMOS UN
BUEN TRABAJO ADE11AacuteS DE LOS MOMENTOS COMPARTIDOS
TAMBIEacuteN A LA GORDA ( MEMO J CON QUIEN PASE MAacuteS DE LA MITAD
DE LA CARRERA Y POR LOS MOMENTOS DE SANO ESPARCIMIENTO
PERO ESPECIALMENTE POR ENSENtildeAR1iE EL VALOR DE LA HONRADEZ
AL INGENIERO RAFAEL SAacuteNCHEZ POR SU APOYO Y AYUDA PARA LA
REALIZACIOacuteN EN LA PARTE DE INGENIERIacutei ADEMAacuteS DE SU AMISTAD
HACIA TODA LA FAMILIA POR TANTOS ANtildeOS
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
t DIOS
POR DARME LA DICHA DE VIVIR Y DE TENER UN HERMOSA FAMILIA y
Atv1IGOS
A MIS QUERIDOS PADRES
DON OSCAR y DONtildeI JOSEFINA POR ENSENtildeARME LA IMPOR TANClA DEL
TRABAJO DIARIO POR EL AMOR APOYO Y COMPRENSiOacuteN
A ML HERMANOS
POR PERMlTlRME SER PARTE DE SU MUNDO POR SU APOYO EN LOS
MOMENTOS DIfiacuteCILES Y SUS CONSEJOS CUANDOESTAS A rUNTODE
CLAUDICAR
A ROSITA
PORQUE SIEMPRE ESTUVO EN LOS MOMENTOS EN QUE MAacutes NECESITE UN
CONSEJO BRINDAacuteNDOME SU APOYO Y COMPRENSlOacuteN
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
A LA MAESlRA MARGARIT A
PUES ElLA NOS MOSTROacute QUE EL CAMINO DEL EacuteXITO ESTA CIMENTADO CON
LA DEDICACIOacuteN Y EL TABAJO Y CON PACIENCIA NOS BRINDOacute ASESORIA y
NOS I1CULCO EL IJOR Y RESPETO HAOA NUESTRO MEDIO NABIENTE NUNCA
LA OLVIDAREacute
A MI AMIGO Y MAESTRO GERARDO MARTNEZ EL JEFE
PUES CON SUS CONSEJOS Y DIRECCIOacuteN PUDIMOS LL~EGAR AL FIacuteN DE ESTE
PROYECTO
AL EQUIPO LAFQl
PILAR SllLKF HILDA RUTILlO CLAUDIA NOR1v1 PORQUE
CON ELLOS PASE GRANDES MOlvENTOS Y COMPARTIERON CONMIGO SU
EXPERIENCIA Y CONOCllvlENTOS
ALEX
POR QUE ADElvAacuteS DE COMPARTIR TRABAJO FUE UN GRAN AMIGO CON EL
QUE PASEacute MOMENTOS AGRADABLES Y JUNTOS CULMriAMOS ESTE GRAN
PROYECTO
A MIS AMIGOS Y AMIGAS
PUES SIMPRE ESTUVIERON EN LOS l10lvENTO DE FELICIDAD Y TRISTEZA
ESPECIALMENTE A TI MI AMIGA FRITZ GRACIAS POR ESOS MOMENTOS DE
VALOR ICALCULABLE
A 1 ADORADA UNIVERSIDAD PORQUE EN SUS AULAS APRENDiacute EL
SIGNIFICADO DE LA PALABRA TRABAJO
A TODOS ELLOS MIL GRAClAS
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
INDICE GENERAL
INTRODUCCiOacuteN 2
1 ANTECEDENTES 7
11 Geneialidades del cromo 7 1 11 Propiedades y estado natural 7 112 Aplicaciones industriales 9 L 13 Meacutetodos de produccioacuten de cromatos y dicromatos 10 11 A Peligrosidad y del cromo 12
l141 Funcioacuten bioloacutegica 12 1 J 42 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo 13 1 143 ~Factores de riesgo 17
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio 21 121 Descripcioacuten del proceso generador 21 122 CaracteriacutestIacuteCas de los residuos 23 123 Propuesta general para el manejo de los residuos 24
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos 25
2 PARTE EXPERIMENTAL 29
21 Planeacioacuten 29
22 Seleccioacuten y tratamiento de las muestras 29
23 Caracterizacioacuten del residuo 31 231 Paraacutemetros generales 31 232 Contenido de Cr (VI) 31
24 Experimentos de extraccioacuten 32 2A Condiciones generales para la reeuperacioacuten de cromo 32 242 Meacutetodos de cuantificacioacuten 32 2A3 Descripcioacuten de los experimentos 33
Relacioacuten residuoagua 33 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 33 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 33
244 Efecto de la fuerza ioacutenica 33 245 ExtracCiones secuenciales con agua 35 24 6 Extracciones con soluCioacuten salina 36 247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con residuos ricos en carbonatos 36
248 Extracciones secuenciales C011 agua y solucioacuten de carbonatos d~ sodio 38
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
3 RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN 39
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo 39
32 Optimizacioacuten de las condiciones de extraccioacuten de Cr (VI) en el residuo 43 321 Relacioacuten residuo agua 43 322 Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI) 44 323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases 45 324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica) 48
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI) 331 Extracciones secuenciales con agua 332 Extracciones con solucioacuten salina
53 54 56
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con residuos minerales 58 334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio 60
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso 411 Acarreo del residuo 412 Trituracioacuten y molienda 413 Lavado del residuo 414 Capacidad estimada 415 Seleccioacuten del sitio 416 Diagramas de proceso
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten 4 21 Secuencia de operaciones
43 Disentildeo del equipo de proceso 431 Molienda 432 Tuberiacuteas
43 2 1 Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten 4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto f323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador 4324 Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos 4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador 4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del es pesador
434 Bombas 4341 Bomba para la alimentacioacuten de pulpa (BO-01) 43 42 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02) 4343 Bomba para desalojo de extracto (BO-03)
435 Disentildeo de los tanques de proceso
61
63
63 64 64 65 66 66 66
67 67
70 70 70 72 74 75 76 77 78 79 81 82 84 86
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
4351 Espesor de paredes 4352 Tanques de agitacioacuten 4353 Tanque de pulpa 4354 Tanque de carbonatos
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
88 90 92 94
104
APENDICES 111 Al Resultadoss de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina 111 A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales 112
ANEXOS 116
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
1JNTRODUCCIOacuteN
INTRODUCCiOacuteN
En la actualidad la industria juega un papel fundamental en el crecimiento de toda
nacioacuten ya que es generadora de bienes de consumo tecnologiacutea y empleo por lo
que es muy importante para el desarrollo de la economiacutea regional y
especialmente de la local Sin embargo los procesos industriales son abiertos en
energiacutea y materia por lo que generan un impacto sobre el ambiente ya sea por el
consumo de energiacutea agua y otros recursos naturales o por la generacioacuten de
desechas los cuales dependiendo su estado fiacutesico afectan a la atmoacutesfera al
agua o al suelo
La magnitud del impacto de los procesos industriales sobre el ambiente depende
del nivel de control de los mismos por lo que en los paiacuteses llamados en viacuteas de
desarrollo en que los recursos econoacutemicos para adquirir las tecnologiacuteas
avanzadas o llevar a cabo sistemas de reingenieriacutea son muy limitados la
problemaacutetica es mayor Cabe sentildealar que todos los paiacuteses industrializados que
actualmente tienen controles de proceso muy estrictos sufrieron en el pasado un
grave deterioro de su ambiente inclusive se presentaron enfermedades mortales
antes desconocidas relacionadas con la dispersioacuten de contaminantes
industriales entre ellos metales transicionales como el Hg Cd yCr
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
1 INTRODUCCIOacuteN
En los paises en viacuteas de desarrollo la industria ha tenido un crecimiento no
planeado en muchas ocasiones los equipos son obsoletos y se usan
combustibles sucios y el control de proceso no es el deseable Ademaacutes el marco
juriacutedico ambiental es incipiente por lo que los instrumentos y herramientas de
palmea son insuficientes ya veces inexistentes
En Meacutexico la tendencia para controlar el impacto de la industria y los servicios se
ha enfocado a emitir normas y no se han desarrollado otras herramientas La
aplicacioacuten de la normatividad se ha visto limitada por diferentes factores entre
ellos el que los sistemas de vigilancia son ineficientes y no se cuentan con
instrumentos de poliacutetica como son los incentivos fiscales para que la industria
implemente programas de gestioacuten ambienta1 Ademaacutes hay otras iexcliexclmitantes como
el hecho de que las leyes reglamentos y normas contienen errores u omisiones
de caraacutecter cientiacutefico teacutecnicos y juriacutedico que permite a la industria no cumplir con
sus obligaciones mediantemiddot una defensa puramente legal Como consecuencia
bajo estas condiciones la industrializacioacuten en Meacutexico unida al aumento de la
poblacioacuten y los patrones de consumo han causado la degradacioacuten de los suelos
el agotamiento y contaminacioacuten de los cuerpos de agua y la contaminacioacuten de la
atmoacutesfera
Entre los errores cientiacutefiacutecos de las normas cabe mencionar que la NOM-ECOL-
0521993 considera peligroso por su toxicidad a todo residuo que utilizando como
extractante una solucioacuten amortiguadora de aacutecido aceacutetico libera a uno o mas de los
elementos listados en la misma Sin embargo la solucioacuten extractan te solamente
2
11NTRODUCCIOacuteN
slmulalo que sucede cuando un residuo industrial se pone en contacto con basura
biodegradable y no lo que ocurre cuando el residuo queda sujeto al intemperismo
natural Ademaacutes incluye en la lista a los elementos en forma total y no por
especies quiacutemicas lo que lleva a considerar igualmente peligroso a un residuo
que contiene Cr(lIl) que a uno que contiene Cr(VI) cuando los efectos sobre la
biota y en especial en el hombre son completamente diferentes Ademaacutes esta
norma no considera a otros factores de peligrosidad como son la cantidad y a la
disponibilidad fiacutesica Esto es para que una sustancia represente un riesgo para la
biota requiere encontrarse en cantidades que superen la capacidad
amortiguadora del medio y que pueda transportarse por aire agua y suelo lo que
implica que el contaminante esteacute formando compuestos gaseosos liacutequidos o
soacutelidos de pequentildeo tamantildeo (coloides) Cabe mencionar que no toda sustancia
clasificada como peligrosa que este disponible en altas cantidades en el ambiente
representa un riesgo para la biota pues ademaacutes se requiere que haya una
poblacioacuten expuesta y una viacutea de entrada (ingestioacuten absorcioacuten inhalacioacuten) y por
uacuteltimo que la dosis supere a los mecanismos de defensa del individuo afectado
Sin embargo la poblacioacuten percibe a la industria como un facfor de riesgo ya que
no puede discriminar cuando hay o no exposicioacuten Especialmente las
comunidades se preocupan cuando percibe en las emisiones de la industria la
presencia de contaminantes ya sea por que presentan olor o color o dantildean las
construcciones etc Uno de los ejemplos maacutes claros lo constituyen los residuos
generados por los procesos industriales que producen cromatos ya qlJe siempre
presentan alguno de los colores tiacutepicos de este elemento generalmente amarillo
3
11NTRODUCCfOacuteN
y forman lixiviados tambieacuten coloridos por efecto de la nuvia que son toacutexicos y
corrosivos
En Meacutexico existen dos depoacutesitos con Cr(VI) uno localizado al norte de la Cd de
Meacutexico en el municipio de Tultitaacuten que es un cementerio cubierto con pavimento
y construido directamente sobre el suelo y otro en el estado de Guanajuato en
el municipio de San Francisco del Rincoacuten en que el material estaacute dispuesto sobre
geomembranas y cuenta con recolecta de lixiviados que son enviados a
tratamiento En el primer caso no existe un responsable directo ya que la empresa
cerroacute cuando no existiacutea ninguna legislacioacuten ambiental al respecto mientras que en
Guanajuato la empresa generadora ha apoyado diversos estudios para resolver la
problemaacutetica
Contando con la ayuda de la empresa generadora y de la Agencia de Cooperacioacuten
Teacutecnica de Alemania el proyecto Residuos Peligrosos del Instituto de Geografiacutea
desarrolloacute un meacutetodo de estabilizacioacuten para estos residuos a nivel de laboratorio
el cual posteriormente fue escalado h asta ingenieriacutea d e detalle por I a empresa
Perry Ingenieros y Proyectos La tecnologiacutea fue aprobada por las autoridades
ambientales y se sometioacute a la evaluacioacuten de Nacional Financiera SA (banca de
segundo piso) para adquirir un creacutedito que permitiera llevar a cabo la construccioacuten
de la planta estabilizadora Sin embargo los bancos de primer piso no otorgaron el
creacutedito por considerar que el proceso no era productivo ya que no tomaron en
cuenta los beneficios econoacutemicos que representaba para la empresa el resolver el
4
1JNTRODUCCIOacuteN
problema de los residuos especialmente el poder seguir operando y asegurar su
competitividad en el mercado nacional e internacional
Con el objeto de lograr los fondos necesarios para construir la planta se consideroacute
necesario modificar el proyecto para no solamente estabilizar tos residuos y
reducir el riesgo para el ambiente y poblacioacuten sino obtener productos de los
mismos Este estudio tiene como objetivo la recuperacioacuten de Cr (VI) de los
residuos para su reuso en la fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo
Especialmente se estudiaron los tipos de residuos denominados alumina por su
alto contenido de aluminio
Las metas especiacuteficas son las siguientes
Determinar las condiciones oacuteptimas de recuperacioacuten de cromo hexavalente
minimizando el consumo de agua energiacutea y tiempo
Desarrollar la ingenierla baacutesica para recuperar el cromo hexavalente
5
1 PARTE EXPERIMENTAL
1 ANTECEDENTES
11 Generalidades del cromo
1 11 Propiedades y estado natural
El elemento fue descubierto en 1798 por Vauquelin y como todos sus compuestos
presentan color le dio el nombre de cromo que deriva del vocablo griego croma
que significa color Es un metal de transicioacuten cuya masa atoacutemica es 5294
pertenecemiddot al grupo VI (6 en la nueva notacioacuten) de la tabla perioacutedica y su
configuracioacuten electroacutenica es [Ar] 3d5 4s1 por lo que presenta estados de oxidacioacuten
de O a 6 sin embargo los maacutes estables termodinaacutemicamente son el 3 y 6 (Keenan
et al 1986)
Es un metal duro blanco y brillante que presenta una densidad elevada de 719
gcm3 a 20deg C El cromo es faacutecilmente maleable se vuelve quebradizo por la
presencia de impurezas es estable al aire y no reacciona con el agua Los
oxidantes fuertes originan una capa de oacutexido refractario que lo protege del ataque
de aacutecidos diluidos El cromo se disuelve en aacutecidos no oxidantes con
desprendimiento de hidroacutegeno como el aacutecido fluorhiacutedrico y tambieacuten en agua
regia pero es insoluble en bases A temperaturas elevadas reacciona con casi
todos los no metales
La produccioacuten industrial del cromo comenzoacute en 1898 y se obtiene por reduccioacuten
del trioacutexido con aluminio por el proceso de aluminotermia de Goldschmidf (Babor
e 1 barz 1 964 p 687) que si se realiza a vaCiacuteo produce cromo del 99-993 de
pureza Tambieacuten se obtiene cromo metaacutelico del 9995 de pureza por la
electroacutelisis de sales de Cr (111) (Kirk y Othmer 1979)
El cromo se encuentra en la corteza terrestre en un 00102 en peso El mineral
maacutes a bundante e s la c ramita (FeCr204 = F eOCr203) que contiene Cr (111) cuya
composicioacuten puede variar por sustituciones isomoacuteficas del Cr (111) y Fe (11) El Cr(VI
solamente se encuentra en la naturaleza como mineral crocorta (PbCr04) y
fenicrocoiacuteta [Pb30(Cr04hJ (Poschenrieder Ch et a11986)
6
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr (111) presenta un comportamiento geoquiacutemico diferente al Cr (VI) ya que los
compuestos del primero generalmente son insolubles y cineacutetica mente muy
estables mientras que el Cr (VI) forma compuestos muy solubles en todo el
intervalo de pH y tiende a reducirse a Cr (111) en medio aacutecido y en presencia de
agentes reductores
El Cr(lIl) a pesar de ser la especie maacutes estable termodinaacutemicamente dependiendo
del pH y temperatura puede transformarse a Cr (VI) aunque bajo condiciones
ambientales la oxidacioacuten no es favorable (Guha et al 2001)
El cromato de sodio anhidro existe en medio baacutesico en forma de cristales
ortorroacutembicos amarillos y funde a 780degC Ademaacutes de esta sal anhidra el cromato
de sodio forma hidratos con 46 y 10 moleacuteculas de agua En soluciones baacutesicas y
a pH superior a 6 el Cro3 forma el ioacuten tetraeacutedrico de color amarillo Cr04 A un pH
comprendido entre 2 y 6 aproximadamente existe un equilibrio entre el HCr04 - y
el ioacuten dicromato Cr07 2- de color rojo a naranja Los equilibrios son los siguientes
Ka 10-6middot20
Ka = 10degmiddot7
Ka 1
Ademaacutes existen los equilibrios correspondientes a la hidroacutelisis baacutesica
Cr20l- + OH- HCr04- + Cr04 2-
HCr04- + OH- Cr04 2- + H20
Los equilibrios que dependen del pH son bastante laacutebiles y por adicioacuten de
cationesmiddot que forman cromatos insolubles por ejemplo 8a2+ Pb2+ Oacute Ag+
precipitan los cromatos en vez de los dicromatos
7
1 PARTE EXPERIMENTAL
112 Aplicaciones industriales
Como todos los compuestos de cromo son coloreados los maacutes importantes son
los cromatos de sodio y potasio (amarillos) y los dicromatos (naranjas) y alumbres
de cromo potasio y amonio (violetas) se utilizan como materia prima para la
fabricacioacuten de colorantes La cromita se utiliza para fabricar materiales
refractarios como ladrillos y moldes ya que tiene alto punto de fusioacuten moderada
dllatacioacuten y es quiacutemicamente estable
Sus sales tambieacuten se usan para la fabricacioacuten de vidrio ya que le imparte un color
verde esmeralda y para fabricar esmaltes ceraacutemicos como inhibidores de la
corrosioacuten y fungicidas oxidantes En el curtido de la piel se utilizaCr(OH)S04 que
se produce reduciendo el cromato de sodio con S02 o cualquier otro agente rico
en electrones E I e r (111) s e u ne a I colaacutegeno d e la p iexclel e impide s u degradacioacuten
bioloacutegica pero la mantiene flexible (Ullmann) Las sales de Cr (VI) por su poder
oxidante tambieacuten se utiliacutezan para cuantificar sustancias reductoras como el Fe (11)
La industria textil utiliza algunas sales de cromo como mordientes compuestos
denominados alumbres que forman hidroacutexidos o oxi-hidroacutexidos sobre el textil y
adsorben de la solucioacuten al colorante impartiendo un color estable y duradero
A continuacioacuten se listan algunos de ellos
Fluoruro de cromo CrF3 que es una sal soluble y de color verde
Sulfato de cromo Cr2(S04h sal de color azul que se obtiene tratando el alumbre
de cromo con aacutecido sulfuacuterico diluido o por reduccioacuten de una solucioacuten sulfuacuterica de
aacutecido croacutemico el cual tambieacuten se emplea en tintura
Sulfito de cromo Cr2(S03h que se obtiene por disolucioacuten del hidroacutexido de cromo
o del alumbre de cromo o del sulfato de cromo en una solucioacuten de aacutecido
sulfuroso Tambieacuten se obtiene este oompuesto cuando se tratan las sales de
cromo antes mencionadas con sulfito soacutedico o bisulfito de sodio o calcio
8
1 PARTE EXPERIMENTAL
El Cr03 es un compuesto fuertemente corrosivo y toacutexico que se emplea en el
proceso de c ramada mientras que e I e ~203 e s u n soacutelido de baja solubifidad de
color verde que se obtiene por calcinacioacuten del diacutecromato amoacutenico Este oacutexido de
Cr (111) se emplea como catalizador en la industria de las pinturas asiacute como para
impartir color a vidrios y porcelana aunque su principal uso es para la obtencioacuten
de cromo metaacutelico El Cr02 es material ferromagneacutetico utilizado para recubrimiento
de la cintas de cassette de cromo ya que responde mejor a los campos
magneacuteticos de alta frecuencia que las cintas convencionales d~ hierron (Fe203)
113 Meacutetodos de produccioacuten de croma tos y dicromatos (Kiacuterk- Othmer
1979)
El cromato y dicromato de sodio son productos industriales que se utilizan en
muacuteltiples procesos y se obtienen de la cromita A partir de estos compuestos se
producen el cromato y dicromato de potasio el dicromato de amonio el aacutecido
croacutemico y varias formulaciones de sulfato croacutemico baacutesicas usadas principalmente
en el curtido de pieles
Para la produccioacuten demiddot cromatos la crom ita -que contiene de un 42 a un 50 de
oacutexido croacutemico (Cr203h se muele hasta obtener polvos aproximadamente de
74um (200 mesh) se mezcla con carbonatos de sodio (Na2C03) y se agrega cal
(CaO) Se introduce en un horno giratorio y se calienta a una temperatura de
2000degF (1 100degC) en atmoacutesfera oxidante El tiempo de tostado depende de las
caracteriacutesUcas de la mena de cromo de Ias proporciones de la mezcla de la carga
del horno y de la temperatura siendo en promedio de aproximadamente 4 horas
La reaccioacuten es la siguiente
Al salir del horno la carga se deja caer por gravedad a un enfriador giratorio y
posteriormente se pasa a una bateriacutea de cajas lixiviadoras de falso fondo con
capacidad para 56 750 kg de material tostado La lixiviacioacuten se efectuacutea con agua a
9
1 PARTE EXPERIMENTAL
contracorriente y se obtiene una solucioacuten casi saturada de Na2Cr04 (= 500 giL)
Una parte del residuo lixiviado se introduce en secadores giratorios y el resto se
desecha El residuo seco se muele hasta que pase por un tamiz de malla 100 y se
adiciona a la mezcla de mineral de cromo y carbonato de sodio El residuo no
utilizado se almacena
Cuando no se adiciona cal a la mezcla inicial la solucioacuten lixiviada de cromato de
sodio contiene aluminato de sodio NaJAI03) y vanadatos Para separar estos
compuestos se pasa la solucioacuten por un filtro para eliminar las partiacuteculas de materia
suspendida y posteriormente se bombea a una bateriacutea de tanques hidrolizadores
de operacioacuten intermitente en donde se agrega lentamente una solucioacuten aacutecida de
dicromato de sodio (Na2CrZ07) Esta sustancia cuando se mezcla con la solucioacuten
baacutesica se convierte en NaZCr04 y se precipita aluacutemina hidratada impura
(Ab03 3HzO) con un g rada mayor d e cristalizacioacuten que cuando se utiliza aacutecido
sulfuacuterieo A continuacioacuten se presentan las reacciones que ocurren
Las velocidades de reaccioacuten son muy diferentes para cada una de las anteriores
reacciones La primera reaccioacuten que es la hidroacutelisis del aluminato de sodio en
solucioacuten fuerte de cromato se efectuacutea muy lentamente y forma un producto
cristalino en cambio ta segunda reaccioacuten del hidroacutexido de sodio (NaOH) con el
dicromato de sodio es casi instantaacutenea por lo que si se antildeade demasiado raacutepido
el dicromato soacutedico se forma un precipitado gelatinoso de aluacutemina amorfa como
se muestra en la siguiente reaccioacuten
10
1 PARTE EXPERIMENTAL
114 Peligrosidad y riesgo del cromo
1141 Funcioacuten bioloacutegica
Este elemento en su estado trivalente se le considera como beneacutefico para todos
los seres vivos ya que ayuda al crecimiento y a la reproduccioacuten y ademaacutes es un
elemento esencial para los mamiferos incluyendo a los humanos pues funciona
como factor de tolerancia de la glucos-a (Mertz 1979 tomado de EPA 1979 p C-
47)
Es un cofactor en la iniciacioacuten de la accioacuten perifeacuterica de la insulina y tambieacuten
desempentildea un papel importante en diferentes reacciones enzimaacuteticas como es el
caso de la actividad tromboplaacutestica y betaglucoronidasa (Langard Norseth 1979
Mertz1969 Huheey JE 1978 p774) En las fracciacuteones purificadas de RNA
tambieacuten se han encontrado cantidades considerables de cromo coordinado
aunque hasta la fecha no se ha podido determinar cual es su funcioacuten (Dupuis y
Benezra 1982)
Sus requerimientos diarios son del orden de 50 a 200l-lg con un valor medio
diario de alrededor de 751-19 (Anderson 1980)
Las fuentes de cromo maacutes ricas son las proteiacutenas animales especialmente se
encuentra en el hiacutegado y carnes Con relacioacuten al consumo vegetal hay que
sentildealar que se encuentra en los almidones pero en menor abundancia que en los
alimentos animales ya que la mayoriacutea de las plantas absorben relativamente poco
cromo del suelo Algunas especies tienen una mayor concentracioacuten en las raiacuteces
(zanahorias y nabos) y algunas en las partes verdes (tomates cebollas y coles)
(Kumupulaiacutenen1992)
En los mamiacuteferos incluyendo a los humanos la deficiencia de cromo puede dar
lugar a una intolerancia a la glucosa o producir neuropatiacutea asiacute como la
disminucioacuten del crecimiento opacidad coacuternea y degeneracioacuten necroacutetica del hiacutegado
(Zielhuis 1981)
11
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los compuestos de coordinacioacuten de Cr(IIl) con moleacuteculas orgaacutenicas se absorben
mejor que las formas inorgaacutenicas por lo que los complementos vitamiacutenicos
contienen picolinato de cromo que es el segundo suplemento nutricional maacutes
popular despueacutes de los suplementos de calcio (Dione et al 2001)
1142 Transporte acumulacioacuten y toxicologiacutea del cromo
Al Cr (111) se le considera relativamente inocuo (Wong 1989 y Katz y Salem 1993)
La baja toxicidad del Cr (111) se debe en general a que sus compuestos son
praacutecticamente insolubles en el intervalo de pH natural 1 lo que controla la
concentracioacuten de esta especie en solucioacuten incluyendo el suelo y cuerpos de agua
Ademaacutes el Cr (111) forma con 6 moleacuteculas de agua un complejo soluble pero que
desde el punto de vista cineacutetico es praacutecticamente inerte (Cotton y Wilkinson 1973
p855)
En cambio el Cr(VI) forma sales oxidantes muy solubles con todos los elementos
a todo lo largo del intervalo de pH con excepcioacuten del cromato de plomo plata y
bario y es altamente toacutexico para la mayoriacutea de los organismos (Cervantes et al
2001) Cabe mencionar que algunas sales del Cr(lIl) de uso industrial como el
sulfato baacutesico de cromo (corrosivo) pueden ser maacutes toacutexicas (Barceloux 19B9) Sin
embargo la diferencia de toxicidad entre ambas especies es muy importante
como lo muestran las dosis de referencia (RfD) Para Cr (111) la US EPA establecioacute
1 mgkgdiacutea mientras que para Cr (VI) 0005 mgkgfdiacutea (Barceloux ibiacutedem)
La toxicidad del Cr (VI) se debe principalmente a su capacidad oxidante antes
mencionada ya que cuando estaacute en contacto con los compuestos orgaacutenicos
esenciales de un organismo (reductores) se consumen electrones pudiendo
1 Como ya se comentoacute el cromo generalmente se encuentra en ei am~iente COmO Cr (IH) formando milerales termodinaacutemicamente
estaMes e insolubles que bajo condklones nornales no representan ninguacuten desga para la biOla
12
1 PARTE EXPERIMENTAL
inhibir un nuacutemero de procesos metaboacutelicos importantes Por ejemplo la siacutentesis
intracelular de ATP el intercambio de fosfoliacutepidos de las membranas y la
reduccioacuten de los iones peroacutexido (De Flora et a11989 Yawata y Tanaka 1973
Hagenfeldt y Arvidsson 1978 )
Los efectos toacutexicos agudos del Cr (VI) pueden aar lugar a un ataque
cardiovascular inmediato y a efectos posteriores sobre rintildeoacuten hiacutegado sistema
nervioso y oacuterganos hepaacuteticos (Barceloux 1999)
las diferencias en toxicidad y comportamiento entre el Cr(llI) y el Cr(VI) se deben
principalmente a I a a Ita solubilidad del a especie h exavalente con a la
insolubilidad de la trivalente lo que causa una diferencia significativa en
dtsponibiliacutedad ya sea en el medio abioacutetico (disponibilidad fiacutesica) o dentro de los
organismos (biodisponibilidad) Estas diferencias tambieacuten generan variaciones en
el grado de absorcioacuten por las diferentes viacuteas de entrada del cromo a los
organismos que son contacto deacutermico ingestioacuten e inhalacioacuten siendo esta uacuteltima
la principal viacutea en la exposicioacuten laboral
La absorcioacuten de los compuestos de Cr (111) es del orden del 01 al 12 mientras
que los Cr (VI) aproximadamente el 2 Se considera que la absorcioacuten media en
el tracto digestivo es del orden del 05 al 3 dependiendo no soacutelo del estado de
oxidacioacuten sino del estado funcional del estoacutemago e intestino (Smith y Blough
1983 paacuteg 491-494)
Uno de los cuadros patoloacutegicos maacutes importantes que produce el Cr es la
dermatitis de contacto donde los compuestos de Cr (VI) penetran en la
piel maacutes raacutepidamente que los de Cr (111) aumentando la velocidad con el
incremento de pH (Gonzaacutelez 1991) Este fenoacutemeno se evita cuando el tejido
afeotado tiene caraacutecter aacutecido ya que el Cr(Vl) se reduce in situ a Cr (111) y se une
fuertemente a determinadas proteiacutenas de las capas superficiales de la piel
formando compuestos de coordinacioacuten muy estables que eliminan el riesgo de
dermatitis y ulceraciones
13
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los otros factores que tambieacuten influyen en el grado de absorcioacuten a traveacutes del
estrato coacuterneo de la epidermis son a abrasioacuten heridas o quemaduras
b) aumento de la hidratacioacuten del estrato coacuterneo e) contacto con disolventes
orgaacutenicos q ue e liminan e I m anta aacutecido g raso de la piel y d) bajo e spesor y alta
difusividad de la capa coacuternea (Rinehart y Gad 1986 pag 696-699)
La interaccioacuten bioloacutegica de Cr (VI) en las partes internas de los organismos
seguida de la reduccioacuten in situ a Cr (111) y la formacioacuten de compuestos de
coordinacioacuten con b iomoleacuteculas es muy importante para la actividad del llamado
factor de tolerancia a la glucosa (FTG)
Las diferencias entre Cr (111) y Cr (VI) tambieacuten inciden en los mecanismos de
transporte y acumulacioacuten en los organismos vivos El Cr (VI) es activamente
transportado a traveacutes de las membranas bioloacutegicas y ya dentro de las ceacutelulas se
reduce a Cr (11) probablemente viacutea la formacioacuten de especies intermedias de
Cr (V) y Cr (IV) En cambio la mayoriacutea de las ceacutelulas no permiten el paso del
Cr (III) (Cervantes et al 2001)
Los complejos de Cr (V) se forman a partir del Cr (VI) por agentes reductores
fisioloacutegicos como 91 NAD(P)H FADH2 pentosas yglutationa (Shi y Dalal 1990a y
1990b) Estos compuestos reaccionan con H202 para generar cantidades
importantes de radicales OH que pueden directamente alterar el ADN y producir
otros efectos toacutexicos
Otros reductores del Cr (VI) son la vitamina C y b12 el citocromo P-450 y la
cadena miacutetocondrial respiratoria El Cr (111) formado puede ser secuestrado por los
grupos fosfatos del ADN afectando los mecanismos de replicacioacuten y transcripcioacuten
y causando mutageacutenesis (Cervantes et al 2001) Tambieacuten el Cr (111) puede
reaccionar con grupos carbonilos y sulfhiacutedrilos de las enzimas causando
alteraciones en su estructura y actividades (Levis y Bianchi 1982) Es posible que
la sustitucioacuten del Ca por Cr (111) sea la causa de las modificaciones de la
polimerasa del ADN y otras enzimas (Cervantes et al op cit)
14
1 PARTE EXPERIMENTAL
Una vez unido a los tejidos el Cr(llI) se encuentra principalmente en sangre
hiacutegado bazo rintildeoacuten tejidos blandos y hueso y por el contrariacuteo no se acumula en el
pulmoacuten La excrecioacuten se produce principalmente por la viacutea del aclaramiento renal y
en menor grado por otras viacuteas maacutes lentas como descamacioacuten de la piel (ceacutelulas
untildeas pelo sudor) bilis y heces Seguacuten ICapellmann y Bolt (1992) el meacutetodo
sencillo de desintoxicacioacuten es medlante la reduccioacuten por aacutecido ascoacuterbico
En el ambiente el Cr (111) forma con el agua compuestos hexacoordinados que
aunque son solubles son inertes y tienden a precipitar bajo las condiciones
normales de pHpe del suelo y cuerpos de agua Inclusive cuando el Cr (111) forma
complejos orgaacutenicos solubles -que de acuerdo a Srivastava et al (1999) son maacutes
disponibles para las plantas que los compuestos inorgaacutenicos- hay otras barreras
que posiblemente impiden que el Cr (110 sea absorbido como es el alto potencial
de la reduccioacuten del Cr (111) a Cr (11) que de acuerdo a Cary et al (1977) es la
especie que puede entrar y translocarse a las partes aacutereas de las plantas
Una vez que el cromo traspasa la barrera radicular tambieacuten hay diferencias entre
el Cr(lll) y el Cr(VI) ya que este uacuteltimo se absorbe transporta y acumula en
mucho mayor cantidad que el primero (Zayed et al 1998) Esto posiblemente se
debe a que el Cr (VI) como es soluble es transportado por el xylem mientras el
Cr (111) es retenido en las paredes (vessel walls) por interacciones similares a las
del (Skeffington et al 1976) Sin embargo el grado de translocacioacuten dentro
de la planta es muy limitado ya que la mayor parte se acumula en las raiacuteces (10 a
100 veces que en otros tejidos) posiblemente por fenoacutemenos de precipitacioacuten
En conclusioacuten la baja solubilidad la estabilidad cineacutetiacuteca de los compuestos de
coordinacioacuten del CrlII) con moleacuteculas de agua y oxhidrilos e inclusive la
reduccioacuten del Cr(VI por la materia orgaacutenica y la consecuente inmovilizacioacuten como
complejos de Cr(III) explican que hasta hoy no se haya reportado ninguacuten caso de
toxicidad por Cr (II) asociados a suelos y cuerpos de agua contaminados Incluso
la EPA (1979 p C4) puntualiza que la dieta estadounidenses es potencialmente
15
1 PARTE EXPERIMENTAL
deficiente en cromo por lo que un incremento artificial en la absorcioacuten de este
elemento puede ser beneacutefico
El riesgo ambiental quizaacute maacutes importante es el relacionado a la contaminacioacuten con
Cr(VI) de cuerpos de agua o suelos baacutesicos pues bajo esas condiciones no s e
reduce y se mantiene soluble y oxidante Los casos de intoxicacioacuten generalmente
estaacuten asociados al riesgo laboral por contacto con Cr (VI)
1143 Factores de riesgo
Ocupacional
Auacuten cuando se han establecido liacutemites ocupacionales de exposicioacuten para la
presencia de cromo en el ambiente sus variadas formas de presentacioacuten quiacutemica
pueden hacer variar el riesgo efectivo para la salud que representa la exposicioacuten
Para cromo y sus sales solubles
TWA 05 mgl m3 (OSHA)
TWA 0025 mg m3 (NIOSH)
STEL 005 mgl m3 (ACG1H)
El establecimiento de un valor liacutemite para el aire de los ambientes de trabajo no
implica que con concentraciones por debajo de este valor no se produzcan efectos
adversos en los expuestos sino que dicho valor debe considerarse como guiacutea o
referencia para proteger a los trapajadores
Las manifestaciones subagudas y croacutenicas de la exposicioacuten a los derivados de
cromo incluyen la afectacioacuten de distintos oacuterganos y sistemas tales como
Piel y mucosas El peligro del contacto cutaacuteneo con compuestos de cromo
hexavalente se derivan fundamentalmente en los trabajadores de la construccioacuten
produciendo uacutelceras cutaacuteneas y del septo nasal y en especial por su afta
frecuencia dermatitis de contacto aleacutergica (Tronnier y Turck 1968)
16
1 PARTE EXPERIMENTAL
Sistema respiratorio Este tipo de riesgo deriva en la mayoriacutea de tos casos de la
inhalacioacuten del polvo y humos procedentes de la fabricacioacuten del dicromato a partir
del mineral de cromita Tambieacuten puede deberse a la inhalacioacuten de nieblas de aacutecido
croacutemico durante el proceso de cromado y revestimiento de superficies metaacutelicas
La inhalacioacuten de estos polvos puede provocar dantildeos en el aparato respiratorio
como irritacioacuten fariacutengea tos sensacioacuten de dolor bronquitis croacutenica rinitis croacutenica
perforacioacuten del septo nasal y ocasionalmente siacutenusitis y papilomas (Srivastava et
al 1992) En algunos casos se puede presentar sensibilizacioacuten al cromo al igual
que con el niacutequel y cobalto que traen como consecuencias crisis de asma agudo y
dermatosis aleacutergica al contacto con el compuesto No todas las personas
sensibilizadas presentan los siacutentomas aunque pueden llegar a exhibirlas al
aumentar el contacto Este tipo de exposicioacuten ademaacutes de las lesiones cutaacuteneas
tambieacuten puede producir lesiones en los ojos tales como conjuntivitis queratitis y
ulceraciones (Moacuteller 1986) Se han identificado como canceriacutegenos pulmonares al
cromato de calcio estroncio y plomo asiacute como al aacutecido croacutemico y los dicromatos
alcalinos Generalmente el caacutencer de pulmoacuten aparece tras 15 a 20 antildeos de
exposicioacuten a cromatos Sin embargo no parece existir riesgo en la poblacioacuten
general por exposicioacuten ambiental al cromo (Langard 1980) Este tipo de lesioacuten
maligna es el uacutenico efecto a largo plazo confirmado de la exposicioacuten profesional al
cromo entre los trabajadores que participan en loS procesos de obtencioacuten de
dicromatos a partir del mineral de cromita
Rintildeoacuten Recientemente se han publicado varios casos de toxicidad inducida por
cromo en trabajadores expuestos a lluvias de aacutecido croacutemico y cromo soluble
hexavalente de los humos de soldaduras Tambieacuten se ha descrito un casos de
afeccioacuten renal por cromo (Soto 1966)
Aparato digestivo Se ha demostrado que el cromato de zinc posee capacidad de
desarrollar caacutencer gaacutestrico
La exposicioacuten laboral se considera peligrosa cuando las concentraciones de
cromo en la atmoacutesfera oscilan entre 01 y 5 mgm3 (Gil up set) niveles que
17
1 PARTE EXPERIMENTAL
pueden existir en plantas en la fabricacioacuten de productos de dicromato en la
industria quiacutemica en metalurgia en el trabajo con productos refractarios en la
industria del cromado y en las operaciones de soldadura Las concentraciones de
cromo e n e I a ire urbano s uelen encontrarse h abftualmente en cifras inferiores a
50 ngm~ salvo en las proximidades de los puntos de emisioacuten que pueden llegar a
80 iexcliexclglm3 En aacutereas alejadas encontramos cantidades desde 03 hasta 2 ngm3 y
en el medio rural estas cifras suelen ser generalmente menores a 10 ngm3
Entre las medidas maacutes usuales de prevencioacuten estaacuten las normales de ventilacioacuten y
extraccioacuten de polvos humos y nieblas en el lugar de trabajo y los exaacutemenes
meacutedicos perioacutedicos Actualmente y seguacuten las distintas publicaciones se acepta
que para una poblacioacuten sana no expuesta a los compuestos de cromo la
concentracioacuten de este elemento en suero y plasma debe presentar un valor
maacuteximo de 015 iexclJglL de cromo y de 004 iexcliexclgL en orina Como indicador de
exposicioacuten se utiliza uacutenicamente el cromo detectado en orina establecieacutendose en
la poblacioacuten expuesta en una cifra no superior a 150 iexclJgL
Por uacuteltimo se puede destacar que el riesgo maacutes frecuente para la salud puacuteblica es
el contacto a traveacutes de la piel y la sensibilizacioacuten cutaacutenea que se produce a los
compuestos de Cr (VI) que se reducen ya en la piel a Cr(III) afectando entre el 8
yel 15 de la poblacioacuten (Versiek et al 1978)
Factores de riesgo ambientales
El establecimiento de los liacutemites ambientales generales esta de acuerdo con las
concentraciones que se han verificado en varias partes del mundo y con las cuales
no se han detectado efectos en la saacutelud de la poblacioacuten expuesta A diferencia de
los liacutemites ocupacionales que han sido objeto de frecuentes estudios de diferente
naturaleza y de constantes evaluaciones los liacutemites ambientales generales
todaviacutea necesitan de mayores evaluaciones por lo que un futuro pueden sufrir
modificaciones
18
1 PARTE EXPERIMENTAL
Los valores liacutemites establecidos para cromo en el ambiente general son los
siguientes
Aire urbano 50 ngm3
Agua de riacuteo 10 iexcltgm3
Agua de oceacuteanos 5 ugm3
Agua potable 005 mgL (OMS)
Suelo mgKg en promedio aunque puede aumentar hasta 250 mgKg (no existe
un liacutemite preciso)
Hoy en diacutea existe cromo en sus diversas formas en todas las ramas industriales en
mayor o menor cantidad asiacute como en muchos productos de uso domeacutestico De
igual forma se pueden hallar en el ambiente y en la alimentacioacuten pequentildeas
cantidades
Fuentes naturales
El cromo se encuentran en distinta proporcioacuten en la naturaleza En los suelos no
contamInados las concentraciones de Ct (111) variacutean desde niveles vestigiales
hasta 3000-4000 mgkg en suelos serpentiniacuteticos con valores promedios de 100 a
300 mgkg (Aubert y Pinta 1977) En las aguas se encuentra por lo general Cr (trl)
en concentraciones que oscilan de 1 a 10 flgL en aguas superficiales y menos de
2 a 3 flgL en aguas potables (Gil et al 1995)
Fuentes industriales
Metalurgia con el 57 de consumo
Industria quiacutemica con un consumo del 27 a partir del mineral de cromo
Industria de refractarios con el 16 del consumo para el revestimiento de hornos
de alta temperatura
19
1 PARTE EXPERIMENTAL
Fuentes domeacutesticas
Junto a la exposicioacuten de origen industrial existe una exposicioacuten individual en las
casas habitacioacuten y los servicios especialmente al dicromato potaacutesico que
determina en la mayoriacutea de los casos la aparicioacuten de dermatitis de contacto
adquirida a traveacutes del uso de muacuteltiples objetos de uso domeacutestico como es el caso
de guantes o zapatos de piel Otros productos tambieacuten han originado este cuadro
dermatoloacutegico como ocurre con el foacutesforo sustancias antioxidantes barnices
pinturas amarillas y gomas con cromato cremas de afeitado y lociones articulos
de cuero tintado al cromo pintura amarilla o naranja gomas de pegar etc (Garciacutea
et al 1963)
Especial intereacutes lo tiene sin duda el contenido de cromo en los productos de
limpieza de uso domeacutestico que llegan a ser de hasta un O3mgL
fundamentalmente en las lejiacuteas y detergentes liacutequidos cifra muy alta en
comparacioacuten con el contenido de este metal en los cementos El origen de metales
como son cromo y niacutequel en los productos de limpieza es incierto y podriacutea tratarse
de una liberacioacuten a partir de la maquinaria empleada para su fabricacioacuten (Garciacutea
et al 1963)
12 Composicioacuten y origen de los residuos con Cr (VI) en estudio
121 Descripcioacuten del proceso generador
Los insumas utilizados por la empresa en estudio para la produccioacuten de cromatos
fueron cromitacal y carbonato de sodio La proporcioacuten tiacutepica de la mezcla fue
25 cromita 15 carbonatos 12 cal y 48 del residuo recirculado del primer
paso
Las etapas del proceso fueron
Acondicionamiento de la materia prima En este paso se realizaron operaciones de
cribado secado y molienda de la cromita a 74 micras en un molino de bolas
20
1 PARTE EXPERIMENTAL
Mezcla Dosificacioacuten de la cromita e incorporacioacuten del carbonato de sodio cal y
residuo
Calcinacioacuten Se realizaba en un horno rotatorio en presencia de aire y a una
temperatura entre 1100-1200degC El tiempo de residencia promedio era de 4 horas
Los combustibles usados en los hornos contieneniacutean azufre La cal se adicionaba
para aumentar la velocidad de calcinado y para convertir la aluacutemina y la siacutelice del
material a aluminatos y silicatos solubles
La reaccioacuten global del proceso de formacioacuten del cromato es
--~ 2
Enfriado Se enviaba la carga a un enfriador giratorio para reducir la temperatura a
aproximadamente BOQoC
Separacioacuten del cromato Se colocaba el soacutelido obtenido en cajas lixiviadoras de
fondo falso y se bombeaba agua para solubilizar el cromato obtenieacutendose una
solucioacuten de cromato de sodio que conteniacutea aproximadamente 500gL de cromato
oacutexido y aluminato de sodio a un pH cercano a 13
Lavado Adicioacuten de H2S04 para bajar el pH y formar un precipitado de aluacutemina
que posteriormente se filtra con siacutelice
Proceso huacutemedo Acidificacioacuten que se realizaba para producir bicromato y sulfato
de sodio
Cristalizado Enfriado del licor de cromo El bicromato se cristalizaba y se
separaba por centrifugacioacuten produciendo aguas madres se agregaba HzS04 para
producir aacutecido croacutemico en hojuela Finalmente se adicionaba melaza para
producir sulfato baacutesico de Cr (111) en licor de cromo
Almacenamiento Se embalaba los productos de Cr(VI) y Cr(lIl) en bolsas de
poliacuteetileno selladas para su posterior venta y se almacenaban en naves
separadas
21
1 PARTE EXPERiMENTAL
122 Caracteriacutesticas de los residuos
La empresa generaba aproximadamente 4 200 toneladasmes (UNAM 1992) del
residuo en el proceso de extraccioacuten cuya composicioacuten es la siguiente
Humedad
En el proceso de lavado se generaron residuos de aluacutemina con una tasa de 3 000
toneladasantildeo con la siguiente composicioacuten
CUADRO 12 Composicioacuten del segundo residuo proveniente del lavado
214 1~------------------------+-~-----------------------11
52
i 425
Los residuos de aluacutemina se almacenaron en sacos de plaacutestico de calibre de 800 a
50 kg conteniendo cerca de 17000 toneladas y fueron depositadas en un
22
1 PARTE EXPERIMENTAL
contenedor recubierto con una membrana plaacutestica de polietileno calibre 1000
resistente a la radiacioacuten UV con drenaje para colectar los lixiviados que se enviacutean
a una planta de tratamiento
1 23 Propuesta general para el manejo de los residuos
Estabilizacioacuten y fabricacioacuten de ladrillos (Premio Nacional SERFiacuteN del Medio
Ambiente 1990)
En la 1990 se propuso un meacutetodo general de trabamiento desarrollado para las
aproximadamente 75000 toneladas de residuos de la empresa Cromatos de
Meacutexico SA que en 1982 cuando la empresa ya habiacutea sido cerrada fueron
ubicados en un cementerio sin proteccioacuten que ha permitido la lixiviacioacuten del cromo
hacia el acuifero
Los anaacutelisis efectuados en los residuos confinados clasifICan con base a su
composicioacuten tres tipos de residuos tipo 1 rico en sulfato de sodio cromato de
potaslo y procede de las tinas de lavado tipo 11 alto contenido en cromita rico en
aluminio y hierro originado en los hornos y tipo 111 que contiene arcillas siacutelice y
carbonatos
El proceso de estabilizacioacuten del residuo consiste en una reduccioacuten de cromo
hexavalente a cromo trivalente una especie estable termodinaacutemicamente y poco
soluble mediante el uso de aacutecido residual generado por una industria metalshy
mecaacutenica ubicada en la vecindad del cementerio de cromatos que baacutesicamente
contiene aacutecido sulfuacuterico y sulfatos de hierro 11
El procesQ de estabilizacioacuten consiste en las siguientes etapas molido del residuo
disolucioacuten parcial adicioacuten del aacutecido residual hasta un pH de 2 adicioacuten de cal hasta
lograr un pH de 85 filtracioacuten secado al aire del soacutelido formado evaporacioacuten del
filtrado y cristalizacioacuten del sulfato de sodio
23
-
1 PARTE EXPERIMENTAL
La estabilizacioacuten reduce el cromo hexavalente a cromo trivalente la adicioacuten de cal
aumenta el pH y precipita al cromo en forma de sulfato croacutemico Cr2(804h e
hidroacutexido u oacutexido hidratado de cromo 111 Cr(OH)s Una vez estabilizado el material
puede ser utilizado para la fabricacioacuten de ladrillos
Este proceso fue adecuado para tratar los residuos de Quiacutemica Central pudiendo
lograr que el proceso se realice mezclando tres residuos y sin generar ninguacuten
efluente (LAFQA UIJAM) El proceso tambieacuten permite utilizar agentes reductores
complementarios como son el 802 o sales de Fe(ll) Lo maacutes complejo del proceso
fue lograr el control del mismo ya que los residuos presentan composiciones
variables a traveacutes del tiempo y del espacio que ocupa en los depoacutesitos Asimismo
el poder minimizar el impacto sobre el ambiente
Las operaciones unitarias involucradas en este proceso son las siguientes
Molienda del material reduccioacuten en un reactor agitado con aacutecido sulfuacuterico y agente
reductor que puede ser un residuo o una materia prima como el anhiacutedrido
sulfuroso deposito del material tratado en una fosa de descarga y el deposito del
material seco que ya no es peligroso en un aacuterea de confinamiento o a la planta
para producir ladrillos semirefractarios
13 Aspectos legales del control de los residuos peligrosos
En Meacutexico los residuos peligrosos son regulados de manera especIfica por la Ley
General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA publlcada
en el Diario Oficial de la Federacioacuten Conforme al artiacuteculo 143 de la LGEEPA que
entroacute en vigor en marzo de 1988 INE 1996)
El Reglamento de la Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al
Ambiente en Materia de Residuos Peligrosos -que en orden jeraacuterquico tiene un
rango menor a la LGEEPA pero superior a las normas- plantea procedimientos de
regtstro e informacioacuten obligatorios para todo sujeto responsable de la generacioacuten
asiacute como los lineamientos de manejo y disposicioacuten final importacioacuten y exportacioacuten
de los mismos Este reglamento es de observancia en todo el territorio nacional y
24
1 PARTE EXPERIMENTAL
su aplicacioacuten compete a la Federacioacuten a traveacutes de la Secretariacutea de Medio
Ambiente Recursos Naturales (INE op cit)
La Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (LGEEPA)
define como materiales peligrosos a
Elementos sustancias compuestos residuos o mezclas de ellos que
independientemente de su estado fiacutesico representen un riesgo para el ambiente
la salud o los recursos naturales por sus caracteriacutesticas corrosivas reactivas
explosivas toacutexicas inflamables o bioloacutegico-infecciosas
En el caso de los residuos quiacutemicos peligrosos como lo indica la Figura 11 eacutestos
se generan en la fase final del ciclo de vida de los materiales peligrosos cuando
quienes los poseen los desechan porque ya no tienen intereacutes en seguirlos
aprovechando Es decir se generan al desechar productos de consumo que
contienen materiales peligrosos al eliminar envases contaminados con ellos al
desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumas de procesos
productivos (industriales comerciales o de servicios) o al generar subproductos o
desechos peligrosos no deseados en esos procesos
Fig 11 Ciclo de vida de los materiales peligrosos
La Norma Oficial Mexicana NOM-052-ECOU93 establece las caracteriacutesticas de
los residuos peligrosos y el listado de los mismos asiacute como los liacutemites que hacen
25
1 PARTE EXPERIMENTAL
a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente De acuerdo con esta norma
los residuos de la produccioacuten de pigmentos y compuestos de cromo asiacute como sus
derivados constituyen un residuo peligroso (Diario Oficial de la Federacioacuten 1993)
La Norma Oficial Mexicana NOM-053-ECOL93 establece el procedimiento para
llevar a cabo la prueba de extraccioacuten para determinar los constituyentes que
hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente (PECT) Esta norma
tambieacuten establece que la concentracioacuten de cromo hexavalente no debe ser
superior a 50 mgL en el extracto aacutecido
En la siguiente escala del marco juriacutedico se encuentran las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) en materia de residuos peligrosos (Tabla 3)
26
1 PARTE EXPERIMENTAL
Cuadro en Materia de Residuos Peligrosos
CLAVE DE LA NORMA FECHA ioESCRIPCIOacuteN
Que establece las caracteriacutesticas de los residuumlos peligrosos el listado
~ltOM-052-ECOL-1993 1221101 de los mismos y los limites que hacen a un residuo peligroso pcr su
iexcltoxicidad al ambiente
IQue establece el procedimiento para determinar la mcompaibiacutelidac
NOM-054-ECOL -1993 122101993 entre dos o maacutes residuos considerados como peligrosos por la Normc
IOficial Mexicana NOM-052-ECOL-iacute993
iexclQue establece los requlsttos que deben reunir los sitios destinados a
~mM-055-ECOL -1993 2211011993 confinamiento controlado de residuos peligrosos excepto de lo
radioactivos
Que establece los requisitos para el diseliacuteo y construccioacuten de las obra
NOM-056-ECOL-1993 221101993 complemeniacutearias de un confinamiento controlado de residuo
peligrosos
i Que establece los requisitos que deben observarse en el disentildeo
INOM-057 -ECOL -1993 22101993 construccioacuten y operacioacuten de celdas de un confrnamiento controlade
para residuos peligrosos
NOM-058-ECOL-1993 221011993 Que establece iacuteos requisitos para la operacioacuten de un confinamientc
Icontrolado de residuos peligrosos
IQue establece los requisitos que deben reunir los sitios que destinaraacuter
PROY-NOM-055-ECOL-1996 11121996 para un confinamiento controlado ya la instalacioacuten de centros
integrales para el manejo de residuos industriales peligrosos
Especificaciones para la construccioacuten y reconstruccioacuten asiacute como 1m
NOM-024-SCT2iacute2002 220412003 meacutetodos de prueba de los envases y embalajes de las substancias
materiales y residuacuteos peligrosos
jPROY-NOM-052-ECOL-2001 26072002 Que establece las caracteriacutesticas el procedimiento de identificacioacuten
clasificaciexcloacuten 1 el lisIado de 10$ residuos peligrosos
Fuente Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretaria de Economiacutea 2003
27
2 PARTE EXPERIMENTAL
2 PARTE EXPERIMENTAL
21 Planeacioacuten
En esta primera e tapa s e planearon las actividades del laboratorio para obtener
informacioacuten sobre las condiciones de desorcioacuten del Cr (VI) del residuo soacutelido con
agua considerando que el proceso debe ser econoacutemicamente viable y
ambientalmente aceptable P ara lo cual las condiciones de reaccioacuten obtenidas
con b ase en I a experimentacioacuten deben permitir utilizar equipo de b ajo costo y
seguro reducir el gasto de energiacuteas teacutermica y cineacutetica usar reactivos de bajo
costo y de menor toxicidad y establecer sistemas de control simples
En la Figura 2 se presenta un diagrama de la planeacioacuten en la cual se muestran
las actividades realizadas y sus interrelaciones
22 Seleccioacuten y tratamiento de (as muestras
Se tomaron 8 muestras del depoacutesito de residuo rico en aluacutemina seleccionadas
con base en la informacioacuten del personal de la planta y la accesibilidad al sitio de
disposicioacuten2 Las muestras se embalaron en bolsas de polletiacuteleno de alta
densidad se etiquetaron y se transportaron al laboratorio en donde se registraron
se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron en un ambiente seco
Posteriormente cada muestra se homogenizoacute a traveacutes de un proceso de cuarteo y
se preparoacute una muestra compuesta de aproximadamente 8 kg mezclando 1 kg de
cada una La muestra compuesta se secoacute a 100degC durante 24 horas se molioacute en
un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (50 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para
realizar los experimentos conservaacutendose en bolsas de polletileno en un ambiente
2 El muestreo fue realizado por personal de la planta y los factores considerados para la toma de
muestra aparte de la accesibilidad fueron a) tiempo de depoacutesito exposicfoacuten al ambiente nivel de
contaminacioacuten (mezcla con olros residuos)
28
2 PARTE EXPERIMENTAL
seco (el tratamiento de las muestras se realizo de acuerdo a la norma ISO 11464
Pre-tratamiento de muestras para los anaacuteltsis fiacutesicos y quiacutemicos)
Fig 21 Diagrama del Plan General de Trabajo
Caracterizacioacuten del residuo
Desarrollo de pruebas
Seleccioacuten de las condiciones de recuperacioacuten de crom o
Propuesta del proceso (Diagrama de flujo)
iquestSe puede llevar a planta
S eleccioacuten y especificacioacuten de equipo LAYOUT
29
No
2 PARTE EXPERIMENTAL
23 Caracterizacioacuten del residuo
231 Paraacutemetros generales
Este tipo de residuo generado durante la precipitacioacuten de la aluacutemina en la
produccioacuten de cromatos a partir de cromita3 de acuerdo a Mellado (2002) contiene
ademaacutes de aluacutemina algunos cromatos vanadatos y vestigios de los minerales que
no reaccionaron durante la oxidacioacuten teacutermica como son la cromita algunas
arcillas y siacutelice
232 Contenido de Cr (VI)
Para extraer el Cr (VI) de la matriz soacutelida se utiliacutezaron dos meacutetodos a) el meacutetodo
3060 A de la EPA (Agencia de Proteccioacuten Ambiental de los EEUUA) y una
extraccioacuten por ultrasonido Las pruebas se realizaron por duplicado En cada
grupo de pruebas adicionalmente se analizoacute una muestra que se preparoacute con 10 g
de residuo y 1 mi de 500 mg de Cr (VI)L
En el meacutetodo 3060 A de la EPA el 1 Cr (VI) se recupera mezclando 2 9 de
sedimentos lodos o suelos con 50 mL de una solucioacuten de carbonato e hidroacutexido
de sodio (pH = 13) Y c alentando a 90degC Posteriormente se digiere el extracto
adicionando HN03 concentrado y calentando hasta evaporacioacuten Posteriormente
el liquido obtenido se filtra y se afora a 100 mL con agua para la posterior
cuantificacioacuten de Cr (VI)
La extraccioacuten por ultrasonido se realizoacute en un equipo BRANSON La muestra se
mezcloacute con agua en una relacioacuten de 15 (masavolumen) Se prepararon 6 lotes de
residuo con 10 9 cada uno y se sometieron a ultrasonido a los siguientes tiempos
de operacioacuten 1030 Y 60 minuto Se filtraron utilizando papel Whatman nuacutem 40 y
se aforaron a un volumen final de 100 mL
3 La cromita es una espinela de Cr(lIl) de muy baja solubilidad y presenta baja reactividad
mientras que el ero mato es un oxianioacuten con CrVl) muy soluble
30
2 PARTE EXPERIMENTAL
En ambas extracciones se cuantificoacute el Cr (VI) por polarografia y
espectrofotometriacutea Para lo cual se preparoacute un estaacutendar de 1 000 mgl con
dicromato de potasio Merck grado analiacutetico y a partir del mismo se preparoacute un
estaacutendar de 100 mgl y por diluciones sucesivas las curvas de calibracioacuten de 001
a 01 mgL El dicromato usado para la preparacioacuten de estaacutendares se secoacute durante
8 horas a 110degC los extractos de las muestras se diluyeron de tal manera que la
intensidad de corriente medida correspondiera al intervalo de medicioacuten
los meacutetodos se describen en el Apeacutendice A
24 Experimentos de extraccioacuten
241 Condiciones generales para la recuperacioacuten de cromo
En primer teacutermino se seleccionoacute el agua como extractan te y una velocidad de
agitacioacuten de alrededor de 250 rpm considerando que son condiciones posibles de
lograr con el equipo existente en la planta industrial en donde seacute va a tratar el
residuo y ademaacutes evitan el uso de reactivos quiacutemicos lo cual se traduce en
menores costos ya sea desde el punto de vista ambiental o econoacutemico
242 Meacutetodos de cuantificacioacuten
la cuantificacioacuten del Cr (VI) se realizoacute inicialmente por polarografiacutea (Meacutetodo EPA
3060-A) Y mediante espectrofotometriacutea UV-visible (Meacutetodo EPA 7196Ashy
colorimetriacutea) No se observaron diferencias entre los meacutetodos a pesar de que la
colorimetriacutea es un meacutetodo que presenta muchas interferencias cuando se utiliza
en residuos posiblemente por la ausencia en la matriz de materia orgaacutenica y otros
metales transicionales como el hierro que incrementa o reduce la sentildeal del cromo
en UV dependiendo s i forma pares i oacutenicos o reacciona con la difenil carbacida
(Gutieacuterrez et al)
Considerando que el meacutetodo calorimeacutetrico es maacutes raacutepido y de menor costo que el
polarograacutefico y sobre todo a que su liacutemite de deteccioacuten es maacutes alto lo que el
reduce el nuacutemero de diluciones necesarias se dejoacute de utilizar la Polarografiacutea
31
uiexcliexcl I
middot 2 PARTE EXPERIMENTAL
243 Descripcioacuten de los experimentos
En matraces de 120 mL se pesaron 5 lotes de 10 g de residuo
agregando los siguientes voluacutemenes de agua corriente 15 20 25 30 Y 50 mL
respectivamente El pH de la extraccioacuten fue de = 82 debido a la presencla de
sulfatos en el residuo Las muestras se agitaron en un equipo orbital durante 90
minutos despueacutes se rtaltgtrrn sedimentar durante otros 90 minutos y en el liacutequido
decantado se determinoacute la concentracioacuten de Cr (VI)
Tiempo de extraccioacuten de Cr (VI)
En matraces Erlenmeyer se prepararon 10 lotes de residuo de 10 g cada uno con
50 mL de agua destilada Los matraces se agitaron durante O 05 1 152 25 3
35 4 Y 5 horas Posteriormente se sedimentaron durante 90 minutos y se
cuantificoacute el Cr (VI) en el decantado
Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
Se probaron los siguientes valores de pH en el extracto 02 24 457294 116
Y 135 adicionando HZS04 o NaOH Se prepararon 14 lotes del residuo para
realizar el experimento por duplicado colocando 5 9 de residuo en vasos de
precipitados de 100 mL y agregando 25 mL de solucioacuten extractante (ver apeacutendice
A)
2 44 Efecto de la fuerza joacutenica
El residuo contiene altas concentraciones de sales solubles especialmente
sulfatos y carbonatos de sodio En estas pruebas se busca evaluar el efecto de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten en la eficiencia de la extraccioacuten de cromo
ya sea por competencia o por la disminucioacuten del coeficiente de actividad Esto es
la actividad de un ioacuten soluble por ejemplo cromatos es constante si no cambia la
temperatura ni la presioacuten La actividad es igual a la concentracioacuten del Ioacuten
multiplicado por el coeficiente de actividad
32
2 PARTE EXPERIMENTAL
[actividad] (coeficiente de actividad) (concentracioacuten) y a
Si aumenta la concentracioacuten de iones en una solucioacuten (fuerza joacutenica) lo cual se
puede medir mediante la conductividad eleacutectrica disminuye el coeficiente de
actividad por lo que aumenta la concentracioacuten del elemento en la solucioacuten de
forma de mantener el valor de la actividad constante (Castellan GW 1987) De
acuerdo a Langmuir et al (1999) si y disminuye de valor cuando aumenta la fuerza
ioacutenica la concentracioacuten de cromatos en la solucioacuten debe aumentar producieacutendose
una sobresaturacioacuten
Ademaacutes del efecto de solubilizacioacuten de los cromatos por el aumento de la
concentracioacuten de iones en la solucioacuten el carbonato de sodio es una sal baacutesica que
aumenta el pH lo que tambieacuten aumenta la desorcloacuten de cromatos por
competencia de los OH-o
--- 2 Na+ac + HC03- + OHshy
H2C03 + OH-
OH- + +
Aunque de acuerdo a las anteriores reacciones se infiere que a mayor pH mayor
desorcloacuten de cromatos no conviene subir el pH por arriba de 12 para controlar la
solubillzacioacuten del aluminiexclo ya que es un metal anfoacutetero
Elltperiacutemento 1
Se prepararon 50 mL de soluciones con carbonato de sodio sulfato de sodio y
cromato de sodio a las siguientes concentraciones 02 20 Y 25 wv
Determinando el pH y la conductividad eleacutectrica de estas soluciones
Se tomaron 9 lotes de residuo de 5 g cada uno y agregamos 25 mL de las
soluciones salinas respectivamente Las muestras se agitaron durante 60 minutos
Y 250 rpm
El contenido de Cr (VI) extraiacutedo se determinoacute por UV-Visible
n
2 PARTE EXPERIMENTAL
Experimento 2
Se prepararon 9 soluciones de NaCl Na2Cr04 y Na2C03 con las siguientes
fuerzas Joacutenicas 05 10 Y 30 midiendo la conductividad eleacutectrica y aplicando la
siguiente ecuacioacuten
1
donde I es la fuerza ionica Zj es la carga del ion l y Cj su concentracioacuten
Tambieacuten se midioacute el pH y la concentracioacuten de Cr(VI) por Espectroscopia de UVshy
Visible
Se prepararon mezclas de 5 g de residuo con cada una de las 9 soluciones
preparadas de acuerdo a lo sentildealado en el paacuterrafo anterior en una relacioacuten 15
(soacutelido solucioacuten) Se agitaron durante 1 h a 250 rpm y posteriormente se dejaron
sedimentar durante 1 Yz h luego de lo cual se separoacute la fase acuosa por
decantacioacuten para determinar el pH conductividad eleacutectrica y contenido de Cr(Vl)
mediante Espectroscopia de UV-Visible
Experimento 3
Se midioacute la liberacioacuten de cromatos a pH constante utilizando las tres soluciones
de carbonato de sodio con las que se recuperaron las mayores concentraciones
de cromatos en el experimento 2 El pH se mantuvo constante (aproximadamente
85) mediante una solucioacuten amortiguadora de fosfatos
245 Extracciones secuenciales con agua
Se realizaron pruebas de extracciones secuenciales con agua para simular el
proceso de recirculacioacuten del extractante en la planta piloto cuyo objetivo es
reducir el consumo de agua limpia utilizando las condiciones que liberaron la
mayor cantidad de cromatos (seccioacuten 2 44) En estos experimentos no se
controloacute el pH el cual fue determinado por la composicioacuten de cada material con el
fiacuten de simular las condiciones pOSibles de aplicar en una planta piloto
34
2 PARTE EXPERiMENTAL
En 3 matraces se pesaron 3 lotes de residuo de 10 g cada uno Al primer lote se le
adicionaron 50 mL de agua destilada (relacioacuten 1 5 soacutelido-extractante) La mezcla
se agitoacute durante 1 h Y se dejoacute sedimentar 112 h El sobrenadante obtenido se
agregoacute al segundo lote de residuo adicionando agua destilada hasta completar el
volumen de la relacioacuten original (1 5 soacutelido-extractante) y el sobrenadante de esta
segunda operaciacuteoacuten se adicionoacute al tercer lote completando el volumen de 50 mL
con agua destilada En el sobrenadante final se determinaron el cromo
hexavalente por UV visible la conductividad eleacutectrica y el pH
24 6 Extracciones con solucioacuten salina
Ademaacutes del residuo rico en aluminio y cromatos en la planta hay
aproximadamente almacenados 450 000 toneladas de otro residuo que se generoacute
en los hornos de oxidacioacuten de la cromita Estos desechos son ricos en carbonatos
de sodio materia prima que se agrega a la cromita para facilitar la oxidacioacuten de la
misma (Garciacutea 1998) y conforma una excelente fuente de carbonatos de sodio
para preparar una solucioacuten extractante de alta Conductividad y con un pH baacutesico
(de 8 a 10)
Para el experimento se utilizaron 1 parte en peso de residuo rico en aluacutemina (5 g)
x 4 partes en peso de residuo de los hornos (1 3 5 7 g) x 1 volumen de agua (25
mL) x 1 tiempo de agitacioacuten (1 hora) x 1velocidad de agitacioacuten (250 rpm) x
2 repeticiones = 8 soluciones
En cada solucioacuten se determinoacute el contenido de cromatos el pH y la conductividad
eleacutectrica
247 Extracciones secuenciales con solucioacuten salina preparada con
residuos ricos en carbonatos
Se realizaron extracciones secuenciales usando como fuente de sales el residuo
rico en carbonatos de sodio (procedente de los hornos) De los resultados de los
experimentos descritos en la seccioacuten 246 se seleccionaron las condiciones de
35
2 PARTE EXPERiMENTAL
extraccioacuten 5 9 de residuo rico en cromatos y aluacutemina 5 9 de residuo rico en
carbonatos 25 mL de agua destilada 1 hora de agitacioacuten a 250 rpm y 112 h de
sedimentacioacuten
Se prepararon 3 rotes con [os residuos soacutelidos se adicionoacute al primero 25 mL de
agua y se procesoacute bajo las condiciones antes descritas El sobrenadanfe se
adicionoacuteai segundo lote completando el volumen con agua destilada (relacioacuten
15) se repitioacute la operacioacuten y el sobrenadante se adicionoacute al tercer lote ( Fig 21 )
La solucioacuten final de la primera secuencia de extraccioacuten se conservoacute para analizar
Cr (VI) pH Y conductividad eleacutectrica
-----Jigt 111 exiraccion 2a extraccioacuten _ _
Residuo de ah)mina y mineral r
i
_ _ _ _ _ _ _
Reslduo de aluacutemila y mineral
_ _ _ _ _ _ _ J
Resiacuteduo de aluacutemina y mineral
Extractos ricos en
El proceso se repitioacute dos veces maacutes pero utilizando los residuos del primer y
segundo experimentos consecutivamente con el fin de probar si conveniacutea realizar
maacutes de una extraccioacuten Se conservaron las soluciones finales de cada extraccioacuten
para analizar su contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
36
2 PARTE EXPERIMENTAL
248 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonatos
de sodio
El objetivo de este experimento fue el de evaluar la eficiencia de un lavado con
agua y otro con solucioacuten de carbonatos de sodio preparada con reactivo grado
analiacutetico El lavado con agua destilada libera los cromatos maacutes faacuteciles de
desorber y en el segundo lavado una solucioacuten 01 M de carbonato de sodio (pH gt
8) con la cual se favorece la desorcioacuten de los cromatos por competencia anioacutenica
de los col- y OH-
Primera extraccioacuten l _ ~-1 L Primera extraccioacuten con agua hacia I
1 ~ segundo reactor I
L-----------tgt Segunda extraccioacuten con carbonatos hacia segundo reactor
Fig 22 Extracciones secuenciales a un solo resiacuteduo utilizando agua y solucioacuten de carbonatos
Se procedioacute de la siguiente manera
Se cargoacute el reactor con 200 g de residuo se adicionoacute 1 L de agua se agitoacute 1 hora
a 250 rpm se dejoacute sedimentar 1 Y2 h Y se recuperoacute el sobrenadante el cual se
adicionoacute a un segundo lote de 200 9 de residuo Se repitioacute la operacioacuten dos veces
hasta obtener una solucioacuten final a la cual se determinoacute su contenido de cromatos
pH y conductividad eleacutectrica
37
2 PARTE EXPERIMENTAL
Los residuos lavados e 00 a gua se sujetaron a un proceso igual al anterior pero
utilizando una soluciacuteoacuten de carbonatos 01 M S e recuperoacute la soluciacuteoacuten final y s e
analizoacute el contenido de cromatos pH y conductividad eleacutectrica
38
-~
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
3 RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
31 Contenido de Cr (VI) en el residuo
Las concentraciones de C r (VI) determinadas en 3 loiacutees de la muestra por el
meacutetodo EPA 3060 A en el que se extrae el Cr (VI) en solucioacuten alcalina (pH=
127) con agitacioacuten mecaacutenica y calerttamiento a 90 o C grados (ver apeacutendice A)
se presentan en el Cuadro 31
r Cuadro 31 Concentracioacuten de Cr(VI Jen el residuo extraiacutedo por el meacutetodo EPA 3060 A
Lote 1 Relacioacuten
Promedio Cr VI en la solucioacuten
( masamasa) ( i (residuo agua) mglkg
masalmasa)
1 1 5 99515 995
i 2 15 I 98731 987 993
3
I 15 99692
El contenido de cromo hexavalente de los tres lotes tratados es menor al
obtenido por Gonzaacutelez M (2002) en muestras de este residuo ya que en este
estudio se obtuvo un promedio de 993 y la autora citada obtuvo uno de
1226 Esto posiblemente se debe a) diferencias en el meacutetodo de
solubilizacioacuten ya que Gonzaacutelez M (ibldem) realizoacute una digestioacuten aacutecida en la
que la destruccioacuten del residuo es mayor que en la extraccioacuten baacutesica utilizada en
este estudio b) analizoacute muestras individuales y no compuestas y c) midioacute el
cromo por absorcioacuten atoacutemica (cromo hexavalente y trlvalente)1 mientras que
1 Los residuos pueden contener vestfgios de cremita rica en er(lll)
39
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
en este estudio no se cuantificoacute el cromo total sino se utilizaron meacutetodos de
extraccioacuten y cuantificacioacuten especificas para Gr(VI)
En el cuadro 32 se reportan las concentraciones de Gr (VI) en el residuo
obtenidas a diferentes tiempos con mediante ultrasonido En la Figura 31 se
aprecia claramente la dependencia lineal de la desorcioacuten del Gr(VI) con los 3
tiempos de extraccioacuten probados Sin embargo bastan 10 minutos de ultrasonido
para obtener mucho mayor porcentaje de recuperacioacuten que la obtenida
mediante una extraccioacuten draacutestica en medio baacutesico (EPA 3060) con agitacioacuten
mecaacutenica Si se considera el de desorcioacuten a una hora de operacioacuten
se puede notar que el contenido de cromo cuantificado es similar al obtenido
mediante espectroscopia de fluorescencia de rayos X (Gonzaacutelez 2002) que fue
de 118 Este resultado aporta fuertes evidencias de que la mayor parte del
cromo total presente en el residuo corresponde a Cr(VI) y que hay un
porcentaje importante ocluido
Cuadro 32 Concentracioacuten de Cr(Vl) en el residuo obtenida mediante extraccioacuten baacutesica con
Itrasonido u
Nuacutemde lote Tiempo mino bull Cr (VI)
i Cr (VI) Promedio (mgkg)
(mm) (mlm)
18537 923
1 10 930
18815 937
21365 1064
2 30 1039
I 19067 1014
I 21617 1166
3 60 1195
24168 1203
bull
40
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
Como los residuos estudiados se formaron cuando se redujo el pH de la
solucioacuten generada en las cubas de lavado en que se precipitoacute el hidroacutexido de
aluminio con las impurezas en consecuencia es que la mayor parte
corresponda a cromatos solubles o adsorbidos (complejos de esfera externa
relativamente laacutebiles) Sin embargo como inclusive con 60 minutos de
ultrasonido en una solucioacuten rica en carbonatos no se alcanzoacute a recuperar la
miacutesma concentracioacuten de cromo que por digestioacuten aacutecida (Gonzaacutelez 2000) que
fue de 1226 se considera que una pequentildea parte del Cr(VI) se encuentra
fiacutesJcamente ocluida o en formas insolubles
13
12
~ 11 - 10 ()
Ggt 9 O iexcliquest
8
7
6
o 10 20 30 40 50 60 70
tiempo en minutos
31 Relacioacuten entre tiempo de extraccioacuten en ultrasonido y de Cr(VT
recuperado
A continuacioacuten se describen 4 posibilidades para explicar las diferencias de
disponibilidad de cromo en los residuos
a Cromatos solubles que se recuperan con agua sin ninguacuten tratamiento
especial
externa) que requieren para liberarse de
procesos de intercambio ioacutenico con otros aniones como son los
carbonatos En estos residuos posiblemente son [os carbonatos
41
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
(zpc2 calcita 95) y los hidroacutexidos de aluminio (zpc del y A120 3= 85)
quienes los retienen en su superficie
c Cromatos ocluidos cuya liberacioacuten esta controlada por la difusioacuten
Posiblemente son cromatos unidos al calcio o a otros cationes que se
quedan atrapados en la matriz porosa y que se liberan en el laboratorio
por efecto del ultrasonido Parte de estos cromatos son posiblemente
los que solubilizan lentamente por lixiviacioacuten por efecto del CO2 del
agua
d Cromatos praacutecticamente insolubles que s e recuperan con extracciones
muy draacutesticas como digestiones aacutecidas y fusiones alcalinas De acuerdo
a Geelhoed el al (2002) pueden ser aquellos minerales que no
reaccionaron en el horno (cromita) o minerales secundarios insolubles
formados a altas temperaturas (brownmorilonita) o minerales
secundarios que resultan del intemperismo como son el hidrogarnet
sustituido con Cr(VI) [Ca3AhH404Cr04bJ y la hidrocalumita -Cr(VI)
(Ca4AI2(OH)12Cr04middot6 H20) que es una arcilla con doble capa de
hidr6xldos y cromatos sostenidos entre las capas Probablemente estos
minerales tambieacuten ocluyen cromatos en sus poros
32 Optimizacioacuten de las condicIones de extraccioacuten de Cr (VI) en el
residuo
321 Relacioacuten residuo agua
Para realizar un estimado de las concentraciones de Cr (VI) extraiacutedo del
residuo se tomoacute como base que el material seleccionado para experimentacioacuten
tenia 12 de Cr (VI)
2 punto de carga cero
42
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Se probaron diferentes relaciones de agua que variaron de 1 15 hasta
15 (residuo agua) ya que para el proceso a nivel industrial se
requiere gastar la menor cantidad de agua Como se observa en el Cuadro 33
y Figura 32 hay una correlacioacuten directa entre la proporcioacuten de agua soacutelido y la
concentracioacuten de CrVI) (coef de correlacioacuten 094) Esto es la recuperacioacuten
aumenta significativamente con mayor cantidad de agua lo que ademaacutes facilita
el manejo de la mezcla No obstante se seleccionoacute la relacioacuten 15 (10 9
residuo50 mL de agua) para los experimentos en el laboratorio y para el
proceso en planta ya que con menos agua se formaba una pasta muy difiacutecil
de manejar No se probaron relaciones mayores pues se obtendriacutea una
solucioacuten muy diluida que obligariacutea a un manejo de grandes voluacutemenes de agua
lo que implicariacutea un impacto ambiental colateral muy alto y un aumento en los
costos de manejo
Cuadro 33 Efecto de la relacioacuten residuo- agua para la extraccioacuten de cromo del
residuo
Relacioacuten residuo agua Cr (VI) extraiacutedo
115 3992
120 4680
125 4822
1I
130 4797
150 5051
43
5300
5100
o 4900 O f 4700 llJ el E 4500 f 43 00 U 4100
iexclf 3900
3700
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
3500 ~ ~ ~~-_ ~~ _~-_-_
15 2 25 3 35
Relacioacuten aguaresiacuteduo
agua vs recuperaciacuteoacuten
322 Tiempo de extracciacuteoacuten de Cr (VI)
En el cuadro 34 se muestra las diferenti3s cantidades de Cr(VI) recuperadas a
diferentes tiempos con agitacioacuten orbital a 250 rpm La concentracioacuten de cromo
aumenta con el tiempo de agitacioacuten pero como se observa e la Figur 33 eacutel
partir los 60 minutos la pendiente de la curva disminuye Y los cambios en
concentracioacuten respecto al tiempo son minimos
Por lo tanto para fines industriales resulta maacutes conveniente agitar una hora y
obtener un rendimiento de 566 Para extraer una mayor cantidad de cromo
hexavalente se requiere de una segunda extraccioacuten pues dos extracciones
secuenciales gastan menos energiacutea y su costo es menor que agitar 4 horas
maacutes para solamente aumentar un 686de cromo recuperado
44
__ -----------------------------
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
iI Ctladlro 34 Porciento de Cr(Vl) extraiacutedo por agitacioacuten orbital a 250 rpm a diferentes
tiempos
Tiempo de extraccioacuten (h) O 1 05
Cr (VI) extraiacutedo 1127 5254 5661
_~-----
80
70 o 60 iexcl 1i 50 J
40 e ~ 30
U 20
o 05 15 2 25 3 35 4 45 5
tiempo (h)
33 Concentracioacuten de cromo extraido en funcioacuten del
323 Determinacioacuten del efecto de adicioacuten de aacutecidos y bases
En el cuadro 35 se observa que las mayores concentraciones de Cr(VI) se
extraen a pH eXtremos y la menor a pH 7
Cuadro 35 Efecto del pH en la cantidad de cromo extraiacutedo del
residuo
Adicioacuten J Adici6nde pH
pH final H2S04 NaOH Cr (VI)
inicial recuperado molesL molesL
02 792 01 M 00 6847
24 793 05M 00 6022
45 806 1 M 00 5489
72 808 00
00 4793
94 806 00 01 M 5480
116 815 00 05M 5893
136 1396 00 1M 6870
45
3RESULTADOS YDlSCUSfOacuteN
En la Figura 34 se observa que la relacioacuten entre pH y Cr(VI) presenta una
tendencia similar a la de la disolucioacuten de aluacutemina aunque el miacutenimo se
presenta a un pH ligeramente menor Esto se puede deber al tipo de hidroacutexido
u oacutexido que se formoacute en el residuo o a la presencia de pequentildeas cantidades de
otros minerales con diferente grado de solubilidad que pueden alterar
ligeramente la liberacioacuten del cromo como es el caso de los carbonatos
g 70
~ 65 j o gt 60 e iexcl
- 55middot ~ iexcl
lt 5u
~ 451~
pH extracto Vs Cr(Vl) recuperado
o 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
34 Porcentaje de Cr(VI) extraiacutedo
Como se puede obserVar en el Cuadro 35 la capacidad amortiguadora del
residuo es alta ya que con excepcioacuten de la adicioacuten de sosa hasta un pH 136
lbS valores finales de pH son de alrededor de 8 que corresponde al de los
bicarbonatos La liberacioacuten del cromato a diferentes pH (Figura 34) es
proporcional a la disolucioacuten de la aluacutemina que es anfoacutetera El 48 del Cr(Vl) se
libera a pH neutro mientras que a pH extremos aumenta hasta 68
aproximadamente
La mayor concentracioacuten de Cr(VI) que puede estar adsorbiacuteda y ocluida en la
aluacutemina es aproximadamente del 20 ya que es la diferencia entre la
concentracioacuten obtenida a pH =136 Y pH =7 El cromo que no se recupera
corresponde al ocluido en zonas internas de los soacutelidos de la matriz que se no
se disolvieron a las condiciones de extraccioacuten baacutesica (adicioacuten de OH- en
concentracioacuten casi 1 M) ya sean carbonatos otros minerales o aluacutemina
46
iexcl i
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
resistente al ataque baacutesico o al presente en minerales insolubles Parece que
los carbonatos no tienen ocluida una gran cantidad de croma tos en sus poros
ya que disminuyendo el pH a 0 al cual ya se destruyeron el porcentaje de
recuperacioacuten de cromo es similar al obtenido a pH 136 donde permanecen
como soacutelidos Este fenoacutemeno posiblemente se debe a que la concentracioacuten de
carbonatos e s m ucho menor q ue la del a a luacutemina Para I ibefar totalmente al
cromo posiblemente son necesarias adiciones de base y aacutecido que superen la
capacidad amortiguadora y disuelvan la mayor parte de la aluacutemina asiacute como
mantener condiciones de presioacuten y temperatura suficientemente altas como
para atacar a los minerales formados en el horno y aquellos que son producto
del intemperismo de maacutes o menos 20 antildeos de exposicioacuten
con diferentes teacutecnicas de extraccioacuten a diferentes pH
pH pH=8
O 24 45 72 94 116 13 6 (Agua)
Sin agitacioacuten 354 483 4665 4312 3703 3544 4002 4246
Agitacioacuten 4192 i6847 6022 5489 4793 5480 5893 -6870
mecaacutenica
Ultrasoacutenido 6751 7252 7122 6986 6895 7807 8658 8975
324 Efecto de adicioacuten de sales (intercambio y fuerza ioacutenica)
Experimento 1
Carbonatos
En el cuadro 37 se puede observar que un medio baacutesico (presencia de OH) se
recuperan maacutes cromatos que con agua neutra Sin embargo la presencia de
carbonatos y OH (pH gt 12) aumenta en mayor proporcioacuten la recuperacioacuten de
cromatos Los rendimientos son superiores a los obtenidos con agua e incluso
47
3RESUL TADOS y DISCUSIOacuteN
con OH- (sosa) a valores de pH similares (Figura 34) lo cual implica que los
carbonatos (C032lt)son aniones que compiten favorablemente con los cromatos
(CrOl)
En el caso de los sulfatos la recuperacioacuten de cromo es menor pues a pesar de
haber aumentado la concentracioacuten del sulfato de sodio i O veces en cada
ocasioacuten la recuperacioacuten soacutelo aumenta en unas pocas unidades de porcentaje
Estos resultados indican que la recuperacioacuten de cromatos se debe a procesos
de competencia por sitios de adsorcioacuten y no a un efecto del aumento de la
fuerza ioacutenica lo cual es congruente con el hecho de que los cromatos no
precipitan maacutes que con p lata bario y p lomo y por lo tanto s u retencioacuten s e
debe principalmente a fenoacutemenos de adsorcioacuten en la aluacutemina y en parte a
oclusioacuten en este mismo soacutelido
Cuadro 37 Efecto de las sales disueltas en el extractante en la extraccioacuten de cromo del
residuo conductividad y pH antes y despueacutes de la extracCIacuteoacuten Con una relacioacuten
residuoextractante de 15 agitando durante 1h a 250rpm
Carbonato de sodio (hidroacutelisis baacutesica)
Concentracioacuten Concentracioacuten I Conductividad Conductividad Cr(VI)
masa pH inicial pH final recuperarlo mollL inicial mSlcm final mScm
volumen iacute 02 0018 365 1225 707 807 8100
20 018 242 1276 757 1039 8339
25 225 991 1279 932 1142 1 8806
48
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Sulfato marOIfSIS
Concentracioacute Conductividad pH Conductividad pH I Cr(VI)
volumen n moll L inicial mScm inicial Final mScm final recuperado
1 _-
02 10014 291 672 701 797 7697
20 0143 214 626 768 813 7701 i
25 1766 I 1151 634 1 954 I 711 8184 I
1 Cromato de sodio (hidroacutelisis baacutesica) I Concentracioacuten Concentacioacute i Conductividad pH Conductividad 1 pH Cr(VI)
masa I n inicial inicial final I final recuperado
volumen Mol L mScm mScm
02 00062 202 885 692 r 804 I 7666
20 00618 1537 951 757 815 7721 i
25 07716 i
1154 I 1016 1248 824 7877
90 o 88 RBONATOS ltU 86 (gt Q l 84 o 4gt 82 ~ iquest 80 ()
$ 78 76 ~ iexcl~----r
SULFATOS
----------------ICR~O~ATOS ----- ---r---
60 70 80 90 100 110 120 130 conductividad mScm
Fiacuteg 35 Concentracioacuten de cromo extraiacutedo en funcioacuten de las sales como extractantei con una relacioacuten residuo extractante de 1 5 agitando durante 1h a 250rpm
49
3RESULTAQOS y DISCUSiOacuteN
Experimento 2
En este experimento se confirmaron los resultados del experimento 1 que
indican que la fuerza ioacuteniGa no es un factor determinante en la recuperacioacuten de
los cromatos y que la solucioacuten de carbonatos permite recuperar la maacutexima
concentracioacuten de este oxianioacuten (figura 35
JI Cuadro 38 Efecto ~e las sales disueltas en el extracto para a recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza ioacutenica constante y pH libre I
NaCI
Fuerza I Conductividad I Conductividad
ioacutenica Concentracioacuten pH pH Cr (VI)
inicial final M inicial final extraiacutedo
I mScm mScm
05 05 423 71 78 793 6724
1 10 826 703 10785 778 i 6683
30 1746 05 1752 739 6138
Na2C03 iexcl
Fuerza Conductividad I Conductividad Concentracioacuten 1 pH pH Cr(Vl)
ioniea inicial final M inicial final extraiacutedo
I mSlcm mScm
i 106 05 016 18 1273 5755 7596
8
116 1 033 312 1271 641 7876
8
117 3 10 66 1262 863 8209
6
50
iexcl-
ii
i
3RESULTADOS y DlSCUStOacuteN
Na1Cr04
Fuel2a Conductividad Conductividad Concentracioacuten pH pH Cr(VI)
ionica inicial fillal M illicial fillal extraiacutedo
I mSfcm mSfcm 05 016 247 872 6255 820 6643
1 I
033 I
441 1011 I 771 829 6535 i
3 I 10 I 972 1015 11175 842 65 I
Efecto de la fuerza iexcloniea en la recuperacioacuten de Cr (VI)
85
05 15 25 3
fuerza joacutenica t
Fig 36 Efecto de la fuerza ioacutenica en la recuperacioacuten de cromo hexavaente en el
residuo a un cambio de pH libre
pH controlado
Con los resultados obtenidos en la seccioacuten anterior vemos que la maacutexima
recuperacioacuten se da con carbonato de sodio por lo que se decidioacute trabajar con
este a un pH cOntrolado
51
I1
i
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 39 Efecto de las sales disueltas en el extracto para la recuperacioacuten de cromo del
residuo fuerza iacuteoacutenica constante y pH controlado
1~3 Fuerza I Conductividad I Conductividad bull concentracioacuten
inicial pH pH Cr (VI)
1001 ea I final
I
M inicial final recuperado I mScm mSlcm
05 I 016 J 241 854 6265 i 815 6602
1 I 033 i
432 1 857 7325 825 674
11 3 1
10 995 862 10215 835 692
Cuando la solucioacuten contiene carbonatos y el pH aumenta sin adicionar ninguna
solucioacuten amortiguadora la cantidad de cromatos recuperada aumenta (cuadro
38) como tambieacuten se puede observar a su vez la recuperacioacuten de croma tos
es menor cuando se adicionan carbonatos pero se controla el pH con una
solucioacuten amortiguadora de fosfatos a un valor de aproximadamente 85
(cuadro 38)
Por los resultados obtenidos se infiere que en la liberacioacuten del cromo
hexaValente existe un efecto combinado de la disolucioacuten de la aluacutemina -(ver
apeacutendice e) y de la competencia de los carbonatos (C03 con los cromatos
(er04 adsorbldos
Se plantea que son dos factores los involucrados ya que siacute solamente
influyera la disolucioacuten de la aluacutemina en la liberacioacuten de los cromatos se
obtendriacutea la misma concentracioacuten de cromatos a un determinado pH no
importando si se alcanza con una solucioacuten de sosa cauacutestica o una solucioacuten de
carbonatos
En siacutentesis los dos factores determinantes son
I
a) la disolucioacuten de la aluacutemina ya que se disuelve a pH altos por ser un
compuesto anfoacutetero (Apeacutendice el permitiendo la liberacioacuten de los
52
1
I
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
cromatos ocluidos
competencia de los carbonatos ya que a mayor pH predominan los
carbonatos sobre los bicarbonatos como se puede observar en el
apeacutendice C
33 Condiciones de recuperacioacuten de Cr (VI)
A continuacioacuten se describen los resultados de los experimentos de optimizacioacuten
de la recuperacioacuten del cromatos realizados bajo las siguientes condiciones
a) una hora de agitacioacuten
b) relacioacuten 15 (soacutelidoextractante)
c) pH de 85 a 11 ya que aunque arriba de este valor se logra la mayor
liberacioacuten de cromatos se busca evitar la disolucioacuten total de la aluacutemina
pues contamina la solucioacuten
331 Extracciones secuenciales con agua
De aClJerdo a los resultados que se muestran en el cuadro 28 con tres
extracciones con aguase recuperan de un valor maacuteximo de 854 del cromo
total para el residuo 1 de menor conductividad eleacutectrica disminuyendo
progresivamente la cantidad liberada hasta 668 para el residuo 3 de mayor
conductividad eleacutectrica (Cuadros 310 Y 311 Figura 37) Asimismo la primera
extraccioacuten realizada con agua pura recupera mayoacuter cantidad que las siguientes
extracciones en las cuales se utilizaba el extracto de la anterior con mayor
conductividad eleacutectrica (Figura 38)
53
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
Cuadro 310 agua
Primera Extraccioacuten Residuo1 Residuo3
Cr (VI) TOTAL EXTRAIDO 449 9 368
Agua recuperada mi 400 370 345
Conductividad eleacutectrica mScm 402 683 902
pH final 886 923 965
Segunda Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRAlOO 233 254 153
Agua recuperada mi 48 49 50
Conductividad eleacutectrica mScm 206 348 511
pH final 862 925 954
Tercera Extraccioacuten
Cr (VI) TOTAL EXTRIIDO 172 237 147
Agua recuperada mi 49 50 50
Conductividad eleacutectrica mScm 502 1508 242
pH final 883
Cuadro 311 Cromo total recuperado en las tres extracciones 1
i Residuo1 i
Residuo2 Residuo3 11
Cr (VI) RECUPERADO 8533 i 7593 1
6680 11
Total agua gastada mi 138 I 146 I 11
54
F
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
En este experimento seconfiacutermoacute que un factor poco determinante en la
recuperacioacuten de cromatos es la fuerza ioacutenica que no aumenta como se habiacutea
demostrado con el experimento 3 seccioacuten 325 pero los soacutelidos disueltos en
la solucioacuten extractante siacute disminuyen la liberacioacuten de los cromatos
332 Extracciones con solucioacuten saUna
En este experimento se determinoacute la viabilidad de extraer el cromo hexavalente
del residuo formado baacutesicamente por aluacutemina y cromatos (aluacutemina) utilizando
55
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
el residuo generado en los hornos de oxidacioacuten que contiene cromita cromatos
y carbonatos (mineral)
La concentracioacuten total de cromo en el residuo aumenta ya que la soluGIacuteoacuten de
carbonatos obtenida del lixiviado del residuo procedente de los hornos de
oxidacioacuten libera tambieacuten cromato (cuadro 312) Para realizar el calculo de
cromo extraiacutedo se tomo en cuenta el contenido en el residuo mineral
El Cuadro 312 muestra que a mayor cantidad de residuo mineral mezclado con
el residuo de aluacutemina aumenta la recuperacioacuten de Cr (VI) llegaacutendose a
obtener una recuperacioacuten del 8712 del cromo total
l Cuad~ 312 Recuperacioacuten de cromo mediante su mezcla con residuos minerales ricos
en carbonatos de sodio (relacioacuten agua soacutelido 1 5 1h de agitacioacuten a 25Q
rpm)
Relacioacuten de residuos pH del cond alac er (VI) liberado
aluacutemina mineral I
extracto mSlcm2
51 888 4485 7421 ~
53 I 968 4595 7461
1 1 1012 I 468 I 7759
I
57 1030 478 8712
56
I
3RESULTADOS Y DISCUSiOacuteN
Recuperacioacuten de Cr (VI) usando el residuo salino como fuente de carbonatoacutes
relacioacuten de residuos alumiacutenalsaHno
Fig 39Recuperacioacuten de cromo hexavalente usando el residuo saUna como fuent
de carbonatos con una relacioacuten residuo de aJumina extractante de 1
agitando durante 1 h
El aumento de carbonatos solubles se puede apreciar por el aumento de la
conductividad eleacutectrica que es una medida inherente de la cantidad de iones en
la solucioacuten y del aumento progresivo del pH a medida que la relacioacuten de los
residuos aluacutemina mineral aumenta
Sin embargo si se utilizan los residuos minerales como fuente de carbonatos
conviene usar el lixiviado y no la mezcla de residuos pues esta operacioacuten
evitariacutea el reuso de la aluacutemina soacutelida y obligariacutea al manejo de grandes
caacutentidadesde soacutelidbshuacutemedos La solucioacuten final recuperada de la aluacutemina se
podriacutea enviar a la planta de tratamiento de aguas residuales que ya existe y
que reduce a los cromatos recuperando un precipitado rico en Cr(HI)
333 Extracciones secuenciales con solucioacuten baacutesica generada con
residuos minerales
Los resultados indican que la solucioacuten preparada con residuos minerales por
su alta conductividad no logra recuperar un porcentaje mayor al 54 que es
57
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
mucho menor que el 854 obtenido con agua pura quedando una cantidad
de cromatos suficiente para que el residuo continuacutee siendo clasificado como
peligroso de acuerdo a la NOM 052
Cuadro 313 Cromo recuperado mediante extracciones secuenciales en tres residuos I utilizando las sales del residuo salino como extractante
Primera Extraccioacuten I Residuo1 Residuo2 Residuo3
-- i i Cr(VI) TOTAL EXTRAIDO 228 225 246
Agua recuperada mL 306 328 37
i Conductividad eleacutectrica mScm2
I 206
I 528 774
J
pH
I 85 i 87 1016
Extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAlDO 231 189 I 101
Agua recuperada mL 50 50 50 I Conductividad eleacutectrica mSlcm2 354 450 634
pH - 952 959 974
Tercera extraccioacuten
Cr(VI) TOTAL EXTRAIOQ 86 1211 97
Agua recuperada mL 50 50 50 I
Conductividad eleacutectrica mSlcm2
I 967 I 153 242
pH I
92 965 I 1016
58
I
3RESULTADOS y DISCUSIOacuteN
o total recuperado en las tres extracciones
I
Cr(VI) RECUPERADO I
I agua gastada mi
60 (])c
50 -ogt clt QO 40 0 (l 30 (J) o iexcl 20 0 ~
10 ~ o
O
Residua1 I
I
545
1306
I
2
Residuo
Residua2 Residua3
535 444
1328 1370
3
Fiexclg 310 Croma recuperado de las extracciones secuenciales utilizando e
residuo salino
334 Extracciones secuenciales con agua y solucioacuten de carbonato de sodio
Se proboacute un lavado con agua y otro con una solucioacuten de carbonato de sodio
Como se observa en el cuadro 315 con la extraccioacuten sucesiva utilizando
agua y carbonatos se obtienen mejores resultados que con agua y similar a la
realizada con carbonatos pero se requiere un menor gasto de esta sustancia
Posiblemente el agua libera los cromatos solubles deacutebilmente retenidos por la
aluacutemina y los carbonatos disuelven parcialmente a la aluacutemina y compiten con
59
3RESUL rADOS y DISCUSiOacuteN
los cromatos adsorbiacutedos
Cuadro 315 Cr(VI) extraiacutedo con dos lavados el primero con agua y el segundo con
solucioacuten de carbonatos
_-
LOTE 1 LOTE 2
Lavado con agua Lavado con Lav~do con agua I Lavado con
solucioacuten de
I solucioacuten de
carbonatos carbonatos
1--
i
de Cr(VI) 556 316 517 324
recuperado i
Extracto
l 08
l 08 09 08
recuperado L
Total de Cr(VI) 872 841
recuperado i
Conductividad 702 753 701 735
pH final 816 I 932 811 925
Total de agua gastada 24 L por dos lotes
34 Seleccioacuten de las condiciones de extraccioacuten
Se analizaron las siguientes opciones
Extracciones secuenciales con agua (ESA)
Extracciones secuenciales con mezcla de los dos residuos(ESMR)
Extracciones secuenciales con agua y carbonatos(ESAC)
En el cuadro 316 se presentan las concentraciones de Cr (VI) recuperadas
con las diferentes extracciones secuenciales El mayor porcentaje de
recuperacioacuten se obtuvo con la extraccioacuten ESAC seguida por la ESA mientras
60
I i r I
3RESUL TADOS y DISCUSiOacuteN
que la ESMR resultoacute de baja eficiencia
Cuadro 316 Cr(Vl) recuperado() mediante de los distintos meacutetodos de
extracciones secuenciales
Extraccioacuten
Al realizar la extraccioacuten secuencial con agua en el primer lavado y carbonatos
(01 M) en el segundo los resultados fueron los que se muestran en la tabla 316
y como se observa ademaacutes de obtener una recuperaci(m de aproximadamente
87 se redujo el consumo de agua
La extraccioacuten con agua permite recuperar una cantidad similar de Cr (VI) a la
obtenida con carbonatos pero se requieren 3 extracciones secuenciales con
agua para alcanzar la eficiencia que se obtiene con dos extracciones (agua
seguida de solucioacuten de carbonatos) en consecuencia la extraccioacuten con agua
requiere de un mayor gasto de agua que cuando se utilizan los carbonatos
Para lixiviar el total de residuos ricos en aluacutemina (12 000 ton) se necesitan
aproximadamente 60 000 toneladas de agua (relacioacuten 1 5
residuo extractante)
La extraccioacuten de la mezcla de residuos (ESMR) solamente permite recuperar
alrededor del 50 del CrVI de agua por la cantidad que se pierde retenido
61
3RESULTADOS y DISCUSiOacuteN
en el material soacutelido
Considerando estos resultados asiacute como los requerimientos de equipos el tipo
y cantidad de materias primas que exige el proceso de recuperacioacuten de Cr (VI)
asiacute como la posibilidad de poder reintegrar la corriente de Cr(VI) a la planta de
fabricacioacuten de sulfato baacutesico de cromo se establecioacute que la extraccioacuten maacutes
eficiente es la que se lleva a cabo en dos pasos sucesivos con agua y solucioacuten
de carbonatos y por lo tanto se utilizoacute como base del disentildeo de la ingenieriacutea
62
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
41 Descripcioacuten del proceso
El proceso de recuperacioacuten de Cr (VI) consiste en la desorcioacuten de cromo
hexavalente contenido en el residuo de aluacutemina medianiacutee una serie de lavados
para su posible uso y comercializacioacuten Los lodos generados se someteraacuten a un
segundo proceso para recuperacioacuten de aluminio
El proceso de recuperacioacuten de cromo hexavalente consta de cuatro etapas
baacutesicas (figura 41 )
bull Acarreo del residuo
bull Trituracioacuten y molienda
bull Lavado del residuo
bull Clarificacioacuten de los lodos
bull Disposicioacuten del residuo lavado y del extracto recuperado
La planta de recuperacioacuten contaraacute con las siguientes aacutereas baacutesicas a) aacuterea de
trituracioacuten b)aacuterea de molienda c) aacuterea de tanques de lavado y d) aacuterea de
separacioacuten
411 Acarreo del residuo
El residuo actualmente estaacute almacenado a la intemperie en un gran depoacutesito en
las instalaciones de la planta Debido al tiempo que ha permanecido almacenado
el residuo y a las condiciones climatoloacutegicas eacuteste se ha compactado y endurecido
por lo que antes de que entre al proceso seraacute necesario fragmentarlo para
alcanzar una granulometriacutea adecuada El proceso se inicia con el arranque del
residuo del depoacutesiacuteto utilizando un tractor de orugas Una vez que el tractor
fragmente el residuo eacuteste se llevaraacute con un cargador hasta una tolva de recepcioacuten
construida con concreto y que tendraacute una capacidad de 14 Ton
63
iexcluu
4 DISENtildeO
412 Trituracioacuten y molienda
En la tolva de recepcioacuten se contaraacute con una parrilla de rieles para detener el
material en caso de existir que tenga un tamantildeo mayor a 6 in este material se
quebraraacute manualmente con el uso de marros
Dentro de la tolva el material caeraacute sobre un transportador de cadena con
empujadores que lo llevaraacute a dos quebradoras de martillos con capacidad de 7
Thr cada una aquiacute se reduciraacute el tamantildeo del material hasta in
De las quebradoras e I material caeraacute a u na b anda y d a u n e levador de
cangilones que lo llevaraacute hasta una criba vibratoria donde se el material
menor a Y4 in este material fino caeraacute a un silo de almacenamiento con capacidad
de 100 ton El material grueso que no cuente con el tamantildeo menor a Y4 in se
recircularaacute a la etapa de trituracioacuten
Del silo por medio de una banda pesadora el material se alimentaraacute a un molino
de bolas con capacidad de 10 Thr La molienda seraacute en huacutemedo y por cada
tonelada del material se agregaraacuten 2 toneladas de agua esto formaraacute una pulpa
cuya relacioacuten soacutelido-liacutequido seraacute de 1 2 La pulpa que descargue el molino caeraacute
er1un caacutercamo (5 m3) de donde se bombearaacute hasta el cicloacuten para su clasificacioacuten
En el cicloacuten se separaraacute el material fino con tamantildeo menor a 66f1m (malla -150)
el cual se enviaraacute a la etapa de lavado mientras que los gruesos (tamantildeo mayor a
66iexcliexclm) regresaraacuten al molino de bolas
413 Lavado del residuo
En esta etapa se recuperaraacute el cromo hexavalente contenido en la matriz de
aluminio
La pulpa que procede del cicloacuten se almacenaraacute en un tanque con agitacioacuten de 12
de capacidad A partir de eacuteste la pulpa se distribuiraacute a dos tanques agitados de
14 m3 cada uno donde se llevaraacute a cabo la desorcioacuten con agua y carbonatos La
planta contaraacute con cuatro tanques en operacioacuten
64
4 DISENtildeO
La desorcioacuten se logra con adicioacuten de agua en dos los tanques hasta alcanzar una
relacioacuten residuo-agua de 1 para posteriormente dejar sedimentar la pulpa
durante 1 hrs y retirar el extracto mediante bombeo El extracto recuperado se
enviacutea a un proceso de reciclaje de cromo
A los lodos contenidos en los tanques se adiciona una solucioacuten de carbonatos de
sodio grado industrial O 1 M h asta a Icanzar u na relacioacuten residuo-solucioacuten acuosa
de 15
La pulpa se bombea hasta un filtro rotatorio en el cual se recupera la fase acuosa
con un alto contenido en cromo hexavalente disuelto
Las caracteriacutesticas fiacutesico-quiacutemicas del extracto recuperado permiten el reuso de
cromo hexavalente para los procesos de la empresa Quiacutemica Central
414 Capacidad estimada
En el caso de este proyecto la capacidad de tratamiento es de 20 toneladas de
residuo por dla
415 Seleccioacuten del sitio
Se toman en consideracioacuten dos criterios para elegir el sitio el primero que la
planta se ubique cerca del lugar dOlida esta almacenado el residuo con el
propoacutesito de evitar su transporte yla posible afectacioacuten de otros sitios y el
segundo aprovechar la infraestructura y parte de la tecnologiacutea que Quiacutemica
Central de Meacutexico ya tiene instalada en su planta productiva Por lo que la planta
de recuperacioacuten se construiraacute en el campo de fuacutetbol de la empresa (Diagrama de
distrlbuciacuteoacutende planta)
416 Diagramas de proceso
En todo proceso existen variables y condiciones de operacioacuten que deberaacuten
permanecer constantes para garantizar la calidad de los productos y mantener la
operacioacuten dentro de los limites de seguridad necesarios para mantener los
equipos ademaacutes de proteger de alguacuten tipo de riesgo a los operadores
65
4 DISENtildeO
El Diagrama de Flujo del Proceso (DFP) el Diagrama de Tuberiacuteas e
Instrumentacioacuten (DTI) y el Diagrama de Distribucioacuten de la Planta (layout)
representan graacuteficamente la secuencia de los equipos tuberiacuteas accesorios e
instrumentos que permitan la operacioacuten de un proceso dentro de ciertas
condiciones
Los diagramas del proceso se encuentran al final de este capiacutetulo
42 Filosofiacutea baacutesica de operacioacuten
Para garantizar el tratamiento de 20 toneladas diarias del residuo se definen los
tiempos de cada etapa del proceso de la siguiente manera
El molino de bolas opera a 10 Thr base huacutemeda en una relacioacuten residuo agua de
1 2 la molienda deberaacute garantizar un residuo cuya partiacutecula sea menor a 66iexcltm
(malla 150) La pulpa resultante se almacenaraacute en el tanque TP-01 cuya funcioacuten
seraacute como un tanque de balance la pulpa se bombearaacute a los tanques T A-Di Y T A-
02 en un periodo de tiempo de 15 minutos al mismo tiempo agua alimentaraacute los
tanques de agitacioacuten hasta que la relacioacuten residuoagua sea de 1 5 una vez
concluida esta etapa se agitan los tanques a 250rpm durante 1 horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se dejan sedimentar los lodos durante 1 hora
de los cuales se separaraacute la fase acuosa que contiene la mayor parte del Cr (VI)
disuelto Est~ extracto es enviado al proceso de reciclaje de cromo de la planta el
flujo deberaacute garantizar el desalojo del extracto en 15 minutos
El mismo volumen de extracto desalojado se adicionaraacute de una solucioacuten 01 M de
col y se agitaraacute nuevamente la mezcla durante 1 ~ horas
Transcurrido el tiempo de agitacioacuten se envian los lodos a un espesador La fase
acuosa recuperada se enviacutea al proceso de reciclaje de cromo mientras que los
lodos resultantes con una baja concentracioacuten de Cr (VI) son enviados al proceso
de recuperacioacuten dealumiacutenio
66
4 DISENtildeO
421 Secuencia de operaciones
1 Trasladar 20 toneladas del residuo sin moler
2 Tomar un lote de 5 toneladas y moler hasta 150 mesh i
3 Tomar una muestra de residuo y determinar su conteni~o en cromo
hexavalente I 4 Trasladar el residuo molido hasta el tartque de pulpa
5 Trasladar la pulpa a los tanques de agitacioacuten 1
6 Agregar agua a los tanques de agitacioacuten hasta tener una relacioacuten i
resiacuteduoagua de 15 bull
7 Agitar el contenido de los tanques a 250 rpm durante 114 horas
8 Dejar sedimentar la pulpa durante 1 hora
9 Desalojar la parte clarificada al reproceso de cromo hefavalente
(determinar la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad Jleacutectrica y pH)
10 Adicionar la solucioacuten de carbonatos
11 Agitar los tanques durante 1 4 horas
12 Trasladar la pulpa resultante hasta el espesador
13 Dejar sedimentar durante 2 horas 1 14 Desalojar los lodos generados y trasladarlos al proces i de recuperacioacuten de
aluminio (determinar la concentracioacuten de Cr(VI) cond+tividad eleacutectrica y
pH) I
15 Desalojar la parte clarificada a reproceso de cromo hexavalente (determinar
la concentracioacuten de Cr(VI) conductividad eleacutectrica y p~)
16 Limpieza de los equipos I
67
icieacuten de tos tiempos en las etapas del proceso de Cr(VIr
Llenado De
Llenado De
Agitacioacuten
Desalojo Extracto
llenado Con Solucioacuten De C032-
Agitacioacuten
Desalojo Final De La Pulpa
Limpieza de los tanques de
agitacioacuten
Sedimentacioacuten
Desalojo De Extracto
Desalojo De Lodos
90
15
15
60
15
30
120
15
4 DISENtildeO
Con la finalidad de tratar la mayor cantidad de residuo en un diacutea se propone
empezar el tratamiento de un segundo lote de residuo cuando el primero auacuten esta
en proceso
La etapa de filtracioacuten determina los tiempos miacutenimos en que se podraacuten tratar un
residuo y otro de tal manera de que cuando la torta y el extracto delmiddot primer
residuo salgan del proceso una nueva carga de lodos se alimente al espesador
Por lo tanto la pulpa del segundo residuo se aUmentaraacute a los tanques de agitacioacuten
TA-03 y TA-04 cuando falten 15 minutos para concluir la sedimentacioacuten parcial de
la pulpa del primer residuo
68
4 DISENtildeO
Dando espacio de Yz hora para la limpieza de los tanques de agitacioacuten entre un
tratamiento y otro De esta manera se garantiza el tratamiento de 4 lotes de
residuo de 5 toneladas por diacutea
1 Cuadro 42 Materias primas e insumas i
Materias primas e insumas Cantidad Etapa del proceso
(Tfdia)
Residuo de cromo (Vil 20 Trituracioacuten
Agua 180 Molienda y levado
r Carbonato de sodio 0850 I Lavado I
43 Disentildeo del equipo de proceso
431 Molienda
El equipo de molienda propuesto para el proceso es el existente en las
instalaciones de la empresa Quiacutemica Central por lo que soacutelo se hace una
descripcioacuten de ellos en el anexoA
432 Tuberias
El disentildeo de las tuberiacuteas dependeraacute de la funcioacuten especifica que se tenga Asiacute el
disentildeo para flujo a dos fases (soacutelido-liacutequido) seraacute diferente al disentildeo para tuberiacuteas
de agua Tambieacuten es importante analizar el tipo de material recomendado para
evitar la corrosioacuten de las tuberiacuteas en la tabla 43 s e resumen los materiales de
construccioacuten probables para este proceso
Para tuberiacutea de acero
69
4 DISENtildeO
Cuadro 43 Esfuerzos permisibles en tensioacuten para materiales bull especifiacutecaciones ASTM
Material Especificaci6n Resistencia a la
tensioacuten
(Kiacutepliacuten2) l
1118 Cr 8 Ni A304 750
1125 Cr 20 Ni A3D4 I 750
1 16 Cr 12 Ni 2 Mo A304 700
18 Cr 10 Ni Cb A304 750
La forma de calcular el diaacutemetro de las tuberiacuteas requeridas es fijando un flujo y
una velocidad recomendada (RH Warring Seleccioacuten de bombas sistemas y
aplicaciones pp 27-45) Y aplicando la siguiente ecuacioacutel
de donde
O diaacutemetro de la tuberia
Q flujo volumeacutetrico
Vs velocidad del fluido
D 2 = 4 (41) nVs
La velocidad para fluidos diferentes al agua se determina con la siguiente relacioacuten
(RH Warring up sit)
PH20 I Pfiuido = X (42)
Vftuido = VH20 IX (43)
de donde
70
PH20 densidad del agua a temperatura ambiente
Pfluido densidad del fluido a la temperatura de operacioacuten
VH20 velocidad recomendada para agua (6-7 Wseg)
Vfluido velocidad del fluido (ftseg)
X relacioacuten de velocidades
4 DISENtildeO
Una vez calculado el diaacutemetro con la ecuacioacuten 41 se elige el diaacutemetro comercial
maacutes cercano al obtenido teoacutericamente y se recalcula la velocidad del fluido
4321Tuberiacutea de descarga de pulpa a los tanques de agitacioacuten
Esta tuberiacutea va del tanque de pulpa T P-01 a los tanques d e agitacioacuten T A-01 al
TA-04
Los datos de la pulpa son p 14 gmi = 623 Ibft3 Y iexclt 3cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en que la velocidad del flujo en la tuberiacutea deberaacute ser por lo
menos 4 o 5 veces maacutes que la velocidad de sedimentacioacuten de los lodosmiddotmiddot
La velocidad de sedimentacioacuten se puede hallar con los datos de la tabla 44 por
medio de la siguiente definicioacuten
donde
V velocidad de sedimentacioacuten
Z altura de la interfase al tiempo t
t tiempo
Integrando esta ecuacioacuten se obtiene
v dZ (44)
dt
Z Zo -Vt (45)
71
4 DISENtildeO
Cuadro 44 Sedimentacioacuten del residuo
S minutos I zi cm
250 350
500 350
750 339
1000 330
1500 315
2000 300
2500 I
210
3000 260
Para el disentildeo de la tuberiacutea consideraremos el promedio de velocidades hasta la
velocidad critica de sedimentacioacuten (Alan Faust et Al Principios de operaciones
unitarias parte 111)
Para Zo =315 cm le corresponde 15 mino
Vprom = 2310-3 ftseg
La velocidad miacutenima del fluido debe ser 4 o 5 veces maacutes que la velocidad
promedio de sedimentacioacuten por lo que debe ser por lo menos de 1310-2 ftlseg
Como esta velocidad es muy pequentildea la sedimentacioacuten no limita el flujo de I a
pulpa
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
=2 = 0712 PPULPA 14
VpULPA == = 842ft i seg 0712
Flujo requerido para llenado de los tanques de agiacutetacioacuten en 15 minutos
72
(5 toneladas residuo + 15 toneladas H20) 20 toneladas pulpa
20Tpulpa _ - O95m L4Tpulpa 15minutos - minuto
4056ft3 Iseg D -__---- j 842fi seg
029fi 35in
O56 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4iacuten
v 4 DA83 seg j (O29)2~ti2- 73 ft I seg
4322 Tuberiacutea de desalojo de extracto
4 DISENtildeO
Esta tuberiacutea va de los tanques TA-01 TA-02 TA-03 Y TA-04 al proceso de
reciclaje de cromo
Los datos de la pulpa son p 11 gmi 6861 Iblfe y l 3cp
= ~Q == 091 PPULPA 11
~ _---=-- = 66ft seg 091
Flujo requerido para desalojo del extracto de los tanques de agitacioacuten en 15
minutos
73
4DSENtildeO
Para la relacioacuten final residuoagua de 1 5 y considerando que se tratan lotes de
25 toneladas por corrida en cada tanque con un desalojo del 80 del agua
adicionada
08 125 toneladas H20 = 10 toneladas extracto
1m3
lOTexlracto L lT extracto 15 mIacuten utos
O61m3 O36 ft3 minuto seg
D= O26ft 315in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
v
4323 Tuberiacutea de desalojo de pulpa al espesador
Esta tuberiacutea va del fondo de los tanques T A-Di Y T A-D2 al espesador
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa esto es que la
velocidad de desalojo de la pulpa deberaacute ser por lo menos 4 o 5 veces maacutes que la
velocidad de sedimentacioacuten de los lodos
Los datos de la pulpa son p = 13 gmi = 811 Ibft3 Y Jl = 13cp
74
4 DISENtildeO
Dado q ue I a velocidad d e sed imentacioacuten e s m uy p equefiacutea e amparaacutendola con la
velocidad de desalojo del extracto la sedimentacioacuten no limita el flujo de descarga
al espesador
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
LO = 077 PPOLfA 13
077
Flujo requerido para desaloja de la pulpa de los tanques de agitacioacuten en 30
minutos
(25 toneladas residuo + 125 toneladas H20) = 15 toneladas pulpa
1m3
15Textracto _ __ _ -_ _-~~_ 13Textracto 15 minutos
o minuto
D= 030 ft = 355in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 4in
432A Tuberiacutea de alimentacioacuten de carbonatos
Esta tuberiacutea va del tanque TC-01 que contiene una solucioacuten de carbonatos a los
tanques T A-01 T A-02 T A-03 Y T A-04
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 10 gmi 6237 Iblfe y iexclt = 1 cp
75
4 DISENtildeO
=60ftlseg
Flujo requerido para llenado de solucioacuten de carbonato a los tanques de agitacioacuten
en 15 minutos
Si se desalojan 10 toneladas de agua esa misma cantidad se adiciona de solucioacuten
de carbonatos
20Textracto __ JI1iexcl~ _____ - __ = 1 lOTextracto 15mIacutenutos minuto
4 D = OAlft 49in
iexcliexcl 60 ft seg
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro inmediato superior de 6 in
v 591ftseg
4325 Tuberiacutea de desalojo de extracto del espesador
Esta tuberiacutea va del espesadora reproCeso de cromo hexavalente
Los datos de la solucioacuten de carbonatos son p = 11 gmi = 6237 Iblfe y fl 3cp
La velocidad propuesta es calculada con el siguiente criterio
== 10 == 09 PPULPA 11
VpULPA = = 545 ft seg 09
Flujo requerido para el desalojo del extracto a re proceso en 15 minutos
76
------------------------------~---------~~~---------------------------------------
4 DISENtildeO
Desalojando el 85 de la fase acuosa de la pulpa
1m3 3
25O85ton extracto = 130m 1Itan estracto 15 min utos mmuto
D =40_ I se[t = 042ft == 50in rr 545 ji seg
v == 4 230ft seg
4326 Tuberiacutea de desalojo de lodos del espesador
tuberiacutea va del es pesador al proceso de recuperacioacuten de aluminio
Los datos de los lodos son p = 50 gmi = 31187 Ibft3 Y iexclt 20cp
En esta tuberiacutea se tiene flujo a dos fases soacutelido-liacutequido Para este caso los
caacutelculos se basaron en el mismo criterio para el llenado de la pulpa
Se propone una velocidad de 10 ftlseg
Flujo requerido para desalojo de lodos en 15 minutos
(5 ton residuo + 25 toneladas de H20) = 30 Ton pulpa
Considerando el 15 de retencioacuten de agua cuando se deja sedimentar la pulpa
durante 2 horas
(Ston residuo+25tan aguaOl5) 1m3
1 012m3bull =O069fi3seg
- - 5ton lodos 15minutos mmuto
D O094ft = 114in
Para efectos praacutecticos tomamos el diaacutemetro de 125 in
77
4 DISENtildeO
434 Bombas
El disentildeo de las bombas se hizo por medio de un calculo descrito en el Manual
Perry d el I ngeniacuteero Quiacutemico (seccioacuten 5 tomo 1 ) el cual involucra los siguientes
conceptos
Si queremos mover un liacutequido debemos efectuar un trabajo el cual seraacute la
potencia desarrollada de la bomba que es el producto de la carga dinaacutemica total y
la masa de liacutequido bombeado en un tiempo dado Mediante un balance de
energiacutea
P2
+ fVdP + EF -W (46) gc PI
lhp r 1 hP=EFVS p_ 550
(47)
Para un flujo isoteacutermico e incompresible V1=V2 y P1=P2
tZ + LF == -fV (48) gc
de donde LF lo definimos como
LF fV2(LLiexcl --~ (49)
2gcD
r2gcEF D _ [ cli f ---iexcl-J -~ (NRe - 1I (410) V DI-e
de donde
78
rF perdida total por friccioacuten [ft-Ibf lb]
f factor de friccioacuten
D diaacutemetro de tos tubos [ft]
V velocidad promedio [ft I sag]
2L longitud equivalente de accesorios y tramos rectos [ft]
(dO) factor de rugosidad relativa
n eficiencia de la bomba
4 DISENtildeO
Al escoger bombas para cualquier servicio es necesario saber que liacutequido se va a
manejar cuaacutel es la carga dinaacutemica total las cargas de succioacuten y descarga y en la
mayor parte de los casos la temperatura la viscosidad la presioacuten de vapor y la
densidad relativa
Los Upos maacutes comunes de bombas son las centrifugas y las de desplazamiento
positivo
La bombas centriacutefugas son maacutes sencillas y baratas es el tipo que maacutes se utiliza en
la industria quiacutemica Estas bombas estaacuten disponibles en una variedad amplia de
tamantildeos en capacidades de 05 m3Jh a 2104 m3h y para descargas desde unos
cuantos metros a aproximadamente 48 Mpamiddotmiddot
Las ventajas de este tipo de bombas son la sencillez el bajo costo inicial el flujo
uniforme el pequentildeo espacio requerido para su instalacioacuten los bajos costos de
m3ntenimiento el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacioacuten para su
empleo con unidad motriz de motor eleacutectrico o de turbina
Las bombas de desplazamiento positivo trabajan con liacutequidos viscosos o pesados
desarrollan altas presiones y dan un caudal casi libre de fluctuaciones e
independiente de la presioacuten de descarga
En el presente trabajo se escogido trabajar con bombas centriacutefugas por los
motivos antes mencionados
79
------------------~-----------------
4341 80mba para la alimentacioacuten de pulpa (80-01)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Oint = 4026 in = 1023 cm
Vs = 22250 cmseg
~L = 3 cp = 001 gcmseg
DVs = -- -----------------------~-------- = 106221 003
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y UD Y los coeficientes de resistencia K
obtenidos del Manual de Flujo de Fluidos Crane (apeacutendice A pp 48-50) _ Para
tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula 40
Ioacuten de tubertas para alimentacioacuten de la pulpa
Cantidad
5
6
Descripcioacuten
Tramo recto
Entrada del recipiente al tubo
Codos 90deg
Vaacutelvulas de compuerta para pulpas totalmente
abiertas
T convencional
T convencional ramificada
Vaacutelvula check
K
023
dO = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
80
UD L (ft)
93
25
30 5033
17 3422
20 671
60 2013
25
f=O0115
iF = 00115 (73ft
2 322 Ib - 7 120ft-l~f - l lb
034ft
del balance de energiacutea
r (322
ft Z 11
w= L(197 O)jIl2middotP-iexcl~eg Jt -lbmiddotmiddotmiddotmiddot _ 16 82 ft -lb lb - ~ lb
La bomba suministra una carga de 2682 ft
Aacuterea transversal S 4
0089 ft Z
y 1 ( ( hp=[2682 ft - 1bJiexcl 1 842)t O089ft2)l8732Ibiexclj
lb) seg ft
potencia = 532 hp
4342 Bomba para la alimentacioacuten de carbonatos (BO-02)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsuccioacuten = 6 iexcln (para acero ANSI 83610-1975)
Dint = 6 in
Vs = 591 ftseg
ft = 1 cp = 001 gcm seg
81
244630
4 DISENtildeO
4 DISENtildeO
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) Para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
Cuadro 45 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para aliacutementacioacuten de la
bull pulpa
11
Cantidad Descripcioacuten K
Tramo recto
1 Entrada del recipiente al tubo I
023
5 Codos 90deg i
6 Vaacutelvulas de compuerta para pulpas I totalmente abiertas
i 1 T convencional
i
1 T converfcional ramificada
1 Vaacutelvula check
Total iexcl
Para la tuberiacutea de 6 in
tD = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f=0011
JF == OO~~i591ftseg)~44ft == 303ft-lblmiddot
2 322Ib 05 ft lb lbseg2
T LID
i
I 30
17
20
60
i
I
W == (197 -o)ft ~~~~f~~~ + (303)ft -lbl == 2273ft ~ lbf
r [322ft 11
32 ft-lb lb lb
~ - Ibfseg 2
82
L (ft)
93
I 25
5033
3422
671
2013
I 25
i
La bomba suministra una carga de 227 ft
hp =
iexclr transversal S =
4
potencia 10 hp
ff (05 j1)2
4
0196 ft2) seg
4343 Bomba para desalojo de extracto (80-03)
De la seccioacuten anterior se obtuvieron los siguientes datos
Dsucciacute6n 4 in (para acero ANSI 83610-1975)
Dint 4026 in 1023 cm
Vs 125 ftlseg
jl 3 cp 001 gcm seg
lO23cm 142913
4 DISENtildeO
lhp iacute 1 J 550 ft lb 060
seg)
De las tablas de longitudes equivalentes L y LID Y los coeficientes de resistencia K
del Manual Crane (apeacutendice A pp 48-50) para tuberiacutea de acero inoxidable ceacutedula
40
83
4 DISENtildeO
Cuadro 47 Longitudes requeridas para implementacioacuten de tuberiacuteas para desalojo del
ampxtracto
Cantidad Descripcioacuten K LID l (ft)
I Tramo recto 966
2 Entrada del recipiente al tubo 023 50
4 Codos 90deg 30 1396
3 Vaacutelvulas de compuerta totalmente abiertas 13 140 I
1 T convencional 20 v
1 T convencional ramificada 11
1 11
Total 11
BID = 000045 (Manual de Flujo de Fluidos capiacutetulo 3 pp 13)
f = 0017
del balance de
La bomba suministra una carga de 55 ft
84
4 DISENtildeO
n- D 2
Area transversal S= 4
hp -lb ) ( 651 jt 0089j[21[ lb seg )
iacute 1 1 060 J
potencia = 66 hp
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
Las bombas BO-04 y BO-05 quedan indicadas en los diagramas del proceso no
se determinan las potencias debido a que estaraacuten en funcioacuten de las condiciones
de operacioacuten del proceso de recuperacioacuten de aluminio
435 Disentildeo de los tanques de proceso
La norma ANSI B313-1976 asigna los requisitos de disentildeo y fabricacioacuten de
tuberiacuteas los cuales tambieacuten pueden aplicarse a el disentildeo de tanques de proceso
Los criterios de disentildeo se muestran a continuacioacuten ( Robert H Perry Manual del
ingeniero quiacutemico seccioacuten 23 tomo 2)
Presioacuten de disentildeo La presioacuten de disentildeo no seraacute menor a las condiciones de
presioacuten y temperatura PClfa el espesor mayor
Temperatura de disentildeo La temperatura de disentildeo es la temperatura del material
representativa para las condiciones conjuntas maacutes severas de presioacuten y
temperatura la temperatura del metal seraacute considerada como la temperatura del
fluido
De la misma manera el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII asigna los requisitos de disentildeo
y fabricacioacuten de tanques de proceso
85
4 DJSENtildeO
La casi totalidad de los tanques son ciliacutendricos debido a la fuerza estructural que
esta geometriacutea provee y a la gran capacidad de soportar esfuerzos inherentes al
proceso (Constantino Aacutelvarez Disentildeo de tanques de procesos)
a) Esfuerzo longitudinal resultantes de la presioacuten interna del tanque
b) Esfuerzo circunferencial resultante de la presioacuten interna del tanque
c) Esfuerzo residual de soldadura
d) Esfuerzos resultantes de cargas adicionales tales como viento nieve hielo
equipo auxiliar y cargas de impacto
e) Esfuerzos resultantes de diferencias teacutermicas
Los disentildeos de los tanques de procesos del presente trabajo estaacuten calculados
seguacuten el Coacutedigo ASME Seccioacuten VII El siguiente esquema presenta una geometriacutea
general para el disentildeo de tanques de mezcla el cual que sirve como base de
caacutelGulo pues es sabido que los factores de disentildeo para tanques agitados variacutean
para cada caso en particular y resultariacutean tantas geometriacuteas como equipos y
sustancias se manejen
Figura 42 Disentildeo de tanques de procesos
de donde
86
T Diaacutemetro de Tanque m
H Altura de Fluido m
W Ancho de Agitador m
O Diaacutemetro del Agitador m
B Desviador de Pared m
C Distancia del Tanque al Agitador m
Z Altura del Tanque m
4 DISENtildeO
Las dimensiones del agitador desviador de pared y distancias del agitador a las
paredes del tanque se determinan seguacuten la figura 42
4351 Espesor de las paredes
Seguacuten el requisito del ASME Boiler and Pressure Vessel Code el disentildeo es para
una presioacuten de 10 maacutes o menos por encima de la presioacuten de operacioacuten maacutexima
esperada con el fin de evitar fugas la formula para el espesor miacutenimo requiere
conocimientos tajes como las tolerancias dejadas por corrosioacuten y erosioacuten al igual
que a los esfuerzos maacuteximos permisibles de los materiales de construccioacuten
PopDo t==--+C (411)
2jE
Patm+Phid (412)
Phid
de donde
t espesor de la pared del tanque
Do diaacutemetro interno del tanque
(413)
f esfuerzo permisible para el material de fabricacioacuten
E factor de calidad de grado estructural con valor aproximado de 092
87
4 DISENtildeO
C tolerancia dejadas por la corrosioacuten y erosioacuten con un valor aproximado de 18 in
presioacuten de operacioacuten Patm + Pman Pa
Phid Presioacuten hidrostaacutetica Pa
p densidad del fluido contenido en el tanque
g aceleraGIacuteoacuten de la gravedad = 981 mseg2
H altura del fluido en el tanque m
La presioacuten hidrostaacutetica en tanques ciliacutendricos variacutea de un miacutenimo en la parte
superior de la fila maacutes alta a un maacuteximo en la parte inferior de la fila maacutes baja Al
determinar el espesor de Una fila determinada el disentildeo basado en la presioacuten de
la parte inferior de la fila resulta un sobre disentildeo para el resto de la placa un
disentildeo basado en la parte superior de la fila resultaraacute un disentildeo pobre que puede
no ser adecuado Un disentildeo basado en la presioacuten de un piacutee de altura de la parte
inferior de la fila puede considerarse un disentildeo conservador
El API~50 por motivos de fabricacioacuten e instalacioacuten establece los espesores
miacutenimos incluyendo el sobre espesor por corrosioacuten dependiendo del diaacutemetro del
tanque
Diaacutemetro del tanque m
Menor de 153 5
de 153 a 366 6 (3116)
de 366 a 61 8 (14)
mayores de 61 10 (38)
De los materiales para la construccioacuten de los tanque que se muestran en la tabla
45 se seleccionan aquellos que contengan una gran cantidad de Ni y Cr
asegurando con esto la resistencia de los materiales a la corrosioacuten por lo que
elegimos el material con la siguiente aleacioacuten 25 Cr y 20 Ni (serie A312)
88
4 DISENtildeO
4352 Tanques de agitacioacuten TAmiddot01 al T-04
VPulpa = (Masa residuo + Masa de agua) bull Ppulpa
VPu1pa = (25 Toneladas residuo + 125 Toneladas agua) (m3 f 13 Toneladas
pulpa) = 1153 m3
Se propone un volumen de 14 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Otanque = 25 m
Altura del tanque
H D 2
1 Tanque
414m 3
1C(25mY
Altura de la pulpa
H
285m
El espesor se calcula usando la ecuacioacuten 411
Altura de pulpa 235m
P = 13 Kgfm 3
Patm = 1 atm
89
Phid ~ 3Kg m 3 981111 235111 30Pa
lOl325Pa + 30Pa = l0L355KPa
l0L355KPa25m +0004111 43lO-m O17in 2 5171 06KPa 092
Desviadores de la pared B
B= ID 12
1 25m 12
021m
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e ~D =~ 25m 042m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d ~middotD= 25m 062m
4 4
Ancho del agitador W
w = 1 d 062m = Ol5m 4 4
Dimensiones
Volumen = 14 m3
Diaacutemetro = 25 m
90
4 DISENtildeO
Altura = 285 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 021 m
Distancia del tanque al agitador = 042 m
Diaacutemetro del agitador = 062 m
Ancho del agitador = 015 m
4353 Tanque de pulpa TP-01
VTanqUe = (Masa residuo + Masa de agua) Ppulpa
4 DISENtildeO
VTanqu (5 Toneladas residuo + 10 Toneladas agua) (m3 115 Toneladas pulpa)
= 10 m3
Se propone un volumen (de 12 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque 225 m
Altura del tanque
412m 3
~-~2 = 30m r (225m)
Altura de la pulpa
=25m
91
Altura de pulpa 25m
p 15 Kgm3
Patm = 1 atm
Phid = 15KglmJ 981m 25m = 3678Pa
Por lOl325Pa + 3678Pa 1 1) l361KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
B ~D 225m==019m 12 12
Distancia del tanque al agitador C
e == 1 D 225m = O38m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = D = - 225m == 056m
4 4
Ancho del agitador W
92
4 DISENtildeO
Dimensiones
Volumen = 12 m3
Diaacutemetro = 225 m
Altura = 30 m
Espesor = 017 in
Desviadores = 019 m
Distancia del tanque al agitador = 038 m
Diaacutemetro del agitador = 0056 m
Ancho del agitador = 014 m
4354 Tanque de carbonatos TC-01
(25 toneladas agua 08) = 20 ton agua
20 toneladas carbonatos 1 m310 toneladas carbonatos = 20 m3
4 DISENtildeO
Se propone un volumen de 25 m3 para considerar volumen ocupado por el
agitador y un margen para la agitacioacuten
Se propone un diaacutemetro para el tanque
Dtanque = 3 m
V L JfD 2H ranqu~ 4
Altura del tanque
H
Altura de la solucioacuten de carbonatos
93
4V H = __ ~~nqu~
n D2 Tanque
p = 10 Kgm3
Patm = 1 atm
4 201n3
= 337m n (275mY
Phid = lOKg m3 981m seg 2 337m = 3306Pa
Pp = 1 O 1325Pa + 3306Pa = 101358KPa
Aplicando la ecuacioacuten 411
Desviadores de la pared B
1 1 B =--- D =-- 275m = O23m
12 12 -
Distancia del tanque al agitador C
1 1 e = --D = - 275m = 046m 6 6
Diaacutemetro del agitador d
1 1 d = --D = -- 275m = O69m
4 4
Ancho del agitador W
94
4 DISENtildeO
w = 1 d = 1 O69m O17m 4 4
Dimensiones
Volumen = 20 m3
Diaacutemetro = 30 m
Altura = 33 m
Espesor = 018 in
Desviadores = 023 m
Distancia del tanque al agitador = 046 m
Diaacutemetro del agitador = 069 m
Ancho del agitador = 017 m
4 DISENtildeO
95
Flglra 41biagrama de bloques del proceso de tratamiento del residuo con cromo hexavalente
Tanque de Almacenamiento
De carbonatos --iexcl-
Almacenamiento
----------------_- ----------
4 DISENO
~
1I amp
~~I l
~i iexcliexcl
iexclI ~
~
~iexcliexcliexcl
I 15
L uuml
~ ~ ~
(
t
~
f ~
t I
1 I
~ ~
~ 15 w
~ ~
~
~
Q
I o
~ a
o Sil
~
iexcliexcliexcl o IJ
t (
gt-
o z iexcl o amp
r
-+---
z omiddot o ~ w
ni
I
TANQUEOE CARBONATO
TANQUE DE PULPA
TAN 00 E DE AGITADOR 111
-- 40 60
DIAGRI(~ DE TUIlEIlIA
E INSTRUfllTACON
160
5 CONCLUSIONES
5 CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES
Las concentraciones de aluminio y cromo del residuo justifican el desarrollo de un
proceso para su recuperacioacuten
La liberacioacuten del cromato requiere de disolver a la aluacutemina lo que indica que estaacute
retenido por esa sustancia amorfa Parte de los cromatos estaacuten ocluidos y otra
parte adsorbidos aunque la fuerza de retencioacuten es baja La mayor parte se libera
faacutecilmente con agua y solamente una baja concentracioacuten 16) permanece en
el material
La solucioacuten de carbonatos libera maacutes cromatos que los OH-o (al pH similar)
la mayor parte de los cromatos se liberan con agua mientras que la otra parte se
retiene en el soacutelido Durante la extraccioacuten de los cromatos retenidos se encontroacute
que estaacuten ocluidos y otra porcioacuten estaacute sorbida
las condiciones de liberacioacuten de cromatos maacutes eficientes son 1 hora de agitacioacuten
a 250 rpm -que es la maacutexima velocidad que se alcanza con el equipo que ya
existe en la planta- relaciacuteoacuten 1 5 (residuo extractante) y 1 Yz hora de
sedimentacioacuten La extraccioacuten se realiza sucesivamente en dos lavados la primera
con agua y la segunda con solucioacuten de carbonatos (01 M)
El disentildeo del proceso presenta las siguientes ventajas
bull Bajo consumo de agua y reactivos
bull Baja inversioacuten de capital ya que utiliza equipo existente y no requiere
equipos especiales
bull No se aumenta el volumen de soacutelidos
bull El residuo tratado ya no se clasifica como peligroso
bull No se generan emisiones al ambiente
bull El soacuteliacutedo residual presenta un alto contenido de aluminio
104
5 CONCLUSIONES
Los tanques de agitacioacuten en los cuales se realiacuteza una sedimentacioacuten
parcial evita el uso de filtros
bull La elevacioacuten de los tanques evita el uso de bombas
bull El disentildeo de cada etapa del proceso reduce los tiempos de operacioacuten pero
establece lapsos entre el tratamiento de un lote y otro para el
mantenimiento del equipo
Se considera importante que en el futuro se lleven a cabo estudios
complementarios para recuperar el aluminio del residuo lixiviado asiacute como para
reducir maacutes el consumo de agua
Dentro de estos estudios se podriacutea evaluar si se puede lixiviar los carbonatos de
sodio que todaviacutea contiene el residuo mineral y medir su eficiencia para recuperar
cromatos del residuo rico en aluacutemina
105
BiBLIOGRAFiacuteA
BIBLIOGRAFiacuteA
Anderson RA (1980) Nutritiacuteonal role of Cr Scl Total Enviran 17 13-29
Appelo CAJ yO Postma D (1993) Geochemistry Groundwater and Poffutiacuteon
P154 Ed AA Balkena rotterdam netherlands total de paginas 535
Aubert H Y Pinta M (1980) Trace Elements in Soils Elsevier Scientifiacutec 1 st
Ediacutetion 2nd Impression Amsterdam pp 395
Babor JA Y Ibarz AJ (1964) Quiacutemica General Moderna Ed Morin SA
p687
Barceloux Donald G (1999)Chromium Cliacutenical Toxicgy pp 37
Capellmann M Bolt HM(1992) Chromium (VI) reducing capacity of ascorbic acid
and of human plasma in vitro Arch Toxicol 66 45-50
Cary E Alloway W Olson O (1977) Control of chromium concentrations in
foods plants Absorption and transocatiacuteon of Chromium by plants Journal Agriacutee
Food Chem Vol 25 numo 2
Cataacutelogo de Normas Oficiales Mexicanas Secretariacutea de Economiacutea 2003
Cervantes C Campos G Devars S Gutieacuterrez C Loza T H Torres G J Y
Moreno S R(2001 Interactions of chromium with microorganisms and plants
FEMS Microbiology Reviews Vot25 p35-347
Cotton A Y Wilkinson G (1973) Quiacutemica inorgaacutenica avanzada Ed Limusashy
Wiley SA Meacutexico pp 784
De flora S Camoirano A Serra D y Bennicelli C (1989) Genotoxiacutecityand
Metabofism of Chromium Compounds Toxicologlcal and enviacuteronmental
chemistry Vol 19 pp 153-160
106
BIBLlOGRAFiA
Oiacutean DH Y Vineent J (2002) In vivo diacutestribution ot chromium trom chromiacuteum
picoliacutenate in mts and implications for the safefy ot the dietary supplement
Chemiacutecal research in toxiacutecology vol 15 num 2 pp 93-99
Dupuis G Benezra C (1982) AIergic Contact Dermatitis fo Simple Chemicals A
molecular Approach New York Mareel Dekker pp 82-85
EPA Meacutetodo 7198 Chromium Hexavalent (Differential Pulse Polarography)
reviston O 1986
Meacutetodo 3060- A Akallne Digestion for Hexavalent Chromium Revisioacuten 1
1996
EPA Meacutetodo 7196-A Chromium Hexavalent (Colorimetric) revision 1 1992
Garcia G A (1998) Estabilizacioacuten de un residuo rico en cromo hexavalente
tesis de licenciatura Facultad d Quiacutemica UNAM
Garcia P A Martiacuten P A Peacuterez P B (1963) Eczemas de contacto con
sensibilidad al cromo en amas de casa Actas Dermo-Sifliograacuteficas 54 621-625
Gil G Manriquez LFernandez JM (1995) Dermatitis de contacto por
cemento toxicocineacutetiacuteca del cromo y derivados Fuentes de exposicioacuten
Actualidad Dermatoloacutegica voL 34 Mayo 1995 p 365
Gonzalez M A (2002) Caracterizacioacuten y tratamiento de un residuo toxico
proveniente de la obtend6n de croma tos recuperacioacuten de cromo hexavalente
tesis de licendiatura Facultad de Quiacutemica UNAM
Guha H J E Saiers S C Brooks P M Jardine and K Jaychandran (2001)
Chromium transport oxidation and adsorption within b -Mn02-coated sand
Journal of Contaminant Hydrology voL49 pp311-334
107
BIBLIOGRAFiacuteA
Gutieacuterrez M E1 UNAM Instituiacutea de Geografia_ Investigacioacuten del Impacto
Ambiental de la Dispersioacuten de los Compuestos de Cr en aacuterea del valle de Leoacuten
Gto Quiacutemica Central de Meacutexico SA de CV UNAM Instituto de Geofiacutesica
Gutieacuterrez M E Bazuacutea E R Gonzaacutelez ML yVillalobos M (1991)
Estabiliacutezacioacuten y fabricacioacuten de ladriacuteflos en Premio Nacional SERFIN El medio
ambiente Futura editores SA de CV Villa Nicolaacutes Romero Meacutex p 19-25
Gutieacuterrez Ruiz M VllIalobos-Pentildealosa M y Miranda JA (1990) Chromium
pollution evauatiacutean in groundwaters af Narth Mexico City Rev Int Contam
Ambient 6 5-18
Hagenfeldt L Arvidsson A Larsson A (1978) Gutathione and gammashy
glutamylcysteiacutene in whole blood plasma and erythrocytes Clin Chiacutem 85 167
Huheey J E (1978) Inorganic Chemistry Second Ed Harper and Row New
York Pp 312-325
Internatiacuteonal Standard meacutetodo ISO 11464 Soiacutel quaity- Pretreatment of samples
forphysico-chemical analyses Primera edicioacuten 1994-10-01
Jeaniacutene Meeussen J Hiacutellier S David G Lumsdon R G Farmer J and
Paterson E (2002) Identification and geochemical modeling of processes
controlling leachiacuteng of Cr(VI) and other major elements from chromite ore
0lt1 residueGeochimica et Cosmochimica Acta Volume 66 lssue 22
3927-3942
SA Salem H (1994) The biacuteofogiacutecal and enviacuteronmental chemistry of
chromium VCH NewYork
Keenan C Kleinfeter D Wood J (1985) Quiacutemica general universitaria Meacutexico
3a edicioacuten ed Continental pp944
Kirk y Othmer (1979) Encyclopediacutea of Chemical Technofogy 3rd Ed John Wiley
and Sons New York Vol 6 pp 54-5682-120
108
BIBLIOGRAFiacuteA
KumupuJainen JT (1992) Chromium content of foods and diets Bio Trace Elem
Res 32 9-18
Langard S Norseth T (1979)Chromium En Friberg L Nordberg GF Vouk VB
Handbook on the Toxicology of Metals Amsterdam Elsevier North-Holland
Langard SAo (1980) A survey of respiratory symptoms and lung function in
ferrochromium and ferrosilicon workers Int Arch Occup Environ Health 46 1
Langmuir O (1997) Aqueos Environmental Geochemistry Prentice mayo Inc
USA 600 pp
Ley General del Equilibrio Ecoloacutegico y la Proteccioacuten al Ambiente (1993) 8deg ed
Meacutexico Porruacutea 577pp
Mertz W (1969) Chromium Occurrence and Function in Biological Systems
Physiol Rev vol 49 pp 163-239
Mertz W y Scharz K (1955) Impaired intravenous glucose toleranee as an
early siacutegn of diacuteetary necrotic liver degeneration Arch 8iochem Biophus VoIS8
pp 504-506
Moller OR Brooks SM Bernstein 01 Cassedy K Enrione M Bernstein Il
(1986) Deayed anaphylaetoid reaetion in a workerexposed to chromium J
Allerg Clin Immunol vol77 pp 451-456
Nonna ISO 11464 Pre-tratamiacuteento de muestras para fos anaacutelisis fiacutesicos y
quiacutemicos
Poschenrleder Ch Barcelo J Gunse 8 (1986)E1 Impacto del cromo en el
ambiente 1 Presencia natural y antropogeacutenica del Cromo en el ambiente
Circular Farmaceacuteutica 290 23-38 Barcelona
Riacutenehart WE Gad SC (1986) Current Concepts in Occupational Health Metalsshy
Chromium Am Ind Hyg Assoc Journal 47 696-699
109
BIBLIOGRAFiacuteA
Smith T J Blough S (1983) Chromium Manganese Nickel and Other Elements
En Rom W MPH ed Environmental and Occupational Medicine 1a ed Boston
Brown and Company paacuteg 491-494
Soto Melo J (1966) Ulceraciones por cromo Pigeonneau Actas Dermoshy
Stfiliograacuteficas 57 323
Srivastava AK Gupta BN Mathur N Rastogi SK Garg N Chandra SV (1992)
Bload chromium and niacuteckel in reafian fo respiacuteratory symptams amang industrial
workers Vet Hum Toxicol 34
Tronnier H Turck B (1969) Liacutechf und Chromekzem Berufsdermatasen 17 1
Uflmann F (1950) Enciclopedia de Quiacutemica Industrial Industria quiacutemica
inorgaacutenica y sus productos Tomo 111 seccioacuten 11 Editorial Gustavo Gil
Versiek J Hoste J Barbier F Steyaert H De Rudder J Michels H (1978)
Determination o chramium and cobelf in human serum by neutron activafion
anaysis Clin Chem vol24 pp 303-308
Wong D (1989) Mechanism and theory in food chemistry New York Van
Nostrand Reinhold p 428
Yawata Y Tanaka KR (1973) Red cef glutafhiacuteone reductase mechaniacutesm of
acUon of inhibitors Biochim Biophys vol321 pp72
Zielhuis RL (1981) Exposure Limits no Metals farfhe General Papuafian Proc
Int Canf Heavy Metals in the Environment CEC-WHO Amsterdam
110
APENDCES
Apeacutendice A
A1 Resultados de los anaacutelisis cualitativos y cuantitativos del residuo rico en aluacutemina (G~nzaacutelez 2002)
i COMPUESTO DIFRACCION DE RAYOS X ESPECTROSCOPIA DE IR bull Ajz0 3 VI
Na2 S04 VI
SiacuteOz VI
NazCr04 v v
f AISiacute2 Oa(OHh v
(MnMgHSi04h(OH)2 v
FeV04 v np o JO encontrados en el residuo mediante Difraccioacuten de Rayos X y Espectroscopia de IR cercano (Gonzaacutelez
~ELEMENTO ESPECTROscopIA DE FLUORESCENCIA RAYOS X
O 4611 Na 1334 Al 1162 Si 726
ABSORCiOacuteN ICA
1106
S __ ~ __________ ~2~3~8~ ________ ~ ________________ ~ 076 038 118 1226 035
Elementos encontrados en el residuo al someter las muestras a estudios de peciroscopla de Fluorescencia de Rayos X y Absorci~n Atoacutemica (Gonzaacutelez 2002)
111
~
APENDCES
Apeacutendice A2 Meacutetodos y teacutecnicas experimentales
A21 Preparacioacuten de muestras para anaacutelisis fiacutesicos y quiacutemicos (meacutetodo ISO 11464)
Se homogenizo la muestra por medio de un procesos de cuarteo para preparar una muestra compuesta y representativa
Se secaron las muestras a una temperatura que no excediera los 100 oC durante 24 horas
Se molioacute en un molino de bolas y se tamizoacute hasta obtener partiacuteculas de 250 iexcltm (60 mesh)
Una vez molida la muestra se volvioacute a homogenizar y se tomoacute un 1 kg para realizar los experimentos y medicioacuten de propiedades
A22 Medicioacuten de pH y Conductividad de las muestras analizadas
bull Se tomaron 10 9 de muestra en recipientes de vidrio debidamente
marcados y por duplicado
bull Se agregaron 50 mL de agua destilada y se taparon perfectamente con
un tapoacuten plaacutestico
bull Se colocaron en un agiacutetador mecaacutenico durante 1 hora a 250 rpm
bull Una vez finalizada la agitacioacuten se dejoacute que se sedimentaran las
muestras
Se midieron los valores de pH y conductividad en los extractos obtenidos Los equipos utilizados fueron calibrados de acuerdo a su manua al inicio y cada 10 muestras
El equipo utilizado para la medicioacuten de pH y conductividad fue Agitador orbltal marca Lab-Line modelo 4690 pH metro marca Fisher Scientific modelo Accument 10 Potencioacutemetro marca Beckman modelo720
112
APENDICES
A23Meacutetodo 3060-A digestioacuten alcalina
Este meacutetodo utiliza una digestioacuten alcalina para solubilizar el cromo hexavalente
presente en la muestra soacutelida La muestra se digiere usando una solucioacuten 028M
de Na2C03 I 05M de NaOH y calentando de 90 a 95degC durante 60 minutos
Posteriormente el extracto alcalino es analizado mediante UV-Vis por el meacutetodo
7196-A colorimetriacutea a partir de una curva de calibracioacuten preparada previamente
Preparacioacuten de las soluciones
bull Solucloacuten digestiva disolver 200 plusmn 005 9 de N aOH y 300 plusmn 005 9 de
Na2C03 en agua y transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Se llevoacute la
solucioacuten a la marca de aforo con agua destilada El pH de la solucioacuten fue
de 135
bull Buffer Disolver 8709 9 de K2HP04 y 6804 g de KH2P04 en agua y
transferir a un matraz volumeacutetrico de 1 L Llevar a la marca de aforo con
agua destilada
bull MgCI2 con el fin de evitar la reduccioacuten de Cr(VI) a Cr(lll)
Todos los reactivos utilizados fueron grado analiacutetico
El equipo utilizado para este procedimiento fue el Horno de microondas marca
Cem modelo Mars X
Procedimiento
bull Se colocaron 25 g plusmn 001 9 de muestra en los frascos digestores
Posteriormente se adicionaron 50 mL de solucioacuten digestiva 300 mg de
cloruro de magnesio y 1 mL de solucioacuten amortiguadora
bull Se colocaron en agitacloacuten y calentamiento por una hora
bull Controles de caliacutedad
113
i
APENDCES
En cada lote cada 8 muestras se colocoacute una muestra adicional a la cual se le
adicionoacute una cantidad conocida de un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI) con la
finaliacutedad de conocer la eficiencia de extraccioacuten Ademaacutes un blanco y un blanco
adicionado con un estaacutendar de 100 ppm de Cr(VI)
A24Meacutetodo 7196-A Lectura de Cr (VI)
Aparatos y reactivos utilizados
Agua desionizada
Solucioacuten estaacutendar de dicromato de potasio
Acido sulfurico al 10 (vv)
Soludon de difenilcarbazida Se disolvioacute 250 mg de difenilcarbazida en 50 mL de
acetona
Acetona grado analiacutetico
Espectrofotometro de UV-visible marca CARY modelo 3E
Una vez realizada la digestioacuten se toma una aliacutecuota de volumen conocido del
extracto a un matraz volumeacutetrico de 100 mLy se le adicionan 2 mL de la solucioacuten
de difenilcarbaida y se mezcla
Se antildeade la solucioacuten de aacutecido sulfuacuterico de modo que la solucioacuten quede a un pH de
2 plusmn 05 y se completa a 100 mL con agua
Se toma una porcioacuten de la solucioacuten y se transfiere a una celda de absorcioacuten de 1
cm y se mide la absorbancia a 540 nm para saber la concentracioacuten de Cr (VI) en el
residuo
114
APENDCES
Para hacer las mediciones correctas de absorbancia se realizoacute una curva de
calibracioacuten como referencia dando los siguientes resultados
m) Lectura 05 0413
2 08273 3 15 12091 4 2 15987 5 25 19629 6 3 23337 7 35 26412 8 4 30647 9 10
Curva de Calibracioacuten de Cr(Vl)
4
o 2 3
Concentracioacuten
y= 07522x + 00658 R2 09993
4 5
Ecuacioacuten de la curva de calibracioacuten y O7522x + 00658
Coeficiente de correlacioacuten 09993
Limite de cuantificacioacuten 50 mg f l
Limite de deteccioacuten 0045 mg I L
115
6
APENDCES
Figura B 2 Solubilidad de la aluacutemina en funcioacuten del pH
Figura 81 Distribucioacuten de especies de carbonatos en funcioacuten del pH
116
ANEXO 1
NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO
ANEXOS
Cada paiacutes tiene sus normas fas mas importantes estaacuten indicadas a continuacioacuten
SAE ESTADOS UNIDOS ASTM ESTADOS UNIDOS DIN ALEMANIA JIS JAPON BS INGLATERRA AFNOR FRANCIA ITINTEC PERUacute COVENIM VENEZUELA
UNE ESPANtildeA UNI ITALIA
GOST RUSIA
En el caso de los aceros para construccioacuten las normas maacutes comunes son
ASTM A615 GRADO 60 ASTMA706 ASTM A36
Barras de construccioacuten
Barras de construccioacuten solda bies Perfiles de acero estructurales
La norma SAE suministra un medio uniforme de designacioacuten de aceros Los coacutedigos SAE establecen rangos de composicioacuten quiacutemica que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE
NORMASAE
La norma SAE J403e establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros al carbono SAE SAE 1005
SAE 1095 SAE 1110
SAE 12L 14 SAE 1513 1572
la norma SAE J404F establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados
116
ANEXOS
La norma J405b establece la composicioacuten quiacutemica de los aceros aleados forjados
ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b) El primer digito del coacutedigo indica el tipo al cual el acero
indica un acero al carbono
2 indica un acero al niacutequel
3 indica un acero al cromo-niacutequel
En el caso de un simple acero aleado e12deg digito del coacutedigo generalmente indica
un aleante o combinacioacuten de aleantes y algunas veces el porcentaje aproximado
del elemento aleante predominante
Usualmente los uacuteltimos 2 o 3 diacutegitos indican el contenido aproximado de carbono
en puntoso centeacutesimos de uno por ciento Asiacute el SAE 5135 indica un acero al
cromo de aproximadamente 1 de cromo (080 a 105) y 035 de carbono
(033 a 038)
Ejemplos
1 El acero SAE 1020 tiene los siguientes rangos de composicioacuten quiacutemica
C = 018 - 023
Mn = 030 - 060 P = 0040 max
S = 0050 max
Si = 0035 max
El coacutedigo SAE nos indica SAE 1020 SA E 10
Acero al Carbono
NORMA ASTM
20
carbono = 020
(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING ANO MATERIALS)
Los requisitos o caracteriacutesticas que debe cumplir una cantildeerla (su diaacutemetro nominal es distinto de su diaacutemetro real) o un tubo (su diaacutemetro nominal coincide con su diaacutemetro real) estaacuten determinados por su aplicacioacuten o uso Estos requisitos consisten fundamentalmente en reunir ciertas propiedades mecaacutenicas y tener ciertas caracteriacutesticas de resistencia al medio al que seraacuten expuestas lo que estaacute determinado fundamentalmente por el materiacuteal meacutetodo de fabricacioacuten y tratamiento teacutermico de eacuteste
117
ANEXOS
Con el fin de ordenar uniformar y asegurar la calidad se han establecido normas que como las ASTM se preocupan de estos aspectos Dado que no es econoacutemico imponer exigencias de fabricacioacuten que produzcan caracteriacutesticas no necesarias en una aplicacioacuten particular no existe una norma uacutenica y se han desarrollado normas especiacuteficas para cada tipo de aplicacioacuten De aquiacute que el nuacutemero de normas ASTM existentes para cantildeeriacuteas y tubos es muy grande ASTM ha organizado las muacuteltiples normas en grupos separados Todas aquellas que se refieren a metales ferrosos (hierro y aceros) llevan el prefijo A ( ejemplo A312) Las que se refieren a metales no-ferrosos llevan el prefijo B ( ejemplo 8622) Aquellas que llevan una doble designacioacuten como A789A789M-99 contemplan unidades de medidas tanto imperiales como meacutetricas (los diacutegitos despueacutes del guioacuten se refieren al antildeo de publicacioacuten de la norma) Hay normas que se refieren a requisitos generales que son necesarios en un gran nuacutemero de normas especiacuteficas ( Ejemplo A530 Requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados) y hay otras que son especiacuteficas para un tipo de apliacutecacioacuten particular ( Ejemplo A270 Especificaciones estaacutendar para tubos con y sin costura de acero inoxidable austeniacutetico de uso sanitario) Al momento de especificar una cantildeeriacutea o tubo para una aplicacioacuten particular se debe tener presente que puede haber varios materiales contemplados dentro de una norma que cumplen con los requisitos particulares Por otro lado un mismo material puede estar incluido en varias normas Hay dos normas generales para cantildeeriacuteas y para tubos que son aplicables a una serie de normas particulares por lo que forman parte impHcita de cada una de ellas
A530Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para cantildeeriacuteas especializadas de aceros al carbono y aceros aleados A450 Especificacioacuten estaacutendar de los requisitos generales para tubos de aceros al carbono aceros aleados ferriacuteticos y aceros aleados austeniacuteticos Estructura del coacutedigo ASTM Esta formado de la siguiente manera
A S T M
Nmma
118
96
Aiiode adopcioacuten
ASTM 6 A 611 - 9 6 b 3deg revisIacuteoacuten en
ASTM A615A615M - 9 El
2deg revisioacuten antildeo
ANEXOS
Barras de acero rlgt1frf y
lisa para de concreto armado
Cuando el acero tiene varios grados se indica el grado del acero a continuacioacuten de la norma
Ejemplos
Generalmente en estos casos el grado indica el valor del limite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips) Asiacute por ejemplo
ASTM A615 IA615M 96a Grado 60 indica las barras de construccioacuten con un limite de fluencia miacutenimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada El acero ASTM A572A572M-94c Grado 50 indica que el limite de ftuencia miacutenimo
de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado
Las normas ASTM de materiales establecen valores miacutenimos para
Ejemplo
En el acero ASTM A 36 los valores miacutenimos establecidos por la norma son
119
ANEXOS
Composicioacuten quiacutemica
Para efectos de garantizar la soldabHidad la norma ASTM establece valores Maacuteximos permisibles para el
Asiacute por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como limite maacuteximo de foacutesforo de 0050
La norma ASTM A 36 establece valores miacutenimos siguientes
La Norma ASTM es la mas utilizada internacionalmente Aceros Inoxidables Serie 300
Entendemos por acero una aleacioacuten de Hierro y Carbono(y pequentildeas cantidades inevitables de manganeso cobre siUcio azufre y foacutesforo) que se caracteriza por sus propiedades de resistencia mecaacutenica muy superiores a las del hierro puro La adicioacuten al acero de algunos elementos tales como Cromo Molibdeno Niacutequel Vanadio Aluminio Cobalto Columbia (Niobio) Titanio Tungsteno Zirconio u otro le confiere pro-piedades mecaacutenicas especiales para una aplicacioacuten determinada Estos aceros se denominan geneacutericamente aceros aleados Tambieacuten se consideran aceros aleados aquellos en que se excede los siguientes valores liacutemite 165 Manganeso 060 Silicio o 060 Cobre Los aceros inoxidables la serie 300 seguacuten designacioacuten A ISIASTM son los aceros en toda industria que maneja ambientes y fluidos corrosivos
120
ANEXOS
Corresponden a una categoriacutea denominada Aceros Austeniacuteticos por tener todos la estructura metalograacutefica del hierro a temperatura alta( gt 910degC) Formados baacutesicamente por la incorporacioacuten al hierro elementos de aleacioacuten como Cr Ni Mo y otros logran mantener a temperatura ambiente y en forma estable la estructura de la austenita gracias al niacutequel La serie 300 es faacutecil de trabajar en friacuteo y se puede soldar con facilidad con ciertas precauciones La propiedad de inoxidable se la deben fundamentalmente al contenido de cromo(gt1 05) El papel del niacutequel es baacutesicamente estabilizar la
estructura austeniacutetica y contribuir a la resistencia a la corrosioacuten y propiedades mecaacutenicas La resistencia a la corrosioacuten y las buenas propiedades mecaacutenicas dependen no soacutelo de la composicioacuten del acero sino tambieacuten de su estructura Por esta razoacuten mediante un adecuado tratamiento teacutermico (recocido a disolucioacuten) consistente en calentar a alta temperatura(gt 1 040degC) durante un tiempo (para asegurar la disolucioacuten total del carbono) seguido por un enfriamiento brusco se logra un acero de oacuteptimas propiedades
El acero 304 ysus variantes constituyen un grupo muy popular cuyos elementos de aleacioacuten son cromo(18-20) y niacutequel(8-11 ) El grado 304 corriente con los miacutenimos contenidos aceptables de Cr(18) y Ni(8) ha sido tradicionalmente designado como acero inoxidable 18-8 Presenta una buena resistencia a la corrosioacuten atmosfeacuterica y por agentes corrosivos moderados especialmente a temperatura ambiente La variante 304L se diferencia por u n contenido de c arbono(O035) inferior al 304(008) con lo cual se elimina el problema de sensibilizacioacuten (que conduce a problemas de corrosioacuten intergranular) en la zona afectada por el calor durante la soldadura El grado 304L puede ser soldado y usado tal cual sin necesidad de tratamiento teacutermico ya que la soldadura y zona vecina no sufriraacuten de corrosioacuten intergranular Como consecuencia del menor contenido de carbono del grado 304L las propiedades mecaacutenicas tensioacuten de ruptura(S) y liacutemite elaacutestico(Y) se ven disminuidas La forma tradicional de mejorar las propiedades mecaacutenicas d e a ceros p ara ser usados a alta temperatura es aumentar el contenido de carbono El grado 304H puede tener hasta 010 de carbono para este efecto Una forma maacutes moderna de mejorar la resistencia mecaacutenica (especialmente a alta temperatura) es agregando pequentildeas cantidades de nitroacutegeno a la aleacioacuten del acero el que actuacutea como elemento intersticial disuelto igual que el carbono El grado 304N y 304LN contienen nitroacutegeno con ese fin El nitroacutegeno tambieacuten contribuye a mejorar la resistencia a la corrosioacuten por pitting (corrosioacuten por picadura) causada por cloruros
121
- Portada
- Iacutendice General
- Introduccioacuten
- 1 Antecedentes
- 2 Parte Experimental
- 3 Resultados y Discusioacuten
- 4 Disentildeo
- 5 Conclusiones y Recomendaciones
- Bibliografiacutea
- Apeacutendices
- Anexos
-
Related Documents
![Manual Del Ingeniero Quimico - Perry [Tomos 1-6]](https://static.cupdf.com/doc/110x72/55cf96bc550346d0338d6fc1/manual-del-ingeniero-quimico-perry-tomos-1-6-56817d0249df3.jpg)
