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Ciencia & Tecnología

La arcilla, potencial descontaminante de aguas industriales

Con arcilla tipo bentonita se removió hasta el 99,47 % del cromo presente en aguas contaminadas por metales pesados.

Manizales, 30 de octubre de 2019Agencia de Noticias UN-

Arcillas naturales (bruta y molida). Fotos: UNAL Sede Manizales.

Muestras de agua residual provenientes de recubrimientos electrolíticos.

Antes y después de las adsorciones con Bent-Na y BentHDTMA.

La investigación se desarrolló con arcilla proveniente del municipio de Armero-Guayabal (Tolima).

Contaminantes en la quebrada Manizales.

Johnatan David Castro Castro, estudiante de la Maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales, afirma que algunas aguas residuales de la industria metalmecánica tienen en su composición altos contenidos de metales pesados como níquel, plomo, zinc, cobre, cadmio, mercurio, arsénico, manganeso y cobalto, los cuales son perjudiciales para los ecosistemas y la salud humana.

Entre dichos metales se encuentra el cromo (Cr), cuyo estado de oxidación más alta es el +6, los estados poco frecuentes son +4 y +5 y los estables +2 y +3. Este último, conocido como “verde cromo”, se utiliza con frecuencia en la elaboración de colorantes y pinturas.

En Manizales, la industria metalmecánica es uno de los sectores más importantes, y entre las empresas que se destacan están aquellas dedicadas a la fabricación de autopartes y motopartes, artículos para el hogar, herramientas y maquinaria de uso general. De hecho, el 34 % de las empresas se dedican a la fabricación de productos metálicos y un 6 % al tratamiento y revestimiento de metales.

“El cromo verde es el más tóxico, y por tanto la exposición prolongada a este metal puede causar alergias en la piel y cáncer”, explica el estudiante Castro, quien diseñó una estrategia de remoción de cromo por adsorción sobre una arcilla tipo bentonita.

La arcilla y su potencial

En Colombia el valor máximo permitido de cromo total en los vertimientos industriales y en los sistemas de alcantarillado público es de 0,5 mg por litro (mg/l).

Hasta el momento se han empleado diversas tecnologías para la remover este metal, como fotocatálisis, intercambio iónico, membranas de filtración y adsorción.

En relación con la adsorción, el estudiante destaca que este sistema se ha considerado como uno de los más viables, debido a su alta eficiencia, bajo costo, facilidad de operación y mínima contaminación secundaria.

“Por ejemplo, los principales adsorbentes utilizados para la remoción de +4 disuelto en agua han sido ceniza de cascarilla de arroz, biomasa, corteza de árboles, carbón activado, nitruro de carbono, resinas y óxidos metálicos”, amplía.

Agrega que entre los adsorbentes naturales, abundantes y de bajo costo se destaca la montmorillonita, un mineral arcilloso con una alta capacidad de intercambio catiónico y unas 20 veces más económico que el carbón activado: “los minerales de este tipo en su forma natural o modificada han sido empleados para la remoción de metales pesados”, señala.

Teniendo en cuenta que Colombia posee depósitos de arcillas tipo esmectita de 11.000 millones de toneladas, el magíster Castro utilizó para su estudio una arcilla tipo bentonita, cuyo principal mineral es la montmorillonita proveniente de Armero-Guayabal (Tolima), zona que según Instituto Colombiano de Geología y Minería (Ingeominas) es una de las unidades de mayor potencial para explotar este recurso.

Proceso de adsorción

Primero, la arcilla utilizada se secó a 45 °C por 24 horas, se molió y tamizó hasta conseguir un tamaño de partícula muy pequeña.

Posteriormente, para las pruebas de adsorción de cromo estado +3 y + 4 se analizaron: pH, tiempo de contacto, cantidad de adsorbente y velocidad de agitación. La concentración de cromo de estos dos tipos para todos los ensayos se estableció en 50 partes por millón (ppm).

Los ensayos de adsorción se llevaron a cabo en un recipiente que regula la temperatura automáticamente, en este caso, 20 °C y con una presión atmosférica de 78 kPa (kilopascal), con un volumen de 50 mL de solución acuosa de cromo.

“Finalizado el tiempo del ensayo, el adsorbente se separó por filtración y el residuo obtenido se almacenó para posterior análisis del contenido de cromo”, explica.

Las pruebas se realizaron con muestras provenientes de dos industrias locales de recubrimientos metálicos que realizan procesos de cromado, niquelado, zincado y zincromatizado.

Así, se observó un rango de remoción del material pesado de entre el 69,62  y 93,16 %. “La máxima remoción se alcanzó cuando la cantidad de adsorbente llegó a 1,00 g y el pH a alrededor de 3,5.

Con una optimización matemática del modelo, se encontró que a valores de pH de 3,49 y 0,96 g de masa de adsorbente, es decir arcilla, se alcanza una remoción de cromo trivalente del 99,47 %.

“Para obtener estos resultados se emplearon velocidades de agitación mayores a 150 rpm, con de 60 minutos de contacto, lo que garantiza las condiciones de equilibrio para el proceso de adsorción”, puntualiza.

En este trabajo se emplearon dos adsorbentes basados en una arcilla tipo bentonita, de manera que favorecieran la adsorción de los dos tipos de cromo. “Los tipos de bentonita tienen gran potencial para la adsorción de cromo en solución acuosa, y estos materiales se pueden obtener a partir de un recurso mineral abundante en Colombia. Además la bentonita es considerada como un adsorbente de bajo costo y, dadas sus propiedades fisicoquímicas, puede ser fácilmente modificado”, finalizó el estudiante.

(Por: fin/LGH/dmh/LOF
)
N.° 867

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