Diseño y evaluación económica, de un proceso semi-continuo de remoción de plomo (II), empleando al hidróxido de hierro (III), como adsorbente

Abstract

La adsorción, es una operación unitaria y una aplicación de sus propiedades permite la remoción de metales del cuerpo de agua. Al respecto se han realizado numerosos estudios de materiales adsorbentes con afinidad de metales pesados, siendo uno de los más tóxicos el plomo y debido a su abundancia, se presenta con mayor frecuencia en los vertimientos mineros. Por otro lado, el hidróxido férrico es un compuesto de fácil obtención y debido a sus excelentes propiedades adsorbentes es un buen candidato para considerarlo como un adsorbente ideal, siendo que sus propiedades han sido ampliamente investigadas por los autores Dzombak y Morel (1990). Los autores mencionados indicaron que la adsorción ocurre por complejación del metal en la superficie del hidróxido, los datos obtenidos se encuentran plasmados en el software Visual MINTEQ (software de licencia libre y desarrollado exclusivamente para el hidróxido férrico como adsorbente), lo que permite simular la adsorción en diversas condiciones (lo que permite emplearlo como punto de partida para iniciar un trabajo de investigación y desarrollar de un proceso). Lo mencionado requiere un diseño a escala industrial, por lo que inicialmente es necesario determinar el coeficiente de transferencia de masa y la isoterma de adsorción, para lo cual requiere realizar pruebas de laboratorio. En el presente trabajo se realizó el diseño de un proceso en modo semicontinuo, este requiere realizar un modelamiento matemático, la cual proporciona datos, para el diseño de equipos, recipientes y cantidad de materiales necesario. Además, de proporcionar parámetros de operación. El modelamiento requiere datos de un caso real, lo que permite brindar una solución a una problemática de contaminación con plomo de un vertimiento, cuya concentración inicial es de 1,070 mg/L, y se requiere llegar a una concentración de 0,18 mg/L, permitiendo descargarlo cumpliendo la normativa ambiental. El diseño del proceso elegido no existe referentes similares, por lo que, para determinar el número de etapas apropiado, se consideró necesario evaluar desde un proceso de (01) etapa hasta cuatro (04) etapas, en cada etapa se estableció el costo de procesamiento por unidad de volumen y la evaluación económica para un horizonte económico de 20 años, concluyendo que el proceso finalmente elegido es el proceso de 2 etapas.

Adsorption is a unitary operation and an application of its properties allows the removal of metals from the body of water. In this regard, numerous studies have been carried out on adsorbent materials with an affinity for heavy metals, one of the most toxic being lead and, due to its abundance, it occurs more frequently in mining discharges. On the other hand, ferric hydroxide is a compound that is easily obtained and, due to its excellent adsorbent properties, it is a good candidate to consider as an ideal adsorbent, and its properties have been extensively investigated by the authors Dzombak and Morel (1990). The aforementioned authors indicated that the adsorption occurs by complexation of the metal on the surface of the hydroxide, the data obtained is reflected in the Visual MINTEQ software (free license software and developed exclusively for ferric hydroxide as an adsorbent), which allows simulating the adsorption under various conditions (which allows it to be used as a starting point to start a research work and develop a process). The aforementioned requires a design on an industrial scale, so initially it is necessary to determine the mass transfer coefficient and the adsorption isotherm, for which laboratory tests are required. In the present work, the design of a process in semi-continuous mode was carried out, this requires mathematical modeling, which provides data, for the design of equipment, containers and the necessary number of materials. In addition, to provide operating parameters. The modeling requires data from a real case, which makes it possible to provide a solution to a problem of lead contamination from a discharge, whose initial concentration is 1,070 mg/L, and it is required to reach a concentration of 0.18 mg/L, allowing it to be discharged in compliance with environmental regulations. The design of the chosen process does not exist similar references, so, to determine the appropriate number of stages, it was considered necessary to evaluate from a process of (01) stage to four (04) stages, in each stage the cost of processing was established. per volume unit and the economic evaluation for an economic horizon of 20 years, concluding that the process finally chosen is the 2-stage process.