UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA QUMICA

DISMINUCION DEL CONTENIDO DE PLOMO DE EFLUENTES METALURGICOS POR ADSORCION EMPLEANDO BENTONITA PILAREADA

TESIS

Para optar el titulo profesional de Ingeniero Qumico

Presentado por:

Bachiller: CORILLOCLLA AVILES, Jhonny

HUANCAYO, PERU

2006

ASESOR:

ING. JESSICA BENDEZU ROCA

DEDICATORIA

A mi familia, amigos y a las personas que han contribuido en la realizacin de este proyecto, a los profesores de nuestra querida y muy apreciada UNCP, sin los cuales la preparacin y ejecucin de nuestro trabajo no hubiera sido posible.

JhonnyAGRADECIMIENTO

A Dios por su grandeza de ser, por permitirnos la vida y cumplir con nuestras metas trazadas desde nuestra niez. A nuestros queridos padres, asimismo agradecer a los Docentes de la Facultad de Ingeniera Qumica por impartirnos sus conocimientos y experiencias durante nuestra formacin profesional.

Al Ingeniero Yessica Bendez Roca por su ayuda y aporte brindado, por la experiencia que posee referido al tema tratado, por la invalorable amistad que profesa a todos.

INTRODUCCIN

La contaminacin generada por los desechos industriales, residuos orgnicos, tintes, metales pesados, etc. Los cuales son vertidos hacia los ros han ocasionado daos a los recursos hidrobiologicos y deterioran al ecosistema. Entre las industrias encontramos a las empresas metalrgicas, su trabajo de obtencin de metales con fines industriales, generan ganancias econmicas para el Pas juntamente con la minera, lamentablemente emplean agua, las cuales despus de ser usadas en el proceso son vertidas hacia los ros sin un tratamiento adecuado,.conteniendo metales pesados, entre estos contaminantes encontramos al plomo, altamente peligroso y causante de enfermedades en su mayora irreversibles, provocando una principal atencin en estos ltimos aos, en cuanto al tratamiento que se les pueda dar, utilizando para ello recursos naturales disponibles, para disminuir su presencia y preservar el medio ambiente.

De lo mencionado, la remocin de plomo de efluentes metalrgicos empleando bentonita pilareada es una buena alternativa debido a las propiedades adsorbentes de sta en fase lquida. En este proceso de remocin el tiempo, la temperatura y el pH en el contacto de la bentonita pilareada con la solucin del efluente es importantsimo, puesto que son variables que determinan el grado y porcentaje de remocin.

Enfocando este problema, se realizara el trabajo de remocin de plomo dando la posibilidad de uso de la bentonita pilareada con aluminio polihidroxipolimerico preparada a partir de una muestra de bentonita existente en la regin como adsorbente.RESUMEN

La contaminacin generada por las industrias metalrgicas, ha provocado la presencia de metales disueltos en concentraciones que superan los lmites mximos permisibles para efluentes lquidos, ocasionando daos al ecosistema, entre ellos el plomo divalente. Nuestro trabajo es remover este metal empleando bentonita pilareada con aluminio polihidroxipolimerico.

Para lograrlo, se modific una muestra de bentonita, proveniente del distrito de Chongos Alto de la Provincia de Chupaca con un alto contenido de montmorillonita, mediante el proceso de pilareo, con el fin de colocar pilares entre las hojuelas de las arcillas, para hacerlos mas estables y no puedan alargarse o contraerse al momento de ponerlas en contacto con el efluente. Se emple como agente pilareante al aluminio polihidroxipolimerico que se obtiene por un tratamiento del cloruro de aluminio con hidrxido de sodio.

Se encontr que las muestras de bentonita en estado natural y pilareada por difraccin de rayos X tienen una distancia interplanar de 15,25 y 15,75 . Por adsorcin de azul de metileno una superficie especifica de 80,52 m2/g y 137,023 m2/g La capacidad de intercambio catinico (CIC) determinada en la Universidad Agraria La Molina, fue de 87,29 y 71,15.meq/100 g de bentonita respectivamente.

Por otro lado la concentracin de plomo del efluente de una planta metalrgica de la Regin, por espectrofotometra de absorcin atmica en el laboratorio de Qumica de INGEMMET, report 21,1 ppm y con este dato se prepararon muestras en blanco utilizando una sal de plomo.

Se determin la dosificacin de bentonita pilareada para la concentracin de 22 ppm de plomo en la solucin, alcanzando un 87 % de remocin a un peso de 0,4 gramos de bentonita en un volumen de 100 mL, la cual se hace constante al incrementar los pesos.

El diseo experimental propuesto es un diseo factorial de 23 dando 8 experimentos, para las variables independientes: tiempo de remocin, temperatura y pH , y variable dependiente el porcentaje de remocin de plomo, despus del anlisis de varianza y calculo de F encontramos que las variables son significativas en la remocin teniendo como mayor al tiempo de contacto y menor al pH, realizando las replicas necesarias encontramos un porcentaje de remocin de 99,41% teniendo como valores a las variables independientes: tiempo de remocin 5 horas, temperatura 30 C y pH de 5.

Se evalo la remocin de plomo en la muestra de efluente metalrgico encontrando un porcentaje de 62,55 %, resultado menor del obtenido con la solucin en blanco de plomo, debido a la presencia de otros metales. Razn por la cual se realiz etapas de remocin alcanzando una concentracin final de plomo 0,2054 ppm valor menor a los lmites mximos permisibles.

.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL:

Disminuir el contenido de plomo de un efluente metalrgico empleando bentonita pilareada con aluminio polihidroxipolimrico.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar la composicin (qumica y mineralgica), superficie especfica y capacidad de intercambio catinico de una muestra de bentonita procedente de Chongos Alto.

Determinar la superficie especfica y capacidad de intercambio catinico de la muestra pilareada con aluminio polihidroxipolimrico por mtodos instrumentales.

Determinar la cantidad de plomo presente en una muestra representativa de efluente metalrgico por espectrofotometra de absorcin atmica.

Establecer las condiciones favorables para la remocin de plomo en base a las variables independientes empleando bentonita pilareada

Evaluar la disminucin de plomo del efluente metalrgico en funcin a las condiciones encontradas.

NOMENCLATURA

ABS Absorbancia

ABSmuestraAbsorbancia de la muestra

AMB Superficie cubierta por una molcula de azul de metileno = 25 2

A0, A1, A2, A3 Coeficientes del modelo matemtico a escala natural

BETBrunauer Emmett Teller

BNBentonita natural

BPBentonita pilareada

bo, b1, b2,b3Coeficientes del modelo matemtico a escala codificada

CICCapacidad de intercambio catinico

CoConcentracin inicial, g/L

C Concentracin final, g/L

CCmuestra Concentracin de azul de metileno de la muestra, g/L

CCstandConcentracin de azul de metileno del estndar, g/L

CRmuestraConcentracin real de azul de metileno de la muestra, g/L

CleidaPbConcentracin leda de plomo, ppm

CprcstandPbConcentracin prctica del estndar de plomo, ppm

CRPbConcentracin real de plomo, ppm

CTestandPbConcentracin terica del estndar de plomo

DRXDifraccin de rayos X

FcalculadoValor de F calculado

FtablasValor de F de tablas

FdilFactor de dilucin de azul de metileno

FdilPbFactor de dilucin de plomo

FstandPbFactor del estndar de plomo

fccFactor de concentracin

JCPDSCentro Internacional de datos de Difraccin

MBAzul de metileno (Methylene Blue)

NNmero de experimentos

PxCPrdidas por calcinacin

rNmero de replicas

SSerrorSuma de cuadrados del error

SCMRSuma de cuadrados de los residuales

SSefectosSuma de cuadrados debida a los efectos

SsSuperficie especfica, m2/g

SStotalSuma total de cuadrados

T-O-TLmina tetradrica, octadrica, tetradrica

UV visUltravioleta visible

WBPPeso de bentonita pilareada, g

X1, X2, X3Variables independientes codificadas

X12, X13, X23, X123Interacciones del proceso codificado

YVariable dependiente

Y1, Y2Respuestas del experimento

ZoCentro de diseo para la variable

Z1, Z2, Z3Variables independientes codificadas a escala natural

Resultado de la divisin de Zo/Z

ZRadio del diseo para la variable

Y+Sumatoria de las respuestas correspondientes al nivel superior de la variable.

Y-Sumatoria de las respuestas correspondientes al nivel inferior de la variable.

contenidos generalesPgina

ASESOR

iiDEDICATORIA

iii

AGRADECIMIENTO

ivINTRODUCCION

vRESUMEN

viOBJETIVOS

viiNOMENCLATRURA

viii INDICE

ix

CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La presencia de metales en los ros debido principalmente a las actividades industriales ha provocado daos al ecosistema, entre estos metales encontramos al plomo el cual generalmente se encuentra sobrepasando los limites mximos permisibles.

Para remover este metal en estado divalente empleando la bentonita pilareada nos obliga a estudiar las caractersticas de la bentonita en estado natural y modificada (activada y pilareada), conocer la concentracin de plomo en una muestra representativa de efluente, determinar el peso de bentonita para la remocin y los valores de las variables tiempo de contacto, temperatura y pH, as tener las condiciones ptimas de remocin de plomo del efluente.

Entonces Cules son las condiciones favorables de remocin de plomo divalente trabajando con una solucin preparada con contenido de plomo a la misma concentracin de la muestra de efluente metalrgico? En cunto podemos reducir la presencia de plomo divalente en el efluente metalrgico empleando Bentonita Pilareada con Aluminio Polihidroxipolimrico?

Son algunas preguntas, las cuales tienen respuesta a lo largo del desarrollo del presente trabajo

1.1 HIPTESIS

1.1.1 Hiptesis de investigacin

El tiempo de contacto entre la bentonita pilareada con aluminio polihidroxipolimerico (adsorbente) y el plomo divalente (adsorbato), la temperatura y el pH influyen en el proceso de remocin de ste metal presente en el efluente metalrgico.1.1.2 Hiptesis nula

El tiempo de contacto entre la bentonita pilareada con aluminio polihidroxipolimerico (adsorbente) y el plomo divalente (adsorbato), la temperatura y el pH no influyen en el proceso de remocin de ste metal presente en el efluente metalrgico1.2 JUSTIFICACIN

Tenemos el resultado del anlisis realizado a una muestra representativa de efluente metalrgico, en la cual se observa que la concentracin de plomo supera los lmites mximos permisibles, stas son vertidas al ro aumentando su contaminacin en cuanto al contenido de metales pesados.

Las aguas del ro son usadas para regar sembros, sabemos que en el caso del plomo se acumula en las plantas, las cuales al ser consumidas por los animales y el hombre genera enfermedades debido a la inhibicin en la formacin de la hemoglobina, encargada de llevar oxigeno a todas las clulas del cuerpo.

Empleando la bentonita pilareada para la disminucin de plomo presente en una muestra de efluente metalrgico, desarrollamos una tcnica de remocin de ste metal, para ello controlamos el tiempo de contacto, la temperatura y el pH del efluente.Si los resultados son favorables, la bentonita tendr un valor agregado beneficiando a la poblacin que cuenta con ste recurso natural en la regin.

CAPITULO IIREVISIN BIBLIOGRAFICA2.1 ANTECEDENTES El empleo de las arcillas desde el siglo VI en trabajos artesanales en el antiguo continente (China), y el descubrimiento de la arcilla tipo bentonita por W.C. Knight en l896 ha provocado un sinnmero de investigaciones, emplendolas en estado natural o modificado entre ellas: arcillas activadas y pilareadas. Encaminadas a potenciar las propiedades de la arcilla especialmente bentonitas (familia de la montmorillonita), modificando su estructura, en este caso su capacidad de adsorcin esta relacionada naturalmente con la porosidad creada en la modificacin, que puede ser por tratamientos especficos, disolucin parcial en medios cidos, expansin de las lminas, entre otras. Cuando molculas polares son insertadas entre las capas de la arcilla, las lminas se abren exponiendo de esta manera su superficie interna, se conoce que la superficie externa de un bentonita es de aproximadamente 80 m2/g en tanto que su superficie interna puede alcanzar los 900 m2/g.

La posibilidad de hacer aprovechable esta vasta superficie interna para adsorcin ha abierto nuevos campos de inters en su estudio.

Otra manera de aprovechar las conocidas posibilidades de intercambio catinico y de hidratacin que tiene la arcilla, las cuales permiten sustituir los cationes de cambio por grandes hidroxicationes obtenidos por hidrlisis de sales metlicas: Al, Zr, Cr, Ni ,etc. por calentamiento se produce la deshidratacin y deshidroxilacin de estos cationes hidratados, formando clusters del material (en la forma de oxido metlico) que actan como pilares manteniendo separadas las laminas de las arcillas ,aumentando el tamao de poro y el rea superficial del material resultante, esta clase de materiales vienen siendo conocidos como PILC (Pillared Interlayer Clays).

Entre los usos que se le ha otorgado a las arcillas modificadas encontramos: tratamiento de efluentes industriales, esto se debe a la preocupacin por el medio ambiente, muchas investigaciones encaminadas a remover los contaminantes especialmente metales y sustancias orgnicas de los residuos industriales, utilizando materiales econmicos tales como las arcillas. La Universidad Nacional del Centro del Per, Facultad de Ingeniera Qumica, cuenta con muchos trabajos de investigacin referidos al tema del uso de arcillas del tipo bentonita para el tratamiento de residuos industriales entre ellas:

a). Evaluacin de Bentonitas en la Remocin de Cr residual de curtiembre generando cromo hidroxitrimerico para la sntesis de Cr-Pilc, Garca & Ore, 2003 tesis FIQ-UNCP, En este trabajo de investigacin, utilizaron muestras de bentonita en estado natural, para el tratamiento de aguas residuales de curtiembres con un alto contenido de cromo las cuales desembocan en los ros contaminndolos, con este trabajo lograron remover cromo en estado inico ( III ) hasta un 99 %, esto con las condiciones de tiempo de remocin ,temperatura, y tipo de bentonita, el cual es muy satisfactorio ya que usaron muestras de bentonita existente en la regin, con beneficios del mismo obteniendo as bentonita con pilares de cromo, las cuales pueden ser usadas en varios procesos.b) Pilareado de Montmorillonita clcica con aluminio polihidroxipolimerico para el tratamiento de aguas residuales Bendez & Bulln .2002 tesis, FIQ UNCP Con el desarrollo de este trabajo encontraron parmetros para el pilareo de muestra de bentonita, para ello utilizaron aluminio polihidroxipolimerico, por tratamiento del cloruro de aluminio con hidrxido de sodio ,entre ellos tenemos :relacion de OH/Al, tiempo de envejecimiento, y temperatura de calcinacin, logrando obtener una distancia interplanar alcanzada de 15,25 en el mejor de los casos, y a la vez usaron las bentonita pilareada para la remocin de cromo de una solucin, la cual contena la concentracin real de una muestra de efluente de curtiembre, logrando remover con este tipo de absorbente una mayor cantidad de cromo en comparacin de usarla en estado natural.2.2 MARCO TERICO

2.2.1 BENTONITA

2.2.1.1 Definicin:

El trmino "bentonita" fue sugerido por primera vez por Knight en 1898 para un material arcilloso de propiedades jabonosas procedente de "Benton Shale" (Wyoming, USA); en 1917 Hewett estableci que esta particular arcilla era un producto de alteracin de cenizas volcnicas siendo posteriormente definida por Ross y Shannon (1926) como: "Roca compuesta esencialmente por un material cristalino, semejante a una arcilla, formado por la desvitrificacin y consiguiente alteracin de un material gneo vtreo, usualmente cenizas volcnicas o tobas. El mineral de la arcilla caracterstico tiene hbito micceo y fcil exfoliacin, alta birrefringencia y una textura heredada de las cenizas volcnicas o de la toba. Esta definicin es, no obstante restrictiva, por estar basada en criterios genticos.Actualmente, la definicin ms ampliamente aceptada es: "Bentonita es una arcilla compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas, con independencia de su gnesis y modo de aparicin. Desde este punto de vista la bentonita es una roca compuesta por ms de un tipo de minerales, aunque son las esmectitas sus constituyentes esenciales y las que le confieren sus propiedades caractersticas.

2.2.1.2 Estructura de las bentonitas Su estructura se basa en el apilamiento de planos de iones oxgeno e hidroxilos. Los oxgenos se unen formando capas de extensin infinita con coordinacin tetradrica. Tres de cada cuatro oxgenos estn compartidos con los tetraedros vecinos. En el interior de los tetraedros se alojan cationes Si4+. Los hidroxilos forman capas con coordinacin octadrica. Los oxgenos tetradricos sin compartir con otros oxgenos (oxgenos apicales) forman parte de la capa octadrica adyacente. Los cationes octadricos son, generalmente, Al3+, Mg2+, Fe2+ o Fe3+ y, ms raramente, Li+, Cr2+, Mn2+, Ni2+, Cu2+ o Zn2+ (Fig.2.1). Una capa octadrica entre dos tetradricas, unidas fuertemente por enlace covalente, forman la unidad estructural bsica de las esmectitas.Figura No 2.1: Estructura bsica de las bentonitas

Fuente: Isaac Schifter http://omega.ilce.edu.mxEstas lminas se encuentran separadas por cationes dbilmente hidratados (fundamentalmente Ca, Mg y Na), que compensan las cargas negativas resultantes de las sustituciones isomrficas tanto tetradricas como octadricas de cationes por otros con valencias diferentes. Dichas sustituciones isomrficas en las esmectitas hacen que la lmina tenga una carga comprendida entre 0,2 y 0,6 para una frmula unidad con O10(OH)2.

La presencia de la superficie nter laminar as como de una dbil carga en la misma, son caractersticas esenciales de este grupo de minerales. Como consecuencia de ello son capaces de incluir en ella no slo cationes hidratados, sino tambin agua u otros lquidos polares, dando lugar a una mayor separacin de las capas y por tanto hinchamiento. Las esmectitas se dividen en dos subgrupos, en funcin del tipo de ocupacin de las posiciones octadricas: dioctadricas y trioctadricas. Se denominan trioctadricas aquellas en que estn ocupadas todas las posiciones octadricas y dioctadricas las que slo tienen ocupados 2/3 de los huecos. 2.2.1.3 Propiedades fisicoqumicasLas importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fsico-qumicas. Dichas propiedades derivan, principalmente de: Su extremadamente pequeo tamao de partcula (inferior a 2 m) su morfologa laminar (filo silicatos).

Las sustituciones isomrficas, que dan lugar a la aparicin de carga en las lminas y a la presencia de cationes dbilmente ligados en el espacio interlaminar.

Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del rea superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plstico en mezclas arcilla-agua con elevada proporcin slido/lquido.

A).Superficie especfica: La superficie especfica o rea superficial de una arcilla se define como el rea de la superficie externa ms el rea de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partculas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.

Las arcillas poseen una elevada superficie especfica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la interaccin slido-fluido depende directamente de esta propiedad. La Bentonita posee una superficie especifica de 80 - 300 m2/g. B).Capacidad de intercambio catinico: Es una propiedad fundamental de las esmectitas, son capaces de cambiar, fcilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios interlaminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catinico (CIC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:

Sustituciones isomrficas dentro de la estructura.

Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas y

Disociacin de los grupos hidroxilos accesibles.

El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partcula, adems es independiente de las condiciones de pH y actividad inica del medio. Los dos ltimos tipos de origen varan en funcin del pH y de la actividad inica. Corresponden a bordes cristalinos, qumicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lmina. El promedio del intercambio en la bentonita es 80 200 me/100 g.

C).Capacidad de adsorcin: La capacidad de adsorcin est directamente relacionada con las caractersticas texturales (superficie especfica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difcilmente se dan de forma aislada: absorcin (cuando se trata fundamentalmente de procesos fsicos como la retencin por capilaridad) y adsorcin (cuando existe una interaccin de tipo qumico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el lquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorcin se expresa en porcentaje de adsorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorcin de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100 % con respecto al peso. 2.2.1.4 Aplicaciones

Arenas de moldeo: Estn compuestas por arena y arcilla generalmente bentonita, que proporciona cohesin y plasticidad a la mezcla facilitando su moldeo y dndole resistencia suficiente para mantener la forma adquirida despus de retirar el molde y mientras se vierte el material fundido (Kendall, 1966)

Lodos de perforacin: A pesar de los importantes cambios que van sufriendo con el tiempo las formulaciones de los lodos de perforacin, ste sigue siendo uno de los mercados ms importantes de las bentonitas.

Adsorbentes: La elevada superficie especifica de la bentonita, le confiere una gran capacidad tanto de absorcin como de adsorcin. Debido a esto se emplea en la decoloracin y clarificacin de aceites, vinos, sidras, cervezas, etc. Tienen gran importancia en los procesos industriales de purificacin de aguas que contengan diferentes tipos de aceites industriales y contaminantes orgnicos. Se utiliza adems como soporte de productos qumicos, como hervicidas, pesticidas e insecticidas, posibilitando una distribucin homognea del producto txico.

Material de sellado: Durante muchos aos las bentonitas se han venido utilizando en mezclas de suelo en torno a los vertederos con el fin de disminuir la permeabilidad de los mismos, de esta forma se impide el escape de gases y lixiviados generados en el deposito.

Ingeniera civil: Se utiliza para cementar fisuras y grietas de rocas, absorbiendo la humedad para impedir que esta produzca derrumbamiento de tneles o excavaciones, para impermeabilizar trincheras estabilizacin de charcas, etc.

Alimentacin animal: Como ligante en la fabricacin de alimentos pelletizados para animales, se emplea en la alimentacin de pollos, cerdos, pavos, cabras, corderos, y ganado vacuno, fundamentalmente acta como ligante y sirve de soporte de vitaminas, sales minerales, antibiticos y de otros aditivos (Saeed , 1996 ).

Catlisis: El uso de los aluminosilicatos en diferentes campos de la catlisis es antiguo, son muchas las aplicaciones como catalizadores en diferentes procesos qumicos .As son usadas en la desulfuracin de gasolina, isomerizacin de terpenos, polimerizacin de olefinas, cracking de petrleo, etc. Estas son utilizadas modificndolas la cual puede ser pilareada o por activacin cida

Industria farmacutica: Es usada como excipiente por la industria farmacutica (Bolger, 1995) debido a que no son txicas, ni irritantes y a que no pueden ser absorbidas por el cuerpo humano se utilizan para la elaboracin de preparaciones tanto de uso tpico como oral. Se utiliza como absorbente, estabilizante, espesante, agente suspensor y como modificador de la viscosidad. Otros usos: Las aplicaciones de la bentonita son numerosas, adems de las ya mencionadas:

La fabricacin de pinturas, grasas, lubricantes, plsticos, cosmticos, se utilizan arcillas capaces de hinchar y dispersarse en disolventes orgnicos, por lo tanto como agentes gelificantes, tixotrpicos o emulsionantes.

Para desarrollar el color en leucocolorantes, en papeles autocopiativos, se utilizan bentonitas activadas con cidos. En agricultura, para mejorar las propiedades de suelos arenosos o cidos, se utilizan esmectitas sdicas para recubrir ciertos tipos de semillas, de forma que su tamao aumente, y resulte ms fcil su distribucin mecnica, a la vez que se mejora la germinacin. En la obtencin de membranas de smosis inversa.2.2.2 PILAREADO DE BENTONITA

2.2.2.1 Descripcin

Las arcillas podran desempear un papel importante en mltiples campos a condicin de que las dimensiones de su espacio nter laminar fuesen perdurables, es decir, que la separacin nter laminar se diera en forma constante, sin importar los tratamientos a que fuese sometido el material. Las arcillas son capaces de actuar como verdaderos catalizadores en un sinnmero de reacciones de inters industrial, La estrategia que permita realizar este propsito fue fijada en 1974 durante una reunin de especialistas en catlisis, quienes despus de varias discusiones establecieron lo siguiente: para impedir que el edificio laminar de la arcilla recupere su forma inicial es necesario apuntalar el espacio entre los pisos mediante pilares tal y como ocurre con el piso y el techo de un edificio.Se trata de desarrollar especies qumicas de tamao adecuado para que penetren en el espacio nter laminar de las hojuelas de arcilla, expandan su estructura y, posteriormente, se transformen en otra fase estable que resista convenientemente la desintegracin. En forma grfica este proceso se ilustra en la figura No 2.2Figura No 2.2: Etapas sucesivas de la intercalacin

Fuente: Jos Manuel Domnguez http://omega.ilce.edu.mx.2.2.2.2 Materiales pilareantes

Los investigadores iniciaron la bsqueda de especies que cumplieran los requerimientos para emplearlos como pilareantes. Los materiales idneos resultaron ser los inorgnicos, dado que los orgnicos son inestables al efecto de la temperatura. Entre ellas tenemos los siguientes elementos en la tabla No 2.1:

Tabla N2.1: Metales para el pilareo

MetalSmboloEspacio Interlaminar,

AluminioAl18,8

CirconioZr22,0

CromoCr27,6

FierroFe13,9

TitanioTi29,5

Fuente: Jos Manuel Domnguez http://omega.ilce.edu.mx:300/arcillasLas propiedades necesarias para el uso industrial de las arcillas pilareadas estn relacionadas con parmetros tales como la estabilidad estructural y el dimetro de los poros, que a su vez dependen de la estabilidad del pilar y de la firmeza de su anclaje a escala microscpica, as como de la distribucin de los pilares entre las lminas, siendo todos ellos importantes para llegar al diseo de un tamiz molecular de propiedades adecuadas. [16]2.2.2.3 Distribucin de pilares

Se presentan dos casos:

Distribucin no uniforme e irregular: cuando las distancias entre los pilares no es constante dentro del espacio interlaminar. (figura 2.3A)

Distribucin uniforme y ordenado: donde la distancia entre los pilares es constante dentro del espacio interlaminar. (figura 2.3B).

Figura No 2.3: Distribucin de pilares en el espacio interlaminar

Fuente: Emilia Garca Romero http://www.uclm.es/users.

2.2.2.4 Pilareado de bentonita con aluminio

A).Descripcin: Los materiales idneos para el pilareado son los inorgnicos, dado que los orgnicos son inestables al efecto de la temperatura. Una de las primeras familias de compuestos inorgnicos fue la de los complejos del aluminio, que se obtienen mediante hidrlisis. Cuando el agua se combina con otra sustancia, sin que ninguno de sus enlaces se rompa, se tiene un fenmeno de hidratacin. Un ejemplo de este fenmeno es el cloruro de aluminio, el cual se forma con cristalizacin y que contiene seis molculas de agua: AlCl36H2O. La tenacidad con la que un in metlico retiene a las molculas acuosas vara considerablemente de un elemento qumico a otro. Si por el contrario, el agua reacciona qumicamente con una sal, producindose una ruptura de enlaces O-H, entonces se tiene una reaccin de hidrlisis, en la cual se producen especies inicas hidratadas que imparten una cierta acidez. Al (H20)6+++ + H2O ____ (Al (H2O)5 OH)++ + H3O+No obstante, resulta que cuando una sal de aluminio se hidroliza bajo condiciones controladas se genera una serie de reacciones complejas de hidrlisis y polimerizacin, las cuales conducen a la formacin de especies solubles y estas a su vez tienen como constituyente principal al in Al13, formando el in Keggin cuya frmula qumica es:

[Al13O4(OH)24.12H2O]+7La figura 2.4 ilustra la estructura de este in donde un aluminio ocupa una posicin central en un tetraedro con 4 oxgenos (AlO4) y los doce restantes ocupan posiciones octadricas definidas por grupos OH y molculas de agua.

Figura No 2.4: Estructura del in Keggin (Al13)

Fuente:http://www.omega.ilce.edu.mx.

La figura 2.5 ilustra la estructura molecular de este compuesto, el cual est formado por un tomo central de aluminio de valencia 4 (tetradrico) rodeado por 12 tomos de aluminio de valencia 6 (octadricos) que forman una cadena, o sea un polmero inorgnico. Este in tiene asociada una fuerte carga positiva, por lo que es capaz de interaccionar con las cargas negativas presentes en las lminas de la arcilla. Las reacciones de hidrlisis controlada permiten el acoplamiento del Al con otras especies ms pequeas: Al6, o bien Al13 con Al13 para formar Al26, con lo cual la ingeniera molecular adquiere su valor real, al permitir la obtencin de especies precursoras de tamao variable. Figura No 2.5: Complejos acuosos de aluminio

Fuente: Isaac Schifter, http://www.calidoscopia.com|.

Los complejos son solubles en el agua y portan una carga positiva que, como si fuera un imn, se dirige hacia las zonas de la arcilla con carga negativa, ocupando naturalmente esos espacios mediante un proceso de carcter electrosttico. Si hubiera ya otro catin en ese lugar, la especie polimrica tomar su lugar, debido a un proceso de intercambio inico en el que la fuerte carga positiva de este ltimo determina la posicin final. Una vez intercambiados los iones dentro del espacio nter laminar de la arcilla, se procede a transformar al precursor del pilar en una especie ms estable:

B).Consolidando el pilar: La transformacin en un pilar ms estable de la especie intercalada se logra mediante un tratamiento trmico, a temperaturas elevadas, que provoca la descomposicin del precursor y la transicin hacia una nueva fase inorgnica. Esta secuencia, considerando al complejo Al13, se ilustra en la figura 2.6. La expansin de las lminas aumenta por efecto de la intercalacin, pasando de 9,4 ngstrom en el estado deshidratado hasta 18,8 ngstrom una vez que el material se ha estabilizado.

Figura No 2.6: Intercalacin y formacin de pilares de aluminio

Fuente: Mercedes Surez Barrios http://www.uclm.es/users.

Las propiedades necesarias para el uso industrial de las arcillas pilareadas estn relacionadas con parmetros tales como la estabilidad estructural y el dimetro de los poros, que a su vez dependen de la estabilidad del pilar y de la firmeza de su anclaje a escala microscpica, as como de la distribucin de los pilares entre las lminas, siendo todos ellos importantes para llegar al diseo de un tamiz molecular de propiedades adecuadas. 2.2.3 EFLUENTES METALURGICOS

Son Aguas producidas por las empresas metalrgicas, stas se generan luego del uso en los procesos propios de una planta, pueden contener un alto porcentaje de sustancias txicas entre los cuales metales pesados disueltos.

2.2.3.1 Influencia en la Contaminacin Ambiental

La contaminacin y el deterioro del agua por los vertidos de las empresas metalrgicas, debido al escaso o nulo tratamiento que stas reciben han generado problemas ambientales, por su alto contenido de compuestos txicos entre ellos metales.

En las formas de vida existente los metales pesados son a menudo txicos debido a que ellos interfieren en los procesos bioqumicos, .si ms de un metal est presente en cantidades excesivas, estos pueden actuar juntos sinergsticamente. Los metales pesados no pueden ser eliminados y muchos de ellos tienden a acumularse en los vegetales y animales poniendo en riesgo la salud de todo el ecosistema incluyendo la humana. 2.2.3.2 Contenido de plomo

La aguda toxicidad del plomo en agua es en general para las plantas acuticas y animales pero se ha observado que tiene efectos letales en concentraciones bajas en test de laboratorios.

Una aguda intoxicacin en las personas puede producir enfermedades debido a la acumulacin de este metal.A) Niveles en la sangre

Los niveles de plomo en la sangre se utilizan para conocer la dosis absorbida

Estudios internacionales permiten establecer niveles admisibles por debajo de los cuales no cabe esperar efecto toxico.

En los nios se admite valores de hasta 10g/dL, y en adultos hasta 25 g/dL (microgramo por decilitro de sangre) B) Efectos Txicos

El plomo es un elemento que puede afectar a muchas partes del cuerpo y existen muchos sntomas posibles de intoxicacin, con el tiempo este puede causa dao al desarrollo mental de un nio y los problemas de salud empeoran a medida que el nivel de este elemento, en la sangre se eleva, entre las complicaciones se tienen:

Reduccin de cociente intelectual

Lentitud en el crecimiento corporal

Problemas auditivos

Problemas de comportamiento o atencin

Bajo rendimiento escolar

Dao renalLos sntomas de la intoxicacin con plomo pueden abarcar:

Irritabilidad

Comportamiento agresivo

Inapetencia y falta de energa

Dificultad para dormir

Dolores de cabeza

Reduccin de la sensibilidad

Prdida de habilidades previas (en nios pequeos)

Dolor y clicos abdominales (generalmente el signo de una dosis txica alta)

Los niveles muy altos pueden ocasionar vmitos, marcha inestable, debilidad muscular, convulsiones o coma.2.2.3.3 Niveles Mximos Permisibles para Efluentes Metalrgicos

De acuerdo al Ministerio de Energa y Minas, con Resolucin Ministerial No 011-96 EM/VMM (13 enero 1996), los niveles mximos permisibles para efluentes lquidos, para actividad minero metalrgico. Tabla No 2.2: Niveles Mximos Permisibles para Efluentes Metalrgicos.ParmetroValor en cualquier momentoValor promedio anual

pH

Mayor a 6 ymenor a 9Mayor a 6 ymenor a 9

Slidos Suspendidos ( mg/l )5025

Pb ( mg / L )

0.40.3

Cu ( mg /L )

1.00.3

Zn ( mg / L)

3.01.0

Fe ( mg / L)

2.01.0

As ( mg / L)

1.00.5

CN total

1.01.0

Fuente: Ministerio de Energa y Minas2.2.4 ADSORCIN.

Fenmeno de acumulacin de partculas sobre una superficie. La sustancia que se adsorbe es el adsorbato y el material sobre el cual lo hace es el adsorbente. El proceso inverso de la adsorcin es la desorcin. 2.2.4.1 Caractersticas de la Adsorcin

La adsorcin es altamente selectiva. La cantidad adsorbida depende en gran medida de la naturaleza y del tratamiento previo al que se haya sometido a la superficie del adsorbente, as como de la naturaleza de la sustancia adsorbida. Al aumentar la superficie de adsorbente y la concentracin de adsorbato, aumenta la cantidad adsorbida.

Es un proceso rpido cuya velocidad aumenta con el incremento de la temperatura, pero desciende cuando aumenta la cantidad adsorbida. 2.2.4.2 Tipos de Adsorcin

Atendiendo a las fuerzas de interaccin entre las molculas de adsorbente y adsorbato, se acepta la existencia de dos tipos fundamentales de adsorcin:A).Adsorcin Fsica O Fisisorcin: Este tipo de adsorcin es ms frecuente y puede invertirse con facilidad. La capa adsorbida en este tipo de adsorcin puede variar en espesor desde una molcula a muchas molculas debido a que las fuerzas de Van der Waals se pueden extenderse desde una capa de molculas a otras.B).Adsorcin Qumica o Quimisorcin: Este tipo de adsorcin es difcilmente reversible y se necesita algn tipo de catalizador que separe las capas de molculas que se han generado en el proceso, este tipo de adsorcin se manifiesta nicamente, cuando el adsorbente y el adsorbato tienden a formar un compuesto. La quimisorcin es difcil de revertir, la quimisorcin no puede, por s misma, dar lugar a una capa de ms de una molcula de espesor, debido a la especificidad del enlace entre el adsorbente y el adsorbato.C). Diferencias entre los tipos de Adsorcin:

Las principales diferencias existentes entre los dos tipos de adsorcin se resumen en la siguiente tabla: Tabla N2.3: Diferencias entre los tipos de adsorcin

Criterio de DiferenciasQuimisorcinFisisorcin

Calor de Adsorcin KJ/mol40 - 8008 - 20

Energa de ActivacinSi hayNo hay

TemperaturaDependen de la ebullicinDependen del punto de ebullicin

Nmero de Capas FormadasUnaMs de una

Fuente: Javier Garca http://publicaciones.ua.es/adsorcion.2.2.4.3 Isoterma de Adsorcin:

Cuando una cantidad de adsorbato llega a un slido previamente limpio, parte de ste se adsorbe en la superficie y parte queda sin adsorber.

La relacin a temperatura constante, entre la cantidad de gas (adsorbato) adsorbido y la presin a la que est en equilibrio.La medida de la cantidad adsorbida se puede hacer volumtrica o gravimetricamente.

A).Tipos de Isotermas de Adsorcion:

Las isotermas de adsorcin son muy tiles para la caracterizacin de slidos porosos. La IUPAC reconoce 6 tipos de isotermas de adsorcin. En la Figura No 2.7 se muestra un esquema de cada una de ellas

Figura N 2.7: Representacin esquemtica de los tipos de Isoterma de Adsorcin.

Fuente: Javier Garca Martines http://publicaciones.ua.es/adsorcionLa isoterma tipo I se caracteriza porque la adsorcin se produce a presiones relativas bajas y es la que muestran los slidos micro porosos (por ejemplo zeolitas y carbones activados).

La isoterma tipo II es caracterstica de slidos macro porosos o no porosos, tales como negros de carbn. Se muestra la formacin de la capa adsorbida, cuyo espesor aumenta con la presin. Cuando la presin alcanza la presin de saturacin la capa adsorbida se corresponde con la del lquido.

La isoterma tipo III ocurre cuando la interaccin adsorbato-adsorbente es baja. Este tipo de isoterma se ha observado en adsorcin de agua en negros de carbn grafitizados

La isoterma tipo IV es caracterstica de slidos mesoporosos. Presenta un incremento de la cantidad adsorbida importante a presiones relativas intermedias y ocurre mediante un mecanismo de llenado en multicapas.

La isoterma tipo V, al igual que la isoterma tipo III es caracterstica de interacciones adsorbato-adsorbente dbiles, pero se diferencia de la anterior en que el tramo final no es asinttico.

La isoterma tipo VI es poco frecuente. Este tipo de adsorcin en escalones ocurre slo para slidos con una superficie no porosa muy uniforme. Este tipo de isoterma se ha observado en la adsorcin de gases nobles en carbn grafitizado.B).Aplicacin de la Isoterma de Adsorcion:

La principal aplicacin de la isoterma de adsorcin es la determinacin del rea superficial y la determinacin de la porosidad de los slidos siendo stas las caractersticas primordiales para un adsorbente. La superficie especfica de un adsorbente se calcula por medio de la relacin:

Ss = Xm .NA .a

(1)

Donde:

Xm: cantidad de adsorbato necesario para formar una monocapa sobre un gramo de adsorbente.

NA: nmero de avogadro = 6,025*1023mol/mol g

a : superficie cubierta por una molcula adsorbida.

Para determinar el valor de Xm, se emplea indicadores los cuales poseen procedimientos y ecuaciones propias, entre ellos:

Adsorcin de Nitrgeno

Adsorcin de Azul de Metileno

En ambos casos se hacen uso de las ecuaciones de las isotermas de adsorcin de:

- Isoterma de adsorcin de BET

- Isoterma de Adsorcin de Langmuir

B.1).Isoterma de Adsorcin de BET (Daz P. & Muntaner A. 1975): Fue obtenida por Brunauer, Emmett y Teller para explicar la adsorcin en multicapas, en el caso de la adsorcin de un vapor la ecuacin es:

(2)

Donde:

P: presin de saturacin de vapor del adsorbato licuado a la temperatura del experimento.

X: cantidad de vapor (expresada en centmetros cbicos) adsorbido a la presin P por gramo de adsorbente.

K: una constante relacionada con el calor de adsorcin.

Cuando el adsorbato se encuentra en solucin, la ecuacin se convierte en:

(3)

Donde:

X: cantidad de soluto adsorbido por gramo de adsorbente.

Co: Concentracin inicial de la solucin

C: concentracin final de la solucin

Para ambos casos el valor de Xm se encuentra combinando la pendiente con el intercepto de la funcin lineal, la cual resulta al hacer la grfica: P/X (Po P) contra P/Po; o en el caso de adsorbato en solucin: C/ X (Co C) contra C/Co. Es decir

Xm = 1 / pendiente

(4)

B.2).Isoterma de adsorcin de Langmuir (Daz P. & Muntaner A. 1975): Fue formulado por Langmuir en 1918, modelo simple y el ms antiguo, la cual supone adsorcin en monocapas.

La forma matemtica de esta isoterma es:

(5)

Donde:

X: cantidad de vapor (expresada en centmetros cbicos (PTN), adsorbido a la presin de vapor P, por gramo de adsorbente.

P: presin de saturacin de vapor del adsorbato licuado a la temperatura del experimento.

K: constante relacionada con el calor de adsorcin

Y cuando el adsorbato se encuentra en solucin, la ecuacin se convierte en:

(6)

Donde:

C: concentracin final de la solucin

X: cantidad de soluto adsorbido por gramo de adsorbente.

Xm: cantidad de adsorbato necesario par formar una monocapa.

El valor de Xm se encuentra combinando la pendiente con el intercepto de la funcin lineal, la cual resulta al representar en una grafica: P/X contra P, en gases o en caso de adsorbato en solucin C/X contra C.CAPITULO IIIPARTE EXPERIMENTAL

3.1 METODOLOGA EXPERIMENTAL

Teniendo en cuenta los conceptos bsicos y la informacin adecuada obtenida a travs de la revisin bibliogrfica, en base al problema planteado ejecutare la investigacin de la metodologa experimental, realizando un diseo factorial de 23, obteniendo 8 experimentos de trabajo con 3 variables independientes y una dependiente.

El uso de los mtodos clsicos de anlisis cualitativo y cuantitativo en el laboratorio, como tambin el empleo de equipos de anlisis instrumental como: Difraccin de rayos X, Espectrofotometra de Absorcin Atmica y Espectrofotometra UV visible, para el tratamiento de datos se utiliz programas de computacin entre ellas: Excel, Matlab. 3.1.1 Diseo del Experimento

Para la realizacin de nuestra investigacin experimental, realizamos un diseo factorial obteniendo 8 experimentos, tomando en cuenta las condiciones encontradas del efluente en estudio.3.1.1.1 Variable Dependiente

Porcentaje de remocin de plomo divalente de una solucin a una concentracin de 22 ppm.3.1.1.2 Variables Independientes

Tiempo de Remocin , horas

Temperatura de Remocin, oC

pH de la Solucin

3.1.1.3 Niveles de las Variables

Por referencia de trabajos realizados en la remocin de otro metal y de acuerdo a la condicin del efluente tomado, se tienen los siguientes niveles para cada variable independiente, los cuales se presentan en el siguiente cuadro

Tabla N3.1: Niveles de variables

VariableNivel BajoNivel Alto

Tiempo (horas)15

Temperatura ( oC )1530

pH56

Fuente: Garca & Ore, Condicin del efluente

Para la evaluacin de las variables en sus dos niveles, alto y bajo, los representamos codificados de la siguiente forma: Tabla N3.2: Niveles codificados de las variables

VARIABLES-1+1

TIEMPO (horas)

TEMPERATURA(oC)

pH1

15

55

30

6

Fuente: Elaboracin Propia3.1.2 Matriz de Diseo

En base al nmero de variables y a sus niveles, tenemos una matriz de 2 3, la cual nos da un resultado de 8 experimentos de trabajo:Tabla N 3.3: Matriz de diseo

N de ExperimentosTiempo de

Remocin horasTemperatura de

Remocin CpH

11155

25155

31305

45305

51156

65156

71306

85306

Fuente: Elaboracin Propia

Codificando la matriz de diseo respecto a los niveles de las variables obtenemos lo siguiente:Tabla No3.4: Matriz de diseo Codificado

NTIEMPO

( Hr )TEMP.

( OC)PHX1X2X3

1

2

3

4

5

6

7

8

1

5

1

5

1

5

1

5

15

15

30

30

15

15

30

305

5

5

5

6

6

6

6-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1

Fuente: Elaboracin propia

Con estos cdigos, realizamos la matriz de variables independientes y sus respectivas interacciones del procesoTabla N3.5: Interacciones del proceso

NoX0X1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X3

1

2

3

4

5

6

7

8+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1+1

-1

+1

-1

-1

+1

-1

+1+1

-1

+1

-1

-1

+1

-1

+1+1

+1

-1

-1

-1

-1

+1

+1-1

+1

+1

-1

+1

-1

-1

+1

Fuente: Elaboracin Propia3.2 Toma de Muestras

Las muestras de bentonita y de efluente metalrgico se tomaron de acuerdo a lo recomendado, es decir muestras representativas

3.2.1 Bentonita

La muestra de bentonita puede ser obtenida mediante un muestreo de la misma Beta o por la compra directa a comerciantes que explotan stos yacimientos, quienes comercializan este recurso natural para ser usados como insumos en la industria, stas muestras son tomadas en forma general no realizando un muestreo adecuado por las maquinarias empleadas, es decir unen las muestras que se asemejan en coloracin y no a su contenido.

En el valle del Mantaro se cuentan con varios yacimientos localizados en: Jauja, Concepcin y Chupaca, luego del anlisis de contenido de montmorillonita result ms favorable el trabajo con la muestra de Chongos Alto, fue as que para la realizacin del presente trabajo, se tom una muestra de bentonita proveniente del Yacimiento Beta Mercedes 85 de propiedad de la Ca. Minera Doa Herminia del lugar denominado Mitupampa del Distrito de Chongos Alto de la Provincia de Chupaca.

Para ello se tomaron muestras en diferentes puntos (muestreo tipo Z) en un rea aproximada de 100 m2, para este caso la muestra de color verde agua, stas se homogeneizaron y empacaron para el anlisis y trabajo respectivo.3.2.2 Efluente Metalrgico

Se trabaj con la muestra de efluente representativa de la planta Metalrgica de Yauris, perteneciente a la Universidad Nacional del Centro del Per, para luego adaptarla a nuestro requerimiento.La muestra para este caso se tom a la salida de todo el proceso en la desembocadura hacia el Ro Mantaro a 50 metros del centro de proceso.En este efluente se midi el caudal, temperatura y pH. El caudal fue de 6 l/min., las otras mediciones la presentamos en la siguiente tabla:

Tabla No 3.6: Condiciones de la muestra de efluente metalrgico

No de muestraTiempoTemperaturapH

18:00156

29:00156

310:00155.5

411:00155.5

512:00155

613:00155.5

714:00155.5

815:00156

916:00156

1017:00156

Fuente: Medicin propia

Estas muestras se homogeneizaron, y se tom de ella la muestra general. La cual se conserv segn lo indica el laboratorio de INGEMMET quienes recomiendan preservar la muestra: para metales con cido ntrico al 0.2 % es decir para 500 mL agregar 1 mL de cido QP, a temperatura baja. Para luego realizar la lectura correspondiente de contenido de plomo divalente con ayuda del espectrofotmetro de Absorcin Atmica.

3.3 ESQUEMA DE TRABAJOFigura No3.1: Esquema de Trabajo3.4 Muestra de BentonitaLa muestra de bentonita tomada, se caracterizo, teniendo en cuenta los requerimientos de nuestra investigacin, entre las principales caractersticas determinadas tenemos:

Composicin Mineralgica

Composicin Qumica Superficie especifica Capacidad de Intercambio Catinico3.4.1 Determinacin de la Composicin Mineralgica

3.4.1.1 Equipos

Difractmetro de Rayos X marca SHIMADZU Modelo XRD 600, Instituto Geolgico Minero Metalrgico INGEMMET Lima Per.

Balanza Analtica

3.4.1.2 Materiales

Mortero con piln, luna de reloj, Tamiz

3.4.1.3 Procedimiento

- Pesar 50 gramos de muestra y ponerlo a secar al medio ambiente

Con la ayuda de un mortero moler la muestra lo mas fino posible

tamizar

Colocar la muestra fina en un recipiente adecuado del equipo,

Someter la muestra a los rayos X, la Radiacin dura aproximadamente 60 minutos, mientras que el equipo irradia a diferentes ngulos.

Con este proceso se obtiene un difractograma (espectro de difraccin), que es dibujado en una computadora, la cual est conectada a los contadores en la deteccin de la radiacin difractada del equipo.

Este difractograma obtenido nos sirve para determinar las especies mineralogicas presentes en la muestra, mediante comparacin con los patrones conocidos del fichero JCPDS.Con el uso de la ecuacin de la ley de Bragg podemos determinar los espacios interplanares, a partir de los ngulos de difraccin y la longitud de onda de los rayos X.3.4.2 Determinacin de la Composicin Qumica3.4.2.1 Equipos

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica marca PERKING ELMER modelo 3100 Instituto Geolgico Minero Metalrgico INGEMMET Lima

Balanza Analtica

3.4.2.2 MaterialesMortero con piln, lunas de reloj, esptulas, vasos de precipitacin, fiolas, matraces, tubos de ensayo.

3.4.2.3 Reactivoscido Fluorhdrico QP, agua destilada

3.4.2.4 Procedimiento Pesar una muestra de bentonita representativa y hacer el ataque con cido Fluorhdrico QP(con mucho cuidado en la ventana extractora, por la toxicidad de los gases ) hasta que no se observe la presencia de partculas

La solucin obtenida se diluye, luego se realizan las lecturas de concentracin de metales con el equipo de absorcin atmica, y como resultado tenemos las concentraciones de cada uno de ellos en partes por milln

Para obtener los componentes en forma de xidos se multiplica la concentracin encontrada por un factor de conversin dependiendo de cada elemento, stos valores lo presentamos en la siguiente tabla:Tabla No 3.7: Factor de conversin a xido para cada elementoElementoSmboloFactor de conversin

SilicioSi2,1393

AluminioAl1,8894

TitanioTi1,6683

ManganesoMn1,2912

FierroFe1,4297

CalcioCa1,3992

MagnesioMg1,6582

PotasioK1,2046

SodioNa1,3479

Fuente: Laboratorio de Analtica, INGEMMET

Como resultado, se obtiene la composicin qumica con su respectivo porcentaje.3.4.3 Determinacin de la Capacidad de Intercambio Catinico3.4.3.1 Equipos

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica, del Laboratorio de suelos de la Universidad Agraria la Molina

Balanza Analtica

3.4.3.2 MaterialesBombilla, cronmetro, embudos de vidrio, fiolas de 100 y 10 ml, frasco lavador, matraces erlenmeyer, papel filtro cuantitativo whatman No 42, vasos de precipitacin.

3.4.3.3 ReactivosAcetato de Amonio 1 N, agua destilada, Cloruro de Potasio 1 N.

3.4.3.4 ProcedimientoPara determinar esta propiedad fisicoqumica de la bentonita, se determina la concentracin de 4 iones presentes en la muestra, los cuales se realizan por separado.

a). Sodio y Potasio Pesar 2,5 gramos de muestra, lavar con agua destilada de 10 en 10 mL 5 veces (colocado en un papel filtro)

Agregar 50 mL de solucin de acetato de amonio1 N con un pH 7 (de 10 en 10 mL) y filtrar.

Agitar bien la muestra resultante, y llevarlo a leer en el espectrofotmetro de absorcin atmica.

b). Calcio y Magnesio:

Pesar 2,5 gramos de muestra, lavar con agua destilada de 10 en 10 ml 5 veces (colocado en un papel filtro)

Agregar 50 ml de solucin de Cloruro de Potasio 1 N con un pH 7 (de 10 en 10 mL) y filtrar.

Agitar bien la muestra resultante, y llevarlo a leer en el espectrofotmetro de absorcin atmica.

Como resultado de este anlisis se tendrn la concentracin de cada metal en partes por milln. Los cuales se multiplican por un factor de trabajo para obtener las milis equivalentes de cada elemento, cuya ecuacin es:

me = lectura * fdil*2

(11)

100g p.e catin

Donde:

me/100g: mili equivalentes por 100 gramos de bentonita

Lectura: Concentracin del catin en ppm

Fdil

: Factor de dilucin

p.e catin: peso equivalente del catin, este valor es para cada catin

Presentamos los pesos equivalentes para cada catin leda en la muestra

Tabla No 3.8: Peso equivalente de cada elemento

ElementoSmboloPeso equivalente

CalcioCa20

SodioNa23

PotasioK39

MagnesioMg12

Fuente: Laboratorio de suelos, La Molina

Reemplazando el valor de la concentracin obtenida en la ecuacin 11, se obtienen stos en mili equivalentes los cuales al sumar nos darn la capacidad de intercambio catinico de toda la muestra, cuya unidad ser en me / 100 g de bentonita3.5 Pilareado de la Bentonita3.5.1 Equipos

Agitador Magntico LABOR MUSZERIPARI LE 302

Agitador Vibratorio Thermolyne AROS 160

Balanza Analtica

Horno Elctrico de Laboratorio Terrgeno L2 A

pH metro digital marca HACH, modelo EC20

3.5.2 Materiales

Buretas (50, 100 ml), cpsulas de porcelana, crisoles de porcelana, cronmetro, desecador, embudos de vidrio, estufa elctrica, Fiolas (100, 500 ml), frasco lavador, lunas de reloj, matraces erlenmeyer (500, 250 ml), mortero con piln, papel filtro cuantitativo, pinzas, probeta volumtricas (1000,500 ml), soportes, tamices, termmetro, varillas, vasos de precipitacin (1000, 500 ml).

3.5.3 Reactivos

Agua destilada, cloruro de aluminio hexahidratado 0.2 M, Hidrxido de sodio 0,2 M.3.5.4 Procedimiento

Para este caso se usaron los procedimientos propuestos y los parmetros encontrados por Bendez & Bulln, 2002.3.5.4.1 Preparacin de la muestra

Para la operacin de pilareado se necesita una bentonita purificada, y para ello se realiz por el mtodo de sedimentacin, el cual consiste en: Pesar 50 gramos de muestra de bentonita y colocarlo en una probeta de 1 litro, adicionar 700 mililitros de agua destilada y agitar vigorosamente por algunos minutos, luego aforar y dejar en reposos por un lapso de 10 minutos.

Extraer la solucin sobrenadante hasta una profundidad de 10 cm, desechar el resto por centrifugacin, separar la mayor parte de lquido de la solucin.

La muestra obtenida de bentonita secarla a 100 C por un tiempo de 24 horas.

Repetir todos los pasos, hasta obtener la cantidad necesaria de bentonita purificada para el pilareo.3.5.4.2 Preparacin de la Solucin Pilareante(Al13Polihidroxipolimrico)

Preparar soluciones de NaOH y AlCl3.6H2O, ambas a concentracin de 0,2 molar.

A una solucin agitada de AlCl3.6H2O, adicionar NaOH con una velocidad de 1 mL/min, hasta obtener una relacin en volumen de OH/Al igual a 2,5.

Envejecer la solucin preparada por un da a temperatura ambiente, esto en constante agitacin, hasta que la solucin quede clara y no haya presencia de precipitado.3.5.4.3 Pilareado de la Bentonita con Aluminio Polihidroxipolimrico

Preparar una suspensin acuosa al 2 % en peso con la bentonita purificada.

Aadir esta suspensin a la solucin pilareante preparada anteriormente, todo en constante agitacin, hasta obtener una relacin final de Al / bentonita igual a 2 mmol/g bentonita. Mantener la muestra a un pH entre 3 y 6, y dejar reaccionar por 12 horas, luego que transcurre el tiempo, el producto obtenido fue centrifugado y lavado con agua destilada (unas 5 veces)

la bentonita obtenida (coagulada) se seca a 100 C por 24 horas.

La muestra seca obtenida se lleva a calcinacin por 4 horas a temperatura de 300 C. 3.6 Bentonita PilareadaPara conocer la diferencia entre las muestras de bentonita natural y bentonita pilareada, realizamos la determinacin de algunas caractersticas entre ellas:

Distancia Interplanar alcanzada

Superficie Especfica Capacidad de Intercambio Catinico3.6.1 Determinacin de la Distancia Interplanar3.6.1.1 Equipo

Difractmetro de Rayos X marca SHIMADZU modelo XRD 6000, Instituto Geolgico Minero Metalrgico INGEMMET Lima3.6.1.2 Materiales

Mortero con piln, tamiz3.6.1.3 Procedimiento

Pesar 50 gramos de muestra y ponerlo a secar al medio ambiente

Con la ayuda de un mortero moler la muestra lo mas fino posible

tamizarlo para obtener una muestra fina.

Colocar la muestra fina en un recipiente del equipo, para someter la muestra a los rayos X.

La Radiacin dura aproximadamente 60 minutos, mientras que el equipo irradia a diferentes ngulos.

Con este proceso se obtiene un difractograma, que es dibujado en una computadora, la cual esta conectado al equipo de difraccin.

Este difractograma obtenido nos sirve para determinar la distancia interplanar alcanzada en amstrogs y las especies mineralgicas presentes en la muestra, dependiendo de los picos formados.3.6.2 Determinacin de la Capacidad de Intercambio Catinico3.6.2.1 Equipos

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica, del Laboratorio de suelos de la Universidad Agraria la Molina

Balanza Analtica3.6.2.2 MaterialesBombilla, cronometro, embudos de vidrio, Fiolas, frasco lavador, matraces erlenmeyer, papel filtro cuantitativo whatman No 42, vasos de precipitacin.3.6.2.3 ReactivosAcetato de Amonio 1 N, agua destilada, Cloruro de Potasio 1 N.3.6.2.4 ProcedimientoPara determinar esta propiedad de la bentonita Pilareada, se siguieron los mismos pasos de la determinacin de la capacidad de intercambio catinico de la bentonita natural. 3.7 Remocin de plomoDeterminar la concentracin de plomo en la muestra del efluente (agua residual), por espectrofotometra de absorcin atmica y con este resultado preparamos una solucin con contenido de plomo.

3.7.1 Solucin de plomo divalente3.7.1.1 Equipo

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica marca PARKING ELMER modelo 3100 Instituto Geolgico Minero Metalrgico Lima

Balanza Analtica3.7.1.2 Materiales

Fiola de 1000 ml, luna de reloj, esptula.3.7.1.3 Reactivos

Agua destilada, Nitrato de plomo3.7.1.4 Procedimiento

Determinar la concentracin de plomo en la muestra del efluente metalrgico, esto con el uso del equipo de absorcin atmica

En base al resultado preparar una solucin de plomo, para este caso el resultado de la concentracin fue de 21.1 ppm.

Pesar 0.0351 gramos de Nitrato de Plomo

Vaciar en una fiola de 1000 al y aforar con agua destilada3.7.2 Dosificacin de la Bentonita Pilareada3.7.2.1 Equipos

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica marca SHIMADZU modelo AA 680 Laboratorio de Anlisis Instrumental de la Facultad de Ingeniera Qumica.

Agitador Vibratorio Thermolyne AROS 160.

Balanza Analtica.3.7.2.2 MaterialesCronometro, embudos de vidrio, frasco lavador, matraces erlenmeyer 250 ml, papel filtro cuantitativo, probeta volumtrica 100 ml.

3.7.2.3 ReactivoSolucin de Nitrato de Plomo3.7.2.4 ProcedimientoDado el trabajo a realizar, se hizo necesario la determinacin del peso de bentonita, a utilizar para la remocin de plomo divalente para ello se sigui:

Pesar muestras de bentonita pilareada, pesos de: 0,01; 0,03; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35;0,4; 0,5; 0;6; 0,7; colocarlos en matraces de 250 mL.

Agregar 100 mL de solucin de plomo a cada matraz.

Tapar, y poner en agitacin por 1 hora, en un agitador AROS 160 Adjustable Reciprocating Orbital Shaker THERMOLINE a 110 rpm.

Filtrar la solucin.

Diluir la muestra de acuerdo al rango de concentraciones del espectrofotmetro de absorcin atmica y realizar las lecturas correspondientes de concentracin de plomo final.

Con las lecturas obtenidas de concentracin de plomo, realizar un grafico de porcentaje de remocin versus cantidad de bentonita.

De dicho grfico determinar la cantidad de bentonita pilareada a utilizar, esto se realiza en el punto en el cual la curva de remocin se hace constante para cualquier peso.

3.8 Evaluacin de la Remocin de Plomo en el EfluenteLuego de obtener la condicin favorable en base al resultado de los experimentos realizados, se procede a determinar la adsorcion de plomo presente en la muestra de efluente metalrgico, y poder observar el rendimiento en ella.

3.8.1 Equipos

Espectrofotmetro de Absorcin Atmica marca PERKING ELMER modelo 3100 Instituto Geolgico Minero Metalrgico INGEMMET Lima

pH metro digital marca HACH modelo EC 20

3.8.2 Materiales

Cronometro, embudo de vidrio, estufa elctrica, frasco lavador, luna de reloj, matraz de 250 ml, papel filtro cuantitativo No 42, probeta de 100 ml, termmetro, varilla

3.8.3 Reactivo

Muestra representativa de efluente metalrgico

3.8.4 Procedimiento

Pesar 0.4 gramos de bentonita pilareada y colocarla en un matraz de 250 ml.

Agregar 100 ml de efluente al matraz, y poner dicha solucin a las siguientes condiciones: PH igual a 5, temperatura igual a 30 oC.

Tapar y agitar por 5 horas en un agitador Aros 160 Adjustable Reciprocating Orbital Shaker THERMOLINE a 110 rpm, filtrar.

La muestra obtenida se analiza con ayuda del equipo de Espectrofotometra de absorcin Atmica, para determinar la concentracin final de plomo.

CAPITULO IVTRATAMIENTO DE DATOS 4.1 MUESTRA DE BENTONITA

4.1.1 Composicin Mineralgica

Del reporte obtenido del Laboratorio de Difraccin de Rayos X de la muestra de Bentonita proveniente de Chongos Alto de la Regin Junn , se tiene la presencia de varias especies mineralgicas con sus respectivos porcentajes:

Tabla N4.1: Composicin Mineralgica Bentonita Natural

MineralFrmulaPorcentaje

MontmorillonitaCa0.2(Al,Mg)2Si4O10(OH)24H2O86,69

CuarzoSiO27,86

Albita(Na,Ca)(Si,Al)4084,39

Moscovita(K,Na)(Al,Mg,Fe)21,06

Fuente: Laboratorio de Difraccin INGEMMET.

Apoyados a las tarjetas de informacin del Fichero JPCDS, podemos identificarlas y resumirlas de la siguiente manera:

Montmorillonita Clcica (JCPDS 2000, PDF 13 0135)

Frmula : Ca0.2(Al, Mg) 2Si4O10 (OH) 2.4H2O

Sistema : Hexagonal

Parmetros en red : a=5,169 c= 15,02

Cuarzo (JCPDS 2000, PDF 46 1045)

Frmula : SIO2Sistema : Hexagonal

Parmetros en Red : a = 4,91344 c= 5,40524

De este resultado se puede apreciar que la Montmorillonita se encuentra en mayor cantidad, lo cual es bastante importante para nuestro trabajo, ya que para el pilareo de Bentonita se necesita una muestra que contenga la mayor cantidad de componente esmectitico que para nuestro caso es la Montmorillonita presente con un porcentaje de 86,69 %.

De los otros minerales vienen a ser impurezas, se pueden apreciar que sumados dan 13,31 % los cuales pueden ser eliminados por sedimentacin. Y no representan un peligro o interferencia para el pilareo.

En el Difractograma podemos apreciar una grafica que presenta varios picos a diferentes valores de los ngulos theta 2 theta (deg) estos a su ves con distintas intensidades I (CPS).Figura No 4.1:.Difracto grama de la Bentonita Natural

Fuente: Laboratorio de Difraccion INGEMMET

La existencia de diferentes picos se debe a la presencia de varios minerales en la muestra, los cuales tienen su propio valor de ngulo, estos son como la huella digital de cada mineral. Entre los valores obtenidos tenemos:

Tabla N4.2: Datos de DRX de la Bentonita Natural

N pico2 Theta (deg)d(A)I/I1

15,709815,46576100

28,88009,950261

317,37505,099805

420,00614,4346429

520,96004,2349210

621,70004,092156

723,18003,834114

823,46003,788983

923,74003,744923

1024,48003,633373

Fuente: Laboratorio de Difraccin INGEMMET

4.1.2 Composicin Qumica

Como resultado de los anlisis realizados en el Laboratorio de Qumica Analtica del Instituto Geolgico Minero Metalrgico, se tiene lo siguiente:

Tabla N 4.3: Composicin qumica de la bentonita natural

xidosPorcentaje, %

SiO248,3

Al2O317,9

TiO20,15

MnO0,02

Fe2O32,52

CaO2,11

MgO2,81

K2O0,15

Na2O0,08

PxC7,94

Fuente: Laboratorio de Qumica, INGEMMET.

De estos resultados podemos apreciar que la bentonita, dentro de su composicin, posee distintos cationes, de los cuales la mayor cantidad es de silicio con un porcentaje de 48,3 %, seguido por el aluminio con un porcentaje de 17,9 %, esto debido a que la muestra de bentonita pertenece a la familia de las arcillas y son silicatos. Y teniendo una baja presencia de sodio con un porcentaje de 0,08 %.

Y como prdida por calcinacin un porcentaje de 7,94 ya que la muestra contiene poco material carbonoso, este valor es determinado por la diferencia con la suma de todos los xidos presentes en la muestra.

4.1.3 Capacidad de Intercambio Catinico

Del anlisis realizado en el laboratorio de Suelos de la Facultad de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional Agraria La Molina, se tienen los siguientes reportes:

Tabla No 4.6: Capacidad de Intercambio Catinico de la Bentonita Natural

Iones cambiablesCIC (Cmol/Kg.)

Ca+272,60

Mg+213,16

Na+0,48

K+1,051

Total87,29

Fuente: Laboratorio de Suelos, La Molina

Con los resultados se hace la conversin necesaria para obtener los datos en mili equivalentes por 100gramos de bentonita:

1 Cmol/Kg. = 1 me/100 g

Para nuestro caso el equivalente es el mismo, y por ende los valores tambin son en me/100g.

Podemos observar que la muestra posee una alta capacidad de intercambio de iones.

Estos iones al estar en contacto con la solucin pilareante se intercambiarn con el catin del aluminio con una carga de +7, y se desplazarn, dando como resultado un valor menor del intercambio catinico inicial, esto se demostrar al determinar sta caracterstica de la Bentonita pilareada

4.2 Bentonita Pilareada

4.2.1 Distancia Interplanar

Del difractograma obtenido despus de la difraccin de rayos X realizado en el laboratorio de INGEMMET de la Bentonita Pilareada, podemos observar que en comparacin a la muestra original, este sufre leves modificaciones, se puede apreciar que el pico que inicialmente tenia una mayor intensidad, ahora baja esto se debe principalmente al aumento en la distancia interplanar y a la fijacin de la misma, ya que sabemos que la Bentonita tiende a aumentar y disminuir su distancia en base a la solucin a la que se somete, la hoja de Resumen de picos de muestra de bentonita pilareada tenemos picos de los cuales presentamos los 10 primeros.

Tabla N4.8: Distancia interplanar alcanzada de la bentonita pilareada

2 Theta (deg) d ( A )

5,603315,75947

Fuente: Laboratorio de Difraccin INGEMMETDe este resultado, se puede apreciar que alcanzamos una distancia interplanar mayor, la cual se hace fija debido a la presencia de pilares de aluminio.

Sabemos que la muestra de Bentonita inicialmente tenia una distancia, la cual tiende a bajar o subir dependiendo de las circunstancias y al pilarearla logramos que sta se incrementar y el ms importante que se haga fija y estable, para poder utilizarla como adsorbente y realizar la remocin de plomo, el cual es el objetivo de nuestro trabajo.

4.2.2 Capacidad de Intercambio Catinico

Del anlisis realizado en el laboratorio de Anlisis de Agua Suelo Medio Ambiente de la Facultad de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional Agraria La Molina, se tienen los siguientes reportes:

Tabla N 4.11: Capacidad de Intercambio Catinico de la Bentonita Pilareada

Iones cambiablesCIC (Cmol/Kg.)

Ca++62,50

Mg++7,66

Na+0,180

K+0,81

Total71,150

Fuente: Laboratorio de Suelos La Molina

De estos resultados se hace la conversin necesaria para obtener los datos en mili equivalentes por 100gramos de bentonita, el cual es:

1 Cmol/Kg = 1 me/100 g

Para nuestro caso el equivalente es el mismo, y por ende los valores tambin son en me/100g.

Podemos observar que la capacidad de intercambio catinico baja, esto se debe a la presencia del Ion Al13, con una valencia de +7, el cual al estar en contacto con la Bentonita intercambia los iones como Calcio, Magnesio, Sodio y Potasio, reduciendo de esta manera la presencia de estos cationes

.4.3 Plomo en el Efluente Metalrgico

4.3.1 Concentracin de plomo

Del anlisis a la muestra del efluente realizada en el laboratorio del Instituto Geolgico Minero Metalrgico, se tienen los reportes, esto por espectrofotometra de absorcin atmica con el cual se determin la concentracin de plomo en forma inica los cuales estn formando compuestos entre ellos: nitratos, cloruros, etc.

Tabla N4.12: Concentracin de plomo en la muestra de efluente metalrgico

Metalmg/LPpm

Plomo21,121,1

Fuente: Laboratorio de Qumica INGEMMET

De ste resultado se puede apreciar que la cantidad de plomo est sobrepasando los lmites mximos permisibles (0,4 mg/L), segn el Ministerio de Energa y Minas.

4.3.2 Balance de plomo en la planta

En base al trabajo realizado en toda la planta y de acuerdo a su balance metalrgico, tenemos:

Figura No 4.5: Balance de plomo en la planta metalrgica

Fuente: Planta metalrgica

Donde:

A: mineral

B: Agua

C: Concentrado de plomo

D: Concentrado de zinc

E: Relave general

F: Agua residual

G: Residuo slido

Conociendo el informe de cabeza del mineral en la entrada al proceso de concentracin y la recuperacin del mismo, en una hora de operacin:

Tabla No 4.13:.Alimentacin de la planta metalrgica

AlimentacinCantidad Kg.

Cabeza del mineral283,4.

Agua348,0

Fuente: Planta Metalrgica

La cabeza ingresa a la planta con una ley de 5,61 % de contenido de plomo, los cuales luego del proceso de concentracin del mismo, alcanzan una recuperacin del 89,18 % del contenido inicial y el resto se va hacia el relave tenemos los siguientes reportes:

Tabla No 4.14: Recuperacin de plomo en la planta metalrgica

RecuperacinPorcentaje %

Concentrado de plomo84,36

Concentrado de zinc5,82

Relave General9,81

Fuente: Planta Metalrgica

Realizando los clculos necesarios para el Balance de Masa total, y teniendo el reporte de contenido de plomo en el agua (21.1 mg/L), el Balance de Materia para el plomo en la planta queda as:

Tabla No 4.15: Balance de plomo en la planta metalrgica

PuntosNombreCantidad Kg.Porcentaje en pesoPeso de plomo Kg.

AMineral283,40005,6100015,900000

BAgua348,00000,000000,000000

CConcentrado de Plomo20,574865,1700013,408500

DConcentrado de Plomo29,95533,090000,925600

ERelave Total580,86990,268501,559700

FAgua Residual360,00000,002110,007596

GResiduo Slido220,86990,702721,552104

Fuente: Elaboracin propia

Donde:

A + B = C + D + E

E = F + G

4.4 Remocin de Plomo

4.4.1 Dosificacin de Bentonita Pilareada

Se realizaron a diferentes pesos de bentonita, los cuales se pusieron en contacto con 100 ml de una solucin de plomo el cual contena la cantidad determinada en el efluente metalrgico 22 ppm, trascurrido una hora de remocin, filtrado, se realizaron las lecturas de concentracin de plomo inico, esto con ayuda del equipo de espectrofotometra de absorcin atmica.

4.4.1.1 Concentracin de plomo obtenido despus de la dosificacin

Para determinar la concentracin real de cada muestra se hace uso de ecuaciones, tales como:

CRPb = fstand*CPbleida*fdil

(15)

Donde:

CRPb: Concentracin real de plomo de la muestra, ppm

FstandPb: Factor de la solucin estndar de plomo

CPbleida: Concentracin de plomo leda de la muestra, ppm

Fdil: factor de dilucin

Donde:

FstandPb = C te.standPb

(16)

C prct.standPbDonde:

Cteo.standPb

: Concentracin terica del estndar de plomo

Cprct.standPb: Concentracin prctica del estndar de plomo

Cada concentracin leda se multiplico en base al trabajo realizado en el laboratorio, de los cuales tenemos como resultado final lo siguiente:

Tabla N4.16: Concentracin de Plomo obtenida despus de la dosificacin

Peso de bentonita pilareada (g)Concentracin final (ppm)

0,0111,2398

0,039,1058

0,056,4350

0,15,5528

0,154,4220

0.23,7972

0,253,1174

0,32,9238

0,352,8006

0,402,7104

0,502,7104

0,602,7104

Fuente: Laboratorio de Anlisis Instrumental UNCP4.4.1.2 Balance de plomo obtenida despus de la dosificacin

Considerando como entrada la bentonita pilareada y la solucin de plomo, y como salida ambos luego de la remocin

Figura No 4.6: Balance de plomo obtenida despus de la dosificacin

Fuente: Elaboracin propia

Donde:

H: Bentonita Pilareada

I: Solucin Inicial de plomo

J: Solucin final de plomo

K: Bentonita pilareada con plomo

El trabajo realizado con diferentes pesos nos da una cantidad de plomo variante en cada uno de ellos, por lo cual presentamos el balance con cada uno de los pesos utilizados:

Tabla No 4.17.: Balance de plomo despus de la dosificacin de bentonita pilareada

PesosHIJK

0,0100,0220,00112390,0010760

0,0300,0220,00910580,0128942

0,0500,0220,00643500,015565

0.1000,0220,00555280,0164472

0.1500,0220,00442200,017578

0,2000,0220,00371720,0182828

0,2500,0220,00311740,0188826

0,3000,0220,00292380,0190762

0,3500,0220,00280060,0191994

0,4000,0220.00271040,0192896

0,5000,0220,00271040,0192896

0,6000,0220,00271040,0192896

0,7000,0220,00271040,0192896

Fuente: Elaboracin propia

4.4.1.3 Porcentaje de remocin de plomo despus de la dosificacin

Con los datos de concentraciones de plomo con la dosificacin (tabla No 4.16) se procede a calcular el porcentaje de remocin, mediante la siguiente ecuacin:

% de remocin = Co-C*100

(17)

Co

Donde:

Co : Concentracin inicial = 22 ppm

C : Concentracin final, ppm

X : Diferencia de concentraciones, Co-C

Reemplazando estos datos en la ecuacin se tiene la siguiente tabla:

Tabla N4.18: Porcentaje de Remocin de plomo despus de la dosificacin

W BP.C finalX% Rem.

0,0111,239810,760248,90

0,039,105812,894258,68

0,056,435015,565070,75

0,15,552816,447274,76

0,154,422017,578079,90

0,23,797218,202882,7

0,253,117418,882685,8

0,32,923819,076286,71

0,352,800619,199487,27

0,42,710419,289687,68

0,52,710419,289687,68

0,62,170319,280787,68

0,72,710519,280587,68

Fuente: Elaboracin Propia

Graficando la cantidad en gramos de bentonita pilareada versus porcentaje de remocin, se tiene la siguiente figura:

Figura N 4.7: Efecto de la Dosificacin de Bentonita Pilareada

Fuente: Elaboracin PropiaDel grfico realizado se puede apreciar que la remocin de plomo aumenta al incrementar el peso de la bentonita, este se puede observar desde el peso de 0,01 g con un porcentaje de remocin de 48,91 % presentando la mas baja remocin, Pero esta se incrementa a medida que aumenta el peso de la Bentonita Pilareada llegando hasta 87,68 % de remocin a un peso de 0,4 gramos. El porcentaje de remocin a partir de este punto se hace constante, al incrementar el peso de la bentonita pilareada hasta 0,7 gramos.

Entonces para nuestro trabajo utilizaremos 0.4 gramos de bentonita dato encontrado luego de la dosificacin de la misma.

4.4.2 Remocin de plomo con el Diseo Experimental Propuesto Para el trabajo se utilizaron 3 variables independientes como son tiempo de remocin, temperatura de remocin pH de la solucin, con dos niveles cada uno, generando una matriz de diseo en la cual se tiene 8 experimentos de la siguiente los cuales son:

Tabla N4.19: Matrz de Diseo Factorial 23No de ExperimentosTiempo de

Remocin HrTemperatura de

Remocin CPH

11155

25155

31305

45305

51156

65156

71306

85306

Fuente: Diseo factorial

4.4.2.1 Concentracin de plomo obtenido despus de cada experimento

Realizando las replicas y empleando las ecuaciones 14 y 15 para determinar la concentracin real obtenido de las lecturas de plomo de cada experimento.Tabla No 4.20: Concentracin de plomo obtenido despus de cada experimento

ExperimentosResultado, ppmRplica, ppm

12,83262,9084

21,21881,2870

32,17582,1978

40,34760,4950

53,15253,3022

62,42882,6026

71,72041,7644

80,81180,9042

Fuente: Laboratorio de Anlisis Instrumental UNCP4.4.2.2 Balance de plomo obtenido despus de cada experimento

De los resultados de las concentraciones obtenidas, calculamos la cantidad de plomo presente en cada punto como son:

Figura No 4.8: Balance de plomo obtenido despus de cada experimento

Fuente: Elaboracin propia

Donde:

L: Bentonita Pilareada

M: Solucin de plomo inicial

N: Solucin de plomo final

O: Bentonita pilareada con plomo

Haciendo el balance de materia tenemos:

L + M = N + O

Tabla No4.21 : Balance de plomo despus de cada experimento

No exp

.LMNO

%wW, g%wW, g%ww, g%ww, g

1000,00220,00220,00028320,00028320,47420,001906

2000,00220,00220,00012180,00012180,51680,002078

3000,00220,00220,00021750,00021750,49300,001982

4000,00220,00220,0000340,0000340,53830,002165

5000,00220,00220,0003150,0003150,46870,001884

6000,00220,00220,0002420,0002420,48680,001957

7000,00220.00220,0001720,0001720,50420,002027

8000,00220,00220,0000810,0000810,52670,002118

Fuente: Elaboracin propia

4.4.2.3 Porcentaje de remocin de plomo despus de cada experimento

Luego de realizar las rplicas, tenemos el resultado de cada experimento, esto con la ayuda del equipo de espectrofotometra de absorcin atmica, y reemplazando cada lectura en las ecuaciones 15, 16 y 17:

Tabla No 4.22: Porcentaje de Remocin de Plomo despus de cada experimento

Experimento% de Remocin

Y1% de Remocin

Y2

187,6786,78

295,4695,15

391,1191,01

499,4298,75

586,9785,99

689,9689,17

793,1892,98

897,3196,89

Fuente: Laboratorio de Anlisis Instrumental FIQ

De estos resultados se puede apreciar que el experimento No 4, presenta el mayor porcentaje de remocin en su respuesta con su respectiva rplica.

4.5 Influencia de las Variables Independientes en el Proceso

Con la finalidad de analizar la influencia de las variables independientes: tiempo de contacto, temperatura y pH, en el porcentaje de remocin de plomo divalente, aplicamos el diseo factorial 23. Dando 8 experimentos, debido a que cada variable posee dos niveles. Para esto se hizo una replica, y con resultado obtenido se procedi a calcular en cuadro ANVA, para el anlisis de Varianza Codificando los niveles de las variables para un diseo factorial 23 obtenemos lo siguiente:

Tabla No4.23: Niveles para un diseo factorial 23NTIEMPO

( Hr )TEMP.

( OC)PHX1X2X3

1

2

3

4

5

6

7

8

1

5

1

5

1

5

1

5

15

15

30

30

15

15

30

305

5

5

5

6

6

6

6-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1

Fuente: Elaboracin Propia4.5.1 Interacciones de las variables en el proceso

Con estos cdigos, realizamos la matriz de variables independientes y sus respectivas interacciones del proceso

Tabla N4.24: Interacciones de las variables en el proceso

NoX0X1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X3

1

2

3

4

5

6

7

8+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1+1

-1

+1

-1

-1

+1

-1

+1+1

-1

+1

-1

-1

+1

-1

+1+1

+1

-1

-1

-1

-1

+1

+1-1

+1

+1

-1

+1

-1

-1

+1

Fuente: Elaboracin Propia4.5.2 Rplicas del diseo experimental propuesto

Como resultados de las dos replicas de los experimentos, luego de hacer las lecturas correspondientes con ayuda del equipo de espectrofotometra de absorcin atmica tenemos y reemplazando en las ecuaciones 15, 16 y 17:

Tabla N4.25: Rplicas del Diseo Experimental Propuesto

NTiempoTemp.pHX1X2X3Y1Y2YT

1

2

3

4

5

6

7

81

5

1

5

1

5

1

515

15

30

30

15

15

30

305

5

5

5

6

6

6

6-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+187,67

95,46

91,11

99,42

86,97

89,96

93,18

97,3186,78

95,15

91,01

98,75

85,99

89,17

92,98

96,89174,45

190,61

182,12

198,17

172,96

179,13

186,16

194,20

Fuente: Laboratorio de Espectrofotometra de Absorcin Atmica

4.5.3 Clculo de los efectos

Luego hallamos los efectos de las variables para ello hacemos uso de la siguiente formula:

(18)Donde:

Y+: sumatoria de las respuestas correspondientes al nivel superior

Y-: Sumatoria de las respuestas correspondientes al nivel inferior

Remplazando los datos obtenidos para cada una de las variables con sus interacciones, tenemos la siguiente tabla:

Tabla N 4.26: Efectos de las variables y sus InteraccionesNoXoX1X2X3X1X2X1X3X2X3X1X2X3Y

1

2

3

4

5

6

7

8+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1

+1-1

+1

-1

+1

-1

+1

-1

+1-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1

+1-1

-1

-1

-1

+1

+1

+1

+1+1

-1

-1

+1

+1

-1

-1

+1+1

-1

+1

-1

-1

+1

-1

+1+1

+1

-1

-1

-1

-1

+1

+1-1

+1

+1

-1

+1

-1

-1

+1174,45

190,61

182,12

198,17

172,96

179,13

186,16

194,20

Y+1447,8762,11760,65732,45739,78729,9745,42139,89

Y----715,69717,15745,35738,02747,9732,38737,91

Y+Y----46,4243,5-12,91,76-1813,041,98

Efectos---5,8025,43-1,6120,22-2,251,630,2475

Fuente: Elaboracin Propia

4.5.4 analisis de varianza

Procedemos a realizar el anlisis de varianza, con la finalidad de obtener el valor de las F calculadas y de tablas y conocer si las variables independientes son significativas para el trabajo de investigacin, y demostrar tambin nuestra hiptesis, para ello es necesario que cumpla lo siguiente:

Fcalculado > Ftablas

Tabla N4.27: Resumen del Anlisis de VarianzaFuente de

VariacinSuma de

CuadradosGrados de

LibertadMedia de

CuadradosFcalculado

X1

X2

X3

X1X2

X1X3

X2X3

X1X2X3

ERROR

TOTAL134,6760

118,2656

10,40062

0,193600

20,25000

10,62760

0,245020

1,574020

296,23241

1

1

1

1

1

1

8

15134,6760

118,2656

10,40062

0,193600

20,25000

10,62760

0,245020

0,196750

_684,4923

601,0862

52,86120

0,983900

102,9208

54,01480

1,245300

_

_

Fuente: Elaboracin Propia4.6 Prueba de Hiptesis

De acuerdo al valor de la F podemos aceptar o rechazar nuestras hiptesis es decir si Fcalculado >Ftablas entonces se acepta la hiptesis de investigacin y se rechaza la hiptesis nula

Y si la Fcalculado