precipitaciÓn de metales disueltos (pb y zn)

Universidad Nacional

“José Faustino Sánchez Carrión”

Facultad de Ingeniería Química, Metalurgia Y Ambiental

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Metalúrgica.

“PRECIPITACIÓN DE METALES DISUELTOS (Pb

y Zn) CON SULFURO DE SODIO”

DOCENTE:

Ing. ABARCA RODRIGUEZ, JOAQUIN JOSE

Huacho – Perú.

2009.

1

PRECIPITACIÓN DE METALES DISUELTOS (Pb y Zn) CON SULFURO DE SODIO EN EL DRENAJE DE LA BOCAMINA TINQUICOCHA.

I. ANTECEDENTES.

Según la información recibida, los niveles de Pb y Zn disueltos en los efluentes de la bocamina Tinquicocha, están por encima de niveles permisibles.

Los días 10 y 11 de Junio, se hizo un recorrido de reconocimiento desde el punto de generación de dicho efluente. Verificándose que la línea principal de drenaje esta formada por la afluencia de 6 líneas secundarias para finalmente llegar a drenar por la bocamina Tinquicocha.

Seguido se identificó cada una de las líneas secundarias que forman la línea principal de drenaje, como se muestra a continuación:

El Pb y Zn disueltos son contaminantes en efluentes de mina y es casi imposible evitar su generación. Entonces creemos que debieran ser tratados inmediatamente y/o capturados en un punto más cercano a su punto de generación.

El principio de tratamiento actual a las aguas de la bocamina Tinquicocha es conocido como precipitación química, en este caso la adición de Sulfuro de Sodio provoca una reacción química para la formación de sulfuros y su posterior precipitación.

Esta precipitación esta basada en la solubilidad en agua de los diferentes iones disueltos, (de nuestro interés Pb++ y Zn++). El sulfuro de sodio es un reactivo fácilmente soluble, que se disocia según la reacción (1); el sodio se

2

libera en el agua y el azufre forma el Sulfuro de Pb ó Sulfuro de Zn con el ión Pb++ ó Zn++ respectivamente.

Y como en toda reacción química, estequiometricamente la concentración del sulfuro de sodio puede resultar limitante para la reacción.

Reacciones:

Na2S 2Na+ + S-- (1)Zn++ + S-- ZnS (2)

Pb++ + S-- PbS (3)

Finalmente la precipitación química de un metal en solución mediante un reactivo esta determinado principalmente por los siguientes factores:

La cinética del proceso. La composición del efluente. El flujo de efluente a tratar.

Por lo tanto la mezcla de la línea principal, contaminada con líneas secundarias, significará la dilución del contaminante con la subsecuente dificultad de su tratamiento (las cinéticas suelen depender de las concentraciones).

II. OBJETIVOS.

Formular un sistema de precipitación apropiado de los metales disueltos en el efluente generado en interior mina que drena por la bocamina Tinquicocha.

Determinar principales condiciones del proceso de precipitación a fin de tener el efluente de la bocamina Tinquicocha que cumpla los niveles permitidos para Pb y Zn en solución.

Indicar parámetros para escalamientos al proceso de precipitación.

III. HIPÓTESIS.

Realizado la identificación de cada línea secundaria se ha hecho seguimiento a los contenidos de Pb y Zn en seis puntos ubicados cerca de la intersección con la línea principal.

El punto 7 pertenece a la línea principal una vez que ha captado todas las líneas secundarias y antes de la dosificación del Sulfuro de Sodio.

3

En los siguientes cuadros se puede observar la variación del Pb y Zn disueltos en todos los puntos identificados desde el 10 al 18 de junio:

Variación de Pb:

Variación de Zn:

Por lo observado en el seguimiento, se decidió dar mayor interés de estudio a los puntos 1, 4, 5 y 6; pues sus rangos de variación son amplios y muy notorios. Más no así en los puntos 2 y 3.

Por otro lado, según los resultados, el punto 5 tiene una variación muy elevada en cuanto al contenido de Zn disuelto, llegando inclusive a sobrepasar los 4 mg/L.

También se hizo seguimiento a los caudales en los puntos considerados para estudio, tal como se muestra a continuación:

4

CONTENIDO DE METAL DISUELTO

0

0,02

0,04

0,06

TK1 TK2 TK3 TK4 TK5 TK6 TK7Puntos

Pb

(m

g/L

t)

10 de J unio 11 de J unio 12 de J unio


0

0,02

0,04


Pb

(m

g/L

t)



0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00


Zn (m

g/Lt

)



0,00

1,00

2,00


Zn (m

g/Lt

)


SEGUIMIENTO A CAUDALES

0,00

4,00

8,00

12,00

16,00

20,00

Pto 1 Pto 2 Pto 3 Pto 4 Pto 5 Pto 6 Pto 7

Puntos

m3 /m

in17-jun

18-jun

20-jun

25-jun

11-jun

15-jun

Haciendo una comparación, quedo muy visible que el mayor caudal era aportado por la línea secundaria del punto 6, y comparado con el caudal de la línea secundaria del punto 5, era ampliamente mayor.

Surge entonces una característica principal del drenaje del punto 5, es muy concentrada en iones Pb y Zn disueltos.

Durante la recopilación de datos operativos que actualmente se vienen desarrollando, se obtuvo, que la preparación de sulfuro de sodio es al 4%, y que la dosificación promedio esta alrededor de 900 cc/min.

Esto equivale a 36 gr. de sulfuro de sodio por minuto. Considerando al caudal promedio del punto 7 en 16000 litros por minuto, se tendría 0,00225 gr. de sulfuro de sodio por litro de agua drenada por la bocamina Tinquicocha.

Obtenida esta dosificación, se inicio los preparativos para una simulación a nivel de laboratorio.

Considerando que entre la bocamina y el punto de dosificación de sulfuro de sodio existe una distancia de 300 m. Una partícula de Pb ó Zn disuelto, tendría que reaccionar químicamente con las partículas de azufre durante el recorrido de los 300 metros.

Por lo tanto se fue a simular tal recorrido en una celda de flotación, con un radio promedio de 3,25 cm. y 820 rpm.

5

r = 3,25 cm

13 cm.Vista frontal de la celda de flotación de Laboratorio Metalúrgico.

Vista de planta de la celda de flotación.

De acuerdo a las consideraciones de simulación, se adoptó un tiempo promedio de 2 minutos de agitación. Con lo cual se tendría un recorrido experimental acumulado de 334,89 m. (cercano a la distancia de recorrido del drenaje con sulfuro de sodio adicionado)

Las rpm de simulación están de acuerdo al valor mínimo operativo de la celda de flotación.

IV. PRUEBAS EXPERIMENTALES.

4.1.- PRUEBA Nº1.

Haciendo efectiva las consideraciones, se simuló la primera prueba con las muestras del 10 de junio, correspondientes a los puntos 1, 4, 5, 6 y 7.

Quedando descartados los puntos 2 y 3, pues creemos no tienen mayor influencia en los contenidos Pb y Zn, por sus bajas concentraciones.

REL. Pb CAB. Pb REL. Zn CAB. Zn

mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,01 0,02 0,01 0,3 96,7%

TK - 4 0,02 0,02 0,01 0,66 98,5%TK - 5 0,02 0,02 0,06 0,65 90,8%

TK - 6 0,02 0,03 0,02 0,54 96,3%TK - 7 0,02 0,02 0,02 0,28 92,9%

PRUEBA Nº1 % PRECIPITA Zn

6

TK - 1TK - 4

TK - 5TK - 6

TK - 7

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº1

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

La prueba realizada ha tenido buenos resultados, pues en la mayoría de casos los porcentajes de precipitación de Zn son los necesarios para obtener valores menores a 0,03 mg/L de Zn en el relave. Salvo en el punto TK-5, pues al parecer ha sido necesario una mayor adición de sulfuro de sodio porque la cabeza también es alta.

4.2.- PRUEBA Nº2

Manteniendo las consideraciones se simuló la segunda prueba con las muestras del 11 de junio, incrementando el tiempo de agitación a 2,5 minutos.

En este caso también, los puntos 2 y 3, quedaron descartados.


mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,01 0,02 0,01 0,27 96,3%

TK - 4 0,01 0,01 0,01 0,56 98,2%

TK - 5 0,02 0,02 3,4 4,22 19,4%

TK - 6 0,02 0,01 0,03 0,55 94,5%TK - 7 0,02 0,02 0,03 0,57 94,7%

% PRECIPITA Zn

PRUEBA Nº2

Se obtuvieron resultados favorables en los puntos 1, 4, 6, y 7, excepto en el punto 5, donde el contenido de Zn en la cabeza es muy alta, determinando a nuestro criterio, una insuficiencia en la dosificación de sulfuro de sodio, y razón primordial por la que el porcentaje de precipitación de Zn es muy bajo (19,4%).

7

TK - 1TK - 4

TK - 5TK - 6

TK - 7

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº2

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

4.3.- PRUEBA Nº3

Nuevamente manteniendo las consideraciones se simuló la tercera prueba con las muestras del 15 de junio, incrementando el tiempo de agitación a 5 minutos.

En este caso también, los puntos 2 y 3, quedaron descartados.


mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,02 0,02 0,02 0,39 94,9%

TK - 4 0,02 0,02 0,03 0,65 95,4%TK - 5 0,03 0,02 2,2 3,27 32,7%

TK - 6 0,02 0,04 0,02 0,59 96,6%TK - 7 0,02 0,02 0,02 0,4 95,0%

% PRECIPITA Zn

PRUEBA Nº3

Se obtuvieron resultados favorables en los puntos 1, 4, 6, y 7, excepto en el punto 5, donde el contenido de Zn en la cabeza es muy alta, determinando otra vez a nuestro criterio, una insuficiencia en la dosificación de sulfuro de sodio, y razón primordial por la que el porcentaje de precipitación de Zn es muy bajo (32,7%). Podemos observar también que el incremento en el tiempo de agitación no hace visible algún comportamiento reversible en la precipitación, pues en este caso, inclusive el porcentaje de precipitación es mayor respecto a la prueba anterior.

8

TK - 1TK - 4

TK - 5TK - 6

TK - 7

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº3

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

4.4.- PRUEBA Nº4

Nuevamente manteniendo las consideraciones iniciales, se simuló la cuarta prueba con las muestras del 16 de junio, manteniendo el tiempo de agitación en 5 minutos e incrementando la agitación a 1000 rpm.

En este caso también, se evaluaron los puntos 1, 4 y 6. No se tuvo muestra de los demás puntos.


mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,02 0,02 0,03 0,32 90,6%

TK - 4 0,02 0,02 0,04 0,9 95,6%TK - 6 0,02 0,02 0,02 0,07 71,4%

% PRECIPITA ZnPRUEBA Nº3

Se obtuvieron en todos los casos, resultados favorables. Prediciéndose además un efecto favorable en la precipitación del Zn, por el incremento de la velocidad de agitación.

9

TK - 1TK - 4

TK - 5

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº4

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

4.5.- PRUEBAS Nº5 y Nº6

Tomando en consideración esencial el principio de precipitación química y su relación con la solubilidad en agua de los diferentes tipos de iones.

Se ha planteado evaluar la reacción de precipitación al pH de mínima solubilidad del metal en cuestión. Suele ocurrir que las curvas de solubilidad en función del pH muestran un mínimo a partir del cual un corrimiento tanto hacia el ácido como hacia el álcali aumenta la solubilidad.

Por tal motivo se ha evaluado en las siguientes pruebas, un ligero incremento del pH para luego adicionar el sulfuro de sodio y propiciar la precipitación de los sulfuros formados.

En la siguiente prueba Nº5 la velocidad de agitación es de 820 rpm. Y el tiempo de agitación es 2,5 min.

Los puntos 2 y 3 fueron descartados.


mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,03 0,03 <0,02 0,43 95,3% 7,65 8,50TK - 4 0,04 0,03 <0,02 0,8 97,5% 7,92 9,00TK - 5 0,03 0,02 <0,02 1 98,0% 7,93 8,50TK - 6 0,04 0,02 <0,02 0,7 97,1% 7,56 8,53TK - 7 0,03 0,02 <0,02 0,39 94,9% 7,90 8,84

Ph(inic) Ph(fin)% PRECIPITA Zn

PRUEBA Nº5

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº5

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. ZnEn todos los casos se obtuvieron resultados muy favorables, puesto que el

contenido de Zn después de la precipitación fue menor a 0,02 mg/L.

10

TK - 1TK - 4

TK - 5TK - 6

TK - 7

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº5

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

En la siguiente prueba Nº6 la velocidad de agitación es de 1000 rpm. Y el tiempo de agitación es 2,5 min.

Los puntos 2 y 3 fueron descartados y no se tuvo muestra del punto 5.


mg/L mg/L mg/L mg/LTK - 1 0,03 0,03 <0,02 0,43 95,3% 7,94 8,47TK - 4 0,04 0,03 <0,02 0,8 97,5% 7,99 8,51TK - 6 0,03 0,02 <0,02 1 98,0% 7,74 8,53TK - 7 0,04 0,02 <0,02 0,7 97,1% 7,81 8,50

Ph(inic) Ph(fin)% PRECIPITA Zn

PRUEBA Nº6

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº5

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

En todos los casos se obtuvieron resultados muy favorables, puesto que el contenido de Zn después de la precipitación fue menor a 0,02 mg/L.

TK - 1TK - 4

TK - 6TK - 7

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

mg/Lt

Puntos

PRUEBA Nº6

REL. Pb

CAB. Pb

REL. Zn

CAB. Zn

11

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Las consideraciones estándar (velocidad de agitación, dosificación de reactivo y tiempo de agitación) adoptadas para las pruebas en Laboratorio Metalúrgico, fueron determinadas de acuerdo a los parámetros operativos que actualmente se usan en el tratamiento de las aguas del drenaje de la bocamina Tinquicocha.

Las variaciones en algunos de los parámetros estándar de evaluación, se rigen de acuerdo a la influencia que estos tienen en una reacción de precipitación (Tiempo de agitación, velocidad de agitación y pH).

Luego de los resultados obtenidos en las seis pruebas experimentales, podemos plantear una mayor evaluación de la cinética de precipitación de los metales disueltos, variando en todos los casos el pH; pues como se ha podido apreciar en las pruebas Nº5 y Nº6, creemos que la tendencia a mejorar el porcentaje de precipitación de Zn, es resultado directo de la disminución de la solubilidad del sulfuro de Zinc por efecto del pH.

También se ha podido demostrar que una baja dosificación de sulfuro de sodio, estequiométricamente puede limitar la reacción de precipitación del sulfuro de Zn (Prueba Nº2 y Nº3). Por ello se propone un control colorimétrico de la concentración de sulfuro de sodio con adición acetato de Pb; después de los 300m de la caseta de dosificación de Na2S.

Finalmente de acuerdo a las próximas pruebas, plantear la factibilidad definitiva del tratamiento particular de las líneas secundarias con mayores contenidos de Pb y Zn disueltos. Y que tienen mayor influencia en la contaminación del total que drena por la bocamina Tinquicocha; antes de su intersección con línea principal

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precipitaciÓn de metales disueltos (pb y zn)

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