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Súper Zeolitas
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Las zeolitas modificadas permiten depurar riles mineros con contenidos de arsénico, molibdeno, sulfato y metales pesados, entre otros.
Revista Nº 89 noviembre-diciembre 2007
¿Ha escuchado hablar de las zeolitas? Si usted está ligado al mundo minero, es probable que sepa que se trata de minerales cuya estructura cristalina les confiere la propiedad de servir como adsorbentes e intercambiadores iónicos. Es por eso que en la industria minera se utilizan para tratar residuos industriales líquidos (riles), así como para controlar derrames, entre otras aplicaciones.
Podríamos decir, entonces, que prestan un gran servicio al cuidado del medio ambiente. Sin embargo, convencidos de que su aporte puede ser aún mayor, un grupo de investigadores de Fundación Chile apoyados por tres empresas, se propusieron modificar las propiedades superficiales de zeolitas naturales chilenas para generar una material mejorado, multiadsorbente y capaz de captar contaminantes específicos.
El resultado de las pruebas ha sido rotundamente exitoso, ya que las zeolitas modificadas lograron depurar efluentes con contenidos de arsénico, molibdeno, sulfato y metales pesados, entre otros componentes. Una innovadora opción que plantea una solución efectiva, técnicamente factible y que puede ser viable económicamente para diversos procesos de la industria minera.
Mordenita Multiadsorbente
El proceso de saneamiento de riles mineros habitualmente incluye tratamientos primarios de precipitación y/o floculación de metales; y tratamientos terciarios de depuración de aguas como intercambio iónico, adsorción y usos de membrana, entre otros. Entre los diversos materiales utilizados para la adsorción y el intercambio iónico destacan las zeolitas naturales ya que presentan una amplia funcionalidad y variadas aplicaciones.
Cecilia Vidal, ingeniero químico del Programa de Tecnologías Ambientales del Área de Medio Ambiente y Metrología Química de Fundación Chile, explica: “Las zeolitas son minerales aluminosilicatos que contienen en su estructura poros, moléculas de agua, cationes alcalinos y alcalinos térreos, tales como sodio, potasio, litio, calcio, estroncio, bario y magnesio, entre otros.
Poseen una carga superficial negativa que le permite captar cationes presentes en el medio geológico y que le confieren a las zeolitas una serie de propiedades favorables para aplicaciones industriales como son: su carácter hidrofílico, la estructura cristalina, sus propiedades como intercambiador iónico, alta resistencia física y química, y amplia estabilidad térmica”.
Las aplicaciones ambientales más comunes de las zeolitas naturales son: su uso como barreras reactivas permeables para el control de derrames contaminantes; remoción de contaminantes atmosféricos como compuestos orgánicos volátiles, óxidos de nitrógeno, y ácido sulfhídrico; como ablandadores de agua potable para la reducción de calcio y magnesio; remoción de amonio en la acuicultura; filtros para saneamiento ambiental; y tratamiento de riles para metales pesados y elementos radiactivos.
La especialista añade que las propiedades superficiales de las zeolitas naturales pueden modificarse mediante la adsorción de un variado tipo de moléculas dependiendo del tipo de intercambiador que se quiera producir.
Considerando eso, el equipo de Tecnologías Ambientales de Fundación Chile y sus asociados Minera Formas, Oxiquim y Enami, con el financiamiento de Fondef (Proyecto D03I1018) e Innova Corfo, comenzó a trabajar el año 2004 en acondicionar las zeolitas naturales para la depuración de efluentes mineros con contenidos de arsénico (como arsenito y arseniato), molibdeno como molibdato, sulfato y metales pesados como cobre, plomo, zinc y hierro, entre otros.
Este proyecto se centró en particular en tratar la Mordenita, un tipo de zeolita muy abundante en Chile, con un detergente catiónico que se aplica a la superficie de la zeolita para revertir su polaridad y permitir la asociación de aniones (ver figura 1).
“Esta modificación no interfiere en la capacidad natural de adsorción que posee la zeolita. Es por eso que la zeolita acondicionada se convierte en un complejo órgano-mineral apto para su uso como material adsorbente multifuncional y que se puede orientar a la captación específica de contaminantes”, señala Vidal.
Añade que a lo largo de la investigación, las zeolitas modificadas han mostrado que son capaces de adsorber los aniones de arsénico, molibdeno, selenio y azufre; además de cationes como cobre, níquel y plomo, entre otros.
Aplicaciones Probadas
Cecilia Vidal sostiene que el proyecto liderado por Fundación Chile plantea soluciones integrales para el tratamiento de efluentes mineros en matrices diluidas, donde otras tecnologías clásicas no resultan costo-eficientes.
La profesional explica que el sistema de tratamiento de riles se basa “en un proceso de flujo continuo de adsorción de contaminantes en columnas empacadas con el material adsorbente, en este caso zeolitas acondicionadas y/o modificadas, según la aplicación. El efluente a tratar, es bombeado a través de la columna donde los contaminantes son retenidos. Una vez que el material adsorbente se satura, la columna de zeolitas se cambia por otra, mientras que la columna que se saca inicia un proceso de regeneración para su posterior reutilización alargando la vida útil de las zeolitas”.
Esta tecnología fue probada en distintas matrices reales provenientes de las principales etapas del proceso de obtención de cobre. Se realizaron ensayos con prototipos a nivel laboratorio y piloto.
Algunas de las aplicaciones más importantes fueron las siguientes:
• Aguas claras de los tranques de relave, donde los contaminantes típicos son sulfato, pH, algunos metales pesados y molibdeno.
• Aguas de filtro (aguas de lavado de concentrado de cobre), donde los contaminantes principales son cobre y molibdeno, además de algunos orgánicos del proceso de flotación.
• Aguas ácidas provenientes del lavado de gases de fundiciones de cobre. Esta matriz contiene elevadas concentraciones de: sulfato como ácido sulfúrico (entre 50 mil y 100 mil ppm), metales pesados y arsénico (sobre 500 ppm). Este tipo de efluentes requiere de un pretratamiento antes de aplicar esta tecnología de adsorción.
“Se obtuvieron buenos resultados técnicos en adsorción de varios contaminantes sin afectar la selectividad del proceso. Además, con los resultados obtenidos se logró definir las condiciones del efluente tipo que es posible tratar efectivamente a costos razonables con la tecnología desarrollada por Fundación Chile. Esta opción, por ejemplo, resultó ser costo eficiente para el tratamiento de aguas de filtro”, indica Vidal.
La profesional advierte que las zeolitas modificadas fueron concebidas de modo inicial para la remoción de sulfato, pero pese a que técnicamente se obtuvieron resultados alentadores, la alta presencia de este contaminante en todos los efluentes mineros no hace rentable la utilización de esta tecnología. “La regeneración de la zeolita debe ser más constante en estos casos, lo cual eleva los costos operacionales a lo largo del proceso”, afirma.
En contraparte, Vidal destaca que la tecnología también es aplicable a efluentes de proceso con el propósito de conseguir su reutilización. Por esto, aún existe un amplio mercado que se pretende explorar.
Uno de los resultados más importantes de las pruebas realizadas fue la validación a nivel piloto de los resultados técnicos y condiciones de operación establecidas a nivel laboratorio. Cecilia Vidal comenta: “Se obtuvo una correlación del 95% entre ambas familias de datos (ver gráfico 1). Este es un excelente resultado que consolida la tecnología desde el punto de vista de la factibilidad técnica. Con esto es posible diseñar y evaluar económicamente la tecnología a nivel industrial”.
Ventajas y Proyecciones
De acuerdo a lo que señala la ingeniero químico, las ventajas de la tecnología desarrollada por Fundación Chile son:
• Posee elevada innovación.
• Entrega valor agregado a un producto nacional como es la zeolita natural.
• Permite la recuperación de valores metálicos.
• Tiene bajo costo de inversión.
• Posibilidad de aplicación en una gran variedad de matrices.
• Es de operación simple.
• Entrega soluciones integrales por su flexibilidad en aplicación y por su facilidad para complementarse con otras tecnologías a costos razonables.
Cecilia Vidal recalca que esta tecnología es aplicable a un gran número de efluentes, con diversos contaminantes. Sin embargo, advierte que aún existen interrogantes técnicas en torno a la etapa de regeneración de las zeolitas, tema que se sigue estudiando ya que esta fase representa hasta un 60% del costo de operación de esta tecnología.
Asimismo, destaca que otra interesante proyección del tratamiento con zeolitas modificadas puede ser la aplicación como concentrador de molibdeno para obtener así un producto de elevado valor comercial.
Y añade que el Área de Medio Ambiente y Energía de Fundación Chile, cuenta con un equipo de profesionales enfocados a la adaptación, desarrollo y transferencia de tecnologías innovadoras costo-efectivas que den solución a los principales problemas de la industria nacional e internacional.
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