ADSORCIÓN DE Pb EN LOS RELAVES MINEROS EMPLEANDO CARBONES ACTIVADOS MODIFICADOS CON NANOPARTÍCULAS DE ZnO

ADSORCIÓN DE Pb EN LOS RELAVES MINEROS EMPLEANDO CARBONES ACTIVADOS MODIFICADOS CON NANOPARTÍCULAS DE ZnO

Esteban Pérez Lincoln1, Guio Neyra Fernando2, Ramón Quiñonez Anthony3, Sisnieguez Villegas Iomar4, Vilca Felix Jhon5

Asignatura: Cristalografía Mineral

Facultad de Ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

Universidad Nacional de Ingeniería

1Universidad Nacional de Ingeniería, Rímac, Lima, Perú (lincoln.esteban@uni.pe)

2Universidad Nacional de Ingeniería, Rímac, Lima, Perú (fernando.guio@uni.pe)

3Universidad Nacional de Ingeniería, Rímac, Lima, Perú (anthony.ramon@uni.pe)

4Universidad Nacional de Ingeniería, Rímac, Lima, Perú (Isisnieguezv@uni.pe)

5Universidad Nacional de Ingeniería, Rímac, Lima, Perú (jhon.vilca.f@uni.pe)

Resumen

La presencia de plomo en las aguas residuales es un problema que afecta a muchos ciudadanos del interior de nuestro país. La exposición crónica a este contaminante está asociado a diversos padecimientos como cáncer a la sangre. En la actualidad pobladores del distrito Simón Bolívar (región Pasco) protestan desde hace una semana en la sede del Ministerio de Salud (MINSA) por el elevado índice de contaminación de plomo en sus aguas.

Siendo necesario la búsqueda de dispositivos adsorbentes de plomo, la literatura reporta la remoción de plomo mediante el uso del carbón activado sin embargo pocos autores reportan el uso del carbón activado modificado con nanopartículas de ZnO. El objetivo del  presente trabajo constituye el aumento en la eficacia de la propiedad de adsorción de los carbones activados estándares, mediante su modificación con nanopartículas de ZnO. Mediante el secado de una solución preparada con el carbón activado y nanopartículas de ZnO nos permitió obtener un nuevo carbón el cual fue sometido a pruebas de espectrometrías, obteniendo así los porcentajes de adsorción de plomo tanto en el carbón activado estándar como en el modificado con nanopartículas de ZnO.

Comparando estos carbones activados modificados con otros materiales reportados en la literatura se observó que estos poseen ser una alternativa viable para remover Pb a mayor escala y en sistema continuo.

Palabras Clave: Óxido de zinc,  Adsorción, Plomo,  Carbón activado.

Introducción

La geología como ciencia aplicada está orientada al estudio de los recursos minerales (Mineralogía y Petrografía). Explora y Localiza los yacimientos mineros. Una vez encontrado el posible Yacimiento, el Minero se encarga de evaluar y explotarlo, para lo cual se extrae y tritura la roca, utilizando métodos como tronadura, chancado y molienda.

Una vez que ese material (la roca) ha sido finamente molido y concentrado por procesos de flotación, se obtiene un material con una concentración más alta y con valor económico que se le denomina ¨Mena¨, y al resto del material que no se utiliza y se desecha se le denomina ¨relave¨, que se debe depositar de forma segura y ambientalmente responsable. El relave es una mezcla de rocas molidas, agua, minerales de ganga (Poco valor económico) y con presencia de bajas concentraciones de metales pesados, tales como cobre, plomo, mercurio y metaloides como arsénico, los cuales debido a su presencia son nocivos en  todo tipo de vida.

Actualmente, uno de los principales problemas ambientales en nuestro país y en el mundo, es la contaminación por desechos de relaves mineros en las fuentes de agua natural.

Estos efectos tóxicos, tendrán consecuencias diferentes para el hombre, la fauna en general y la vegetación, según sea el contaminante y de la concentración del mismo.

Por lo tanto se debe plantear una solución a este problema o al menos tratar de reducir un gran porcentaje de estos metales pesados que son muy nocivos, en especial el Plomo y Arsénico y mercurio.

Existen métodos para poder reducir la contaminación que provocan estos metales pesados, tales como la adsorción, precipitación, filtración con membrana de intercambio iónico.

Muchos adsorbentes como el carbón activado, sílica y grafeno pueden ser utilizados en la purificación del agua.

De estos adsorbentes mencionados, el carbón activado ha demostrado ser el más eficiente y económica en la remoción de una gran variedad de contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en el agua, debido a su estructura porosa bien desarrollada y a la presencia de un amplio espectro de grupos funcionales superficiales. Esto hace que sea capaz de distribuir los contaminantes en su gran superficie interna.

Como se podría aumentar esta eficiencia, que ya de por sí se sabe que presenta un alto poder de adsorción.

Para lo cual se tendrá que modificar este carbón activado con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO), esperando así una mayor eficiencia de adsorción.

Obteniendo de esta manera un agente viable y económico que se pueda emplear para la reducción de metales pesados como el plomo, presentes en los relaves mineros. En consecuencia estaríamos disminuyendo el impacto ambiental en las fuentes de agua pura.

Metodología

En el proceso de elaboración del carbón activado modificado con nano partículas de óxido de zinc se llevó a cabo en 2 partes, primero la síntesis de carbón activado con el método de “Calcinación” y posteriormente la “Activación química” mediante el ácido fosfórico a una temperatura entre 350-500° C. La segunda parte se llevó a cabo la síntesis de ZnO con el método de “Deshidratación térmica” a una temperatura aproximadamente a 400°C. Para analizar la cantidad de Metales adsorbidos (en nuestro caso Plomo) en el carbón activado modificado se utilizó el método de “Espectrometría” de esta manera poder hallar la diferencia de adsorción de plomo en las muestras.    

Planteamiento experimental:

1. Elaboración del Carbón Activado  

1.1 Definición:

Primeramente el carbón activado es un producto que posee una estructura cristalina reticular similar a la del grafito solo que el orden en la estructura del carbón activado es menos perfecta; y tiene una porosidad interna altamente desarrollada, esto es debido a la activación, que genera partículas cristalinas altamente porosas con una enorme superficie de contacto en el interior de los gránulos o polvos de carbón, que le otorgan a este un alto poder de adsorción.

1.2 Métodos de Fabricación:

Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran diferentes características, dependiendo del material de partida y la técnica de activación usada en su producción.

En nuestro caso utilizaremos las cáscaras de Coco, para la fabricación del carbono activado.

1.3 Activación del Carbono

Existen dos tipos de activación:

1.3.1 Activación Física

1.3.2 Activación Química

Usaremos esta última, debido a que la Activación Física requiere de temperaturas mayores a 1400C°.

La Activación Química consiste en deshidratar la materia prima (Cáscara de Coco) mediante la acción de un agente reactivo, como ácido fosfórico (H3PO4), cloruro de zinc (ZnCl).

Posteriormente se carboniza el material deshidratado a baja temperatura (menor a 500°C).

Dejamos que se caliente poco a poco hasta que se prenda y salga llamas. Observamos desprendimientos de vapores, en la cual utilizamos la Campana Extractora, vemos que la Cáscara de coco se ha transformado en un residuo oscuro.

Obteniendo automáticamente la estructura porosa.

El producto resultante se lava, con objeto de dejarlo tan libre como sea posible del químico utilizado.

Producto Final es el carbón activado granulado.

2. Elaboración de Nano partículas de ZnO

La elaboración de las partículas de ZnO se dio por el método “Deshidratación Térmica” a partir de nitrato de zinc tetrahidratado (Zn(NO3)2.4H2O) en un horno cuya temperatura fluctúa entre los 380 - a 400°C. Para ello partimos de la estequiometria siguiente:

(Masa que queremos obtener de ZnO=2gr.)

Zn (NO3)2.4H2O -> ZnO

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