Absorción de Metales pesados con Carbón Activado

Absorción de Metales pesados con Carbón Activado

Objetivos:

Generales:   

Determinar la capacidad de adsorción de plomo en soluciones contaminantes, utilizando como material adsorbente carbón activado.

Específicos: 

El objetivo aplicado a la física es la evaluación de las características texturales del carbón activado, se realizó a partir de isotermas de adsorción, desorción de nitrógeno a 77 K. El área superficial se obtuvo mediante el modelo de BET, aplicados a la termodinámica de cuerpos.

El objetivo aplicado a la  química fue el  determinó del contenido de humedad, materia volátil, cenizas y carbono fijo, de acuerdo a la metodología aplicada para el carbón. Seria aplicado al tema de reacciones químicas.

El objetivo aplicado a la matemática son proporciones que se tienen que tener en cuenta para la adsorción del plomo.

Introducción:

En primer lugar, el carbón activado es un sólido poroso versátil, relativamente estable, con alta área superficial y con una estructura de micro poros que no constituyen marcadas barreras de difusión aún bajo conformaciones granulares compactas; en segundo término, el carbón activado es un material renovable en la medida en que se obtiene a partir de materias primas vegetales (residuos agrícolas, madera, algas, semillas, cortezas), hulla, lignitos, turba y residuos poliméricos (caucho, plásticos, textiles). Finalmente, las estructuras tipo grafeno del carbón activado poseen grupos funcionales que en virtud del método de activación o del tratamiento químico (oxidativo o reductivo) confieren al adsorbente características fisicoquímicas de superficie excepcionales, que luego afectan los mecanismos de adsorción .En las aguas residuales de los efluentes acuosos se encuentran con frecuencia especies químicas como los iones metálicos que tienen una alta toxicidad e impacto en la salud humana y el ecosistema en general. Uno de los metales entre la lista potencialmente tóxicos es el plomo. Este metal pesado puede liberarse al medio ambiente por diversas maneras, entre las que se pueden mencionar: las industrias dedicadas al procesamiento de baterías ácidas de plomo, pulpa de papel, petroquímicas, refinerías, impresión, pigmentos, material fotográfico, fabricación de explosivos, cerámica, vidrio, pintura, galvanoplastia, manufactura de tetraetilo de plomo, entre otras, representan solo algunos ejemplos de fuentes de contaminación . Numerosos trabajos de investigación se han dedicado a establecer procedimientos y alternativas dirigidas a resolver este problema de contaminación ambiental. De modo general el método empleado para este fin ha sido la precipitación del metal, con lo cual se logra disminuir considerablemente su concentración en disolución. Sin embargo, la mayor parte de los casos, no permite disminuir el contenido del metal a niveles permisibles para vertirse, además, generalmente este tratamiento trae consigo la generación de nuevos contaminantes. En este sentido, el uso de carbón activado constituye una importante alternativa en la solución de este problema, despertando un gran interés el estudio de sus propiedades de adsorción desde el punto de vista científico y ambiental. En primer lugar, el carbón activado es un sólido poroso versátil, relativamente estable, con alta área superficial y con una estructura de microporos que no constituyen marcadas barreras de difusión aún bajo condiciones granulares compactas ; en segundo lugar, el carbón activado es un material renovable en la medida que se obtiene a partir de materias primas vegetales (residuos agrícolas, madera, algas, semillas, cortezas), hulla, lignitos, turba y residuos poliméricos (cauchos, plásticos, textiles); finalmente las estructuras tipo grafeno del carbón activado poseen grupos funcionales, que en virtud del método de activación o del tratamiento químico (oxidativo o reductivo) confieren al adsorbente características fisicoquímicas excepcionales que luego afectan los mecanismos de adsorción. La influencia de la química superficial de los carbones activados en las propiedades de adsorción es objeto de investigación debido a que los grupos funcionales presentes en la superficie le confieren selectividad.

Como por ejemplo, la presencia de grupos carboxílicos (también en la forma de su anhídrido cíclico), lactonas y lactoles, y grupos hidroxílicos de carácter fenólico, son los responsables de las propiedades superficiales ácidas al carbón activado.

Concepto:

Es  la acción de derretir plomo lograr separarlo, la fundición de plomo presenta cuatro etapas:

1. Sintetización: Donde se utiliza plomo, sílice, ceniza, coque, zinc, material particulado y cáusticos. En esta etapa se libera dióxido de azufre y material particulado con cadmio y zinc.

 2. Fundición: Donde se utiliza coque y se libera monóxido de carbono, dióxido de azufre, cadmio y plomo. Durante la fundición se forman capas constituídas por arsénico, antimonio, sulfuros de cobre, escoria y silicatos.

 3. Despumación: Exposición a plomo, coque, azufre. 4. Afinado: donde se extraen impurezas: bismuto, zinc, arsénico, cromo. 

Definición:

El proceso principal de producción de plomo, es un proceso de refinería  consta de cuatro etapas: sinterización, fusión, despumación y afinado pirometalúrgico. Para empezar, se introduce en una máquina de sinterización una carga compuesta principalmente de concentrado de plomo en forma de sulfuro de plomo. Pueden añadirse otras materias primas, como hierro, sílice, fundente calizo, coque, sosa, ceniza, pirita, zinc, cáusticos y particulados recogidos de los dispositivos de control de la contaminación. En la máquina de sinterización, la carga de plomo se somete a chorros de aire caliente que queman el azufre, creando así dióxido de azufre. El óxido de plomo que queda después de este proceso contiene alrededor del 9 % de su peso en carbono. A continuación el sinterizado, junto con coque, diversos materiales reciclados y de limpieza, caliza y otros fundentes se cargan, para su reducción, en un horno de cuba, donde el carbono actúa como combustible y funde el material de plomo. El plomo fundido fluye al fondo del horno, donde se forman cuatro capas:

“speiss” (el material más ligero, básicamente arsénico y antimonio); “mata” (sulfuro de cobre y otros sulfuros metálicos); escoria del horno de cuba (principalmente silicatos), y lingote de plomo (98 % de plomo en peso). A continuación se drenan todas las capas. El speiss y la mata se venden a fundiciones de cobre para la recuperación del cobre y de los metales preciosos. La escoria del horno, que contiene zinc, hierro, sílice y cal se almacena en pilas y se recicla en parte. Durante la despumación, el lingote se agita en una caldera especial y se enfría hasta justo por encima de su punto de congelación (370 a 425 °C). Una espuma, compuesta de óxido de plomo, junto con cobre, antimonio y otros elementos, flota hasta situarse en la parte superior y se solidifica por encima del plomo fundido. La espuma se retira y se lleva a un horno de espuma para recuperar los metales útiles que no son plomo. A fin de mejorar la recuperación de cobre, el lingote de plomo despumado se trata añadiendo materiales portadores de azufre, zinc, y/o aluminio, con lo que el contenido de cobre se reduce al 0,01 % aproximadamente.

Durante la cuarta etapa, el lingote de plomo se refina por métodos pirometalúrgicos para eliminar cualquier resto de material comercializable que no sea plomo (p. ej., oro, plata, bismuto, zinc y óxidos metálicos tales como antimonio, arsénico, estaño y óxido de cobre). El plomo se refina en una caldera de hierro colado, en un proceso de cinco etapas. Primero se extraen el antimonio, el estaño y el arsénico. Después se añade zinc y se extraen el oro y la plata en la escoria de zinc. Seguidamente, se refina el plomo por extracción (destilación) del zinc al vacío. El afinado continúa con la adición de calcio y magnesio. Estos dos materiales se combinan con bismuto y forman un compuesto insoluble que se extrae de la caldera por despumación. En la etapa final, pueden añadirse al plomo sosa cáustica y/o nitratos para eliminar cualquier resto de impurezas metálicas. El plomo afinado tendrá una pureza del 99,90 al 99,99 % y puede mezclarse con otros metales para formar aleaciones, o colarse directamente en moldes. Riesgos y su prevención Los principales riesgos son la exposición a polvos de mineral durante el procesado y fusión de éste, humos metálicos (de plomo, arsénico y antimonio) durante la fundición, dióxido de azufre y monóxido de carbono durante la mayoría de las operaciones de fundición, ruido procedente de las operaciones de machaqueo y trituración y de los hornos, y estrés por calor a causa de los hornos. Las precauciones comprenden: ventilación por extracción local de los polvos durante las operaciones de transferencia; ventilación local y de dilución del dióxido de azufre y el monóxido de carbono; un programa de control de ruido y de protección auditiva; ropa y pantallas protectoras, periodos de descanso y líquidos para el estrés por calor. Normalmente se utiliza protección respiratoria contra

El polvo, humos y dióxido de azufre. Es esencial el control biológico del plomo. La Tabla ofrece una lista de los contaminantes ambientales presentes en las distintas etapas de la fundición y afino del plomo.

INFLUENCIA DE LA POROSIDAD EN LA ADSORCIÓN EN FASES GAS Y LIQUIDA:

Una forma simple de seleccionar un carbón activado para su uso en procesos de eliminación de gases apolares (p.e. hidrocarburos) o de sustancias disueltas (p.e. fenoles) es cuantificando su superficie. En general, una mayor superficie conlleva mayor capacidad de retención de contaminantes, y la forma de aumentarla es prolongando el nivel o grado de 163 activación (cuantificado a través del porcentaje de carbono perdido durante el proceso o porcentaje de quemado). se muestra la evolución de la superficie con el grado de activación. También se incluye la capacidad de retención de n-butano e iso-octano, dos hidrocarburos con dimensiones moleculares mínimas diferentes (0.43 y 0.59 nm respectivamente). Se puede observar que la superficie es una buena referencia para estimar las posibilidades de retención del carbón, ya que

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