ES2246855T3 - Procedimiento fisico-quimico de eliminacion de metales pesados, toxicos y/o preciosos contenidos en los lodos urbanos, industriales y liquidos de estiercol de animales. - Google Patents
Procedimiento fisico-quimico de eliminacion de metales pesados, toxicos y/o preciosos contenidos en los lodos urbanos, industriales y liquidos de estiercol de animales.Info
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Abstract
Procedimiento de depuración de lodos, de los cuales se supone contienen metales pesados, tóxicos y/o preciosos con el fin de extraerlos, en suspensión en una solución acuosa y que forman juntos una masa que se debe tratar, caracterizado porque incluye las siguientes operaciones: mezcla con la masa de FeCl3 hasta obtener un pH ácido de la solución, mezcla con la masa de (CO2H)2 y de NH4CI hasta formar pro-quelatos metálicos, mezcla con la masa de sulfuros mixtos alcalinos hasta obtener una solución que presenta un pH muy básico, para formar quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan dichos metales, neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta provocar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales, y formación por centrifugación, a partir de la masa, de una fase líquida y de una fase sólida, conteniendo dicha fase sólida dichos sulfuros alcalino-férreos.
Description
Procedimiento físico-químico de
eliminación de metales pesados, tóxicos y/o preciosos contenidos en
los lodos urbanos, industriales y líquidos de estiércol de
animales.
La presente invención se refiere a un
procedimiento físico-químico de eliminación de los
metales pesados, tóxicos y/o preciosos contenidos en los lodos
urbanos, industriales y los líquidos del estiércol de animales. Se
refiere, más particularmente, a los lodos en los cuales los metales
están en suspensión en una solución acuosa y forman juntos una masa
que se debe tratar. La eliminación de dichos lodos plantea serios
problemas, ya que algunos óxidos metálicos pueden ser seriamente
perjudiciales para la salud tanto del hombre como de los animales.
El objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento
tal que sea especialmente eficaz y de coste moderado.
Según la invención, el procedimiento se
caracteriza porque incluye las siguientes operaciones:
- \sqbullet
- mezcla con la masa de FeCl_{3} hasta obtener un pH ácido de la solución,
- \sqbullet
- mezcla con la masa de (CO_{2}H)_{2} y de NH_{4}Cl hasta formar pro-quelatos metálicos,
- \sqbullet
- mezcla con la masa de sulfuros mixtos alcalinos hasta obtener una solución que presenta un pH muy básico, para formar quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan dichos metales,
- \sqbullet
- neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta causar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales,
- \sqbullet
- formación por centrifugación, a partir de la masa, de una fase líquida y de una fase sólida, conteniendo dicha fase sólida dichos sulfuros alcalino-férreos.
Este procedimiento se reveló especialmente
interesante cuando el sulfuro mixto alcalino se realiza a partir de
las siguientes operaciones:
- \sqbullet
- mezcla en cantidades sensiblemente iguales de NaOH y de KOH en forma de gránulos anhidros,
- \sqbullet
- adición a la mezcla de flor de azufre, en una proporción comprendida entre 5 y 10% ponderal,
- \sqbullet
- mezcla hasta la adherencia del azufre sobre los gránulos,
- \sqbullet
- adición de agua a la mezcla, en una proporción comprendida entre 3 y 20% hasta obtener una reacción exotérmica y la disolución de los gránulos, formando así un líquido.
De manera ventajosa, se disuelve la mezcla
obtenida en 1 a 3 veces su volumen de agua.
Para que el procedimiento se desarrolle en las
mejores condiciones posibles, es necesario que la masa sea
homogénea. Esta es la razón por la que las operaciones de mezcla de
esta masa se efectúan con aplicación simultánea de
ultrasonidos.
La separación del agua y de los residuos sólidos
se hace de manera eficaz y económica por centrifugación por medio
de un decantador separador centrífu-
go.
go.
Ni que decir que la fase sólida, que contiene los
metales, se debe tratar con la mayor atención, presentando algunos
de ellos una gran toxicidad. Una solución consiste en almacenar
esta fase sólida en condiciones particulares, que permiten evitar
cualquier contaminación. Otra solución, que permite solucionar el
problema de manera más ecológica y más eficaz, consiste en separar
los metales de la fase sólida. A tal efecto, esta última se
introduce en forma de polvo, en un reactor de plasma, en presencia
de un gas elegido entre el nitrógeno y el argón, para eliminar los
compuestos orgánicos y reducir los metales contenidos en la fase
sólida.
Es probable que la fase líquida resultante de la
centrifugación contenga también algunos iones metálicos, en
particular, metales preciosos. Con el fin de extraer de los lodos
la totalidad de los metales, se añade NH_{4}OH a la fase líquida
para formar hidróxidos metálicos a partir de los cloruros metálicos
que incluye también esta fase. A continuación, se extraen los
hidróxidos por centrifugación.
Otras ventajas y características de la invención
resultarán de la descripción que va a seguir, hecha respecto al
dibujo adjunto, en el que la única figura representa, de manera
esquemática, las distintas etapas del procedimiento según la
invención.
Los lodos destinados a ser tratados por el
procedimiento según la invención pueden proceder tanto de un
depósito de decantación destinado a tratar las aguas residuales,
representado en 10, de una fábrica 12 o de un foso de explotación
agrícola 14. Estos lodos se pueden o no almacenar en un depósito
16.
El procedimiento según la invención necesita el
empleo de dos cubas de ultrasonidos 18 y 20, de dos mezcladores 22
y 24, de un decantador separador centrífugo 26, de una cuba de
recuperación 27, de una trituradora 28 y de un reactor de plasma
30. Es, además necesario conocer las concentraciones de los
distintos metales contenidos en los lodos, con el fin de elegir y
de valorar los reactivos. A tal efecto, se recurre a técnicas de
espectrometría y/o de cromatografía de masa, estando los aparatos
utilizados a tal efecto esquemáticamente representados en 32.
El reactor de plasma 30 incluye una bomba 34 y
varios recintos, bien sea un recinto 38 de homogeneización de
plasmas primaria y secundaria luego un recinto principal 40
destinado al tratamiento térmico propiamente dicho.
En la descripción que va a seguir, los volúmenes
de lodos puestos en juegos son del orden de uno a algunos metros
cúbicos. Es, por supuesto, evidente que las cantidades tratadas
pueden variar en límites considerables sin que esto plantee
problema, permaneciendo los principios enunciados, en su esencia,
los mismos.
Los lodos que se deben tratar comienzan por ser
el objeto de un análisis, por medio de la instalación 32, para
conocer lo esencial de su composición, y más particularmente la
presencia de materiales peligrosos, en particular, de materiales
metálicos u orgánicos. El conocimiento de la composición de los
lodos permite prever la manera en que se tratarán a medida del
proceso.
Tal como lo muestra la figura 1, los lodos, en
primer lugar, se introducen en la cuba 18, y se someten a
vibraciones por radiación ultrasónica, de manera a homogeneizar la
masa que forman. En caso necesario, se añadirá agua a esta masa, de
manera a obtener, en un plazo razonable que es del orden de 10 a 60
minutos, una masa formada por micro-partículas de
lodos en suspensión en agua.
Durante esta operación, representada a la figura
2, se ajusta la acidez de la masa por adición de FeCl_{3}, hasta
obtener un pH comprendido entre 4,5 y 6,7 aproximadamente, velando
al mismo tiempo a que la temperatura de la masa no sobrepase 60ºC.
Típicamente, la cantidad de FeCl_{3} añadida es sensiblemente
igual a un tercio del volumen inicial de los lodos.
Cuando la masa es homogénea, ésta se completa con
aproximadamente 2% en volumen de NH_{4}Cl y 2% en volumen de
(CO_{2}H)_{2}. Esta adición tiene como efecto que se
formen dos pro-quelatos de metales pesados, y/o
preciosos, debido al pH ácido de la masa.
La masa, así obtenida, se transfiere en la
segunda cuba 20, a la cual se añade 10 a 30% en volumen de sulfuros
mixtos alcalinos, obtenidos por un procedimiento que se describirá
más adelante. Esta adición tiene como efecto que se forman quelatos
complejos coloidales de hierro, que atrapan los metales pesados así
como los metales fácilmente acomplejados por el azufre. Además, el
pH de la masa se vuelve muy básico, alcanzando un valor comprendido
entre 11 y 12. Esta operación dura de 20 a 30 minutos
aproximadamente.
Cuando ésta se termina, la masa se trata con una
solución de HCl de baja concentración (de 5 a 10 mol/l), hasta
provocar la co-precipitación de los sulfuros
alcalino-férreos y de los hidróxidos. La valoración
correcta de HCl corresponde a un exceso de 5 a 7%. Para alcanzar la
precisión querida, se sigue el pH, de manera automática, por medio
de equipos bien conocidos por el experto en la técnica. La práctica
puso de manifiesto que, si los lodos fueran ricos en metales
preciosos, puede ser interesante añadir, al ácido clorhídrico, una
pequeña cantidad de NH_{4}Cl, de (CO_{2}H)_{2} y/o de
glucosa.
Esta precipitación de los sulfuros y de los
hidróxidos tiene como efecto extraer de la solución la mayoría de
metales que contiene inicialmente.
A continuación, se transfiere la masa al
decantador 26, por ejemplo del tipo que comprende un tornillo
sinfín, para separarla en dos fases, una líquida y la otra
sólida.
La fase líquida, ligeramente ácida es un agua
casi limpia, susceptible de ser utilizada para usos corrientes, por
ejemplo para diluir los lodos al principio del proceso. En algunos
casos, es probable que la solución líquida contenga también metales
preciosos. Es entonces posible tratarla con una adición de
NH_{4}OH que reacciona con los cloruros metálicos para formar
hidróxidos que precipitan y que pueden, entonces, ser extraídos por
centrifugación.
Se introduce la fase sólida por la bomba 34 en el
reactor 30, después de haber sido pulverizada y secada por medio de
la trituradora 28. Se introduce el polvo así obtenido en el recinto
38 y se arrastra por un flujo de gas, elegido entre el argón y el
nitrógeno. Esta operación permite garantizar una homogeneización. A
continuación, se arrastra el flujo en el recinto principal 40, en
el cual la temperatura está comprendida típicamente entre 6000 y
8000ºC. A esta temperatura, se disocian completamente los compuestos
orgánicos. El tratamiento térmico así realizado permite, además
reducir los metales contenidos en la fase sólida.
Ni hay que decir que los gases que salen del
reactor de plasma deben ser objeto de filtración, con el fin de
evitar la emisión de SO_{2} o de CO por ejemplo. A tal efecto,
se pueden utilizar ventajosamente captadores de tipo KOH.
Tal como se explica más arriba, los sulfuros
mixtos alcalinos se preparan de una manera particular, mediante un
mezclador 24, a partir de bases sódica NaOH y potásica KOH en
gránulos y de flor de azufre, los tres de calidad técnica, que se
mezclan durante algunos minutos. Cuando el azufre se adhiere bien a
los gránulos, se añaden unos litros de agua a la mezcla. Esta
reacción es muy exotérmica. Toda la masa se transforma en un
líquido negro e hirviente, que se amasa mientras que no se termine
la reacción. Después de haberse asegurado que todos los gránulos
se disuelven y que la masa obtenida se haya enfriado hasta una
temperatura de aproximadamente 80ºC, se añade dos veces su volumen
de agua corriente. Los sulfuros mixtos así preparados se pueden, sin
otro ser utilizados durante el proceso descrito más arriba.
En una variante que no ha sido representada, es
posible extraer los metales por vía química. A tal efecto, a la
salida del decantador, se forma la fase sólida de una mezcla de
materiales orgánicos y no orgánicos, esencialmente hidróxidos, que
pueden, de manera clásica, ser extraídos de los compuestos
orgánicos, por un baño ácido.
Por su parte, los compuestos orgánicos se pueden
utilizar como adiciones agroquímicas.
Claims (7)
1. Procedimiento de depuración de lodos, de los
cuales se supone contienen metales pesados, tóxicos y/o preciosos
con el fin de extraerlos, en suspensión en una solución acuosa y
que forman juntos una masa que se debe tratar, caracterizado
porque incluye las siguientes operaciones:
- \sqbullet
- mezcla con la masa de FeCl_{3} hasta obtener un pH ácido de la solución,
- \sqbullet
- mezcla con la masa de (CO_{2}H)_{2} y de NH_{4}Cl hasta formar pro-quelatos metálicos,
- \sqbullet
- mezcla con la masa de sulfuros mixtos alcalinos hasta obtener una solución que presenta un pH muy básico, para formar quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan dichos metales,
- \sqbullet
- neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta provocar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales, y
- \sqbullet
- formación por centrifugación, a partir de la masa, de una fase líquida y de una fase sólida, conteniendo dicha fase sólida dichos sulfuros alcalino-férreos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho sulfuro mixto alcalino, se
realiza a partir de las siguientes operaciones:
- \sqbullet
- mezcla en cantidades sensiblemente iguales de NaOH y de KOH en forma de gránulos anhidros,
- \sqbullet
- adición a la mezcla de azufre en flor, en una proporción comprendida entre 5 y 10% ponderal,
- \sqbullet
- mezcla hasta adherencia del azufre sobre los gránulos,
- \sqbullet
- adición de agua a la mezcla, en una proporción comprendida entre 3 y 20% hasta obtener una reacción exotérmica y la disolución de los gránulos.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque se disuelve la mezcla obtenida en 1 a 3
veces su volumen de agua.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las operaciones
de mezcla de dicha masa se efectúan en presencia de
ultrasonidos.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la extracción
por centrifugación se efectúa por medio de un decantador separador
centrífugo.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque, a continuación, se introduce dicha
fase sólida en forma de polvo, en un reactor de plasma, en
presencia de un gas elegido entre el nitrógeno y el argón, para
eliminar los compuestos orgánicos y reducir los metales contenidos
en dicha
fase.
fase.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque se añade
NH_{4}OH a dicha fase líquida para formar hidróxidos metálicos a
partir de cloruros metálicos que incluye dicha fase líquida, siendo
dichos hidróxidos, a continuación, extraídos por
centrifugación.
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