Adsorción y desorción de metales pesados en materiales arcillosos de la Norpatagonia
En el desarrollo de esta tesis se caracterizó una bentonita (CATAE) y seis minerales arcillosos constitutivos de las escombreras de las canteras de bentonita (DTN2, DTN3, MP2, MP4, LE1 y LE18) pertenecientes a la región de Cinco Saltos (Provincia de Río Negro) en sus aspectos mineralógicos, fisic...
| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2014
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| Acceso en línea: | http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/3638 |
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Química Bentonita Metales pesados Adsorción Patagonia (Argentina) |
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Acebal, Silvia Graciela |
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Acebal, Silvia Graciela Silva, Graciela Mabel |
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En el desarrollo de esta tesis se caracterizó una bentonita (CATAE) y seis
minerales arcillosos constitutivos de las escombreras de las canteras de bentonita
(DTN2, DTN3, MP2, MP4, LE1 y LE18) pertenecientes a la región de Cinco Saltos
(Provincia de Río Negro) en sus aspectos mineralógicos, fisicoquímicos y mecánicos.
Referente a los aspectos físicos y mecánicos se determinó: la densidad aparente, el
límite líquido, la capacidad de hinchamiento y la conductividad hidráulica. Respecto a
las propiedades químicas evaluadas, se enfatizó en las relacionadas al comportamiento
de adsorción de los minerales. Se determinó la capacidad de intercambio catiónico, la
naturaleza de los cationes intercambiables, el área superficial específica, la densidad
de carga superficial permanente y la densidad de carga dependiente del pH, el punto
de carga cero, el punto isoeléctrico y la composición elemental.
Se evaluó la capacidad de sorción y de desorción de tres minerales arcillosos
caracterizados (CATAE, DTN2 y DTN3), para seis iones metálicos: Cd2+, Cr3+, Cu2+, Ni2+,
Pb2+ y Zn2+. Se trabajó con una técnica en “batch” empleando materiales naturales y
purificados, en solución acuosa y a temperatura ambiente, a tres valores de pH 3,5; 6,5
y 9,5 y a fuerzas iónicas variables. Las desorciones se realizaron con HCl y HNO3 (0,1 %)
por extracción simple y en etapas sucesivas. En todos los casos la cuantificación del ion
metálico remanente en solución, se determinó por Espectrometría de Emisión Atómica
(ICP-AES).
El estudio mineralógico puso de manifiesto que los minerales arcillosos
(provenientes de escombreras) contienen proporciones variables de montmorillonita
(82 a 87 %) e illita (5 a 9 %), mientras que la bentonita regional está formada
principalmente por esmectita (97 %) y los minerales acompañantes son CaCO3 (calcita)
y óxidos u oxohidróxidos amorfos de Fe.
Para igual tiempo de contacto, la bentonita (CATAE) adsorbió concentraciones
significativamente mayores de especies iónicas metálicas que las arcillas comunes
DTN2 y DTN3. La adsorción de cada ion metálico fue superior cuando los minerales
arcillosos estaban libres de impurezas acompañantes, presentando el Cu2+ el
comportamiento inverso. Los porcentajes de retención alcanzados fueron: 100 % para
especies iónicas de Cr y Pb, 96 % para especies iónicas de Cd, 93 % para especies
iónicas de Zn y 90 % para especies iónicas de Ni. El ion Cu2+ se adsorbe casi en su
totalidad sobre el mineral natural y sólo el 55 % cuando la bentonita está libre de
oxohidróxidos de Fe y carbonatos.
La adsorción para cada ión metálico es más lenta cuando los iones compiten
por los mismos sitios activos del adsorbente, ya que la pendiente en la etapa inicial de
las isotermas se atenúa. Si bien la secuencia de afinidades se mantuvo con las
soluciones múltiples ensayadas (Cr3+ > Cd2+ > Pb2+) y (Zn2+> Ni2+> Cu2+), la capacidad de
retención disminuyó para los iones bivalentes. Para la solución conteniendo Zn2+, Ni2+ y
Cu2+, el proceso de adsorción se modificó. Mientras que el Cu2+ fue adsorbiéndose en
forma gradual desde los primeros minutos de contacto con la arcilla, Ni2+ y Zn2+
reaccionaron de forma tardía.
La desorción en tres etapas sucesivas fue más efectiva que la desorción simple,
llegando en algunos casos a triplicar la cantidad de ion metálico removido de la
superficie. La solución de HNO3 (0,1 %) resultó ser más efectiva que la solución de HCl
(0,1 %) en la remoción de la mayoría de los iones metálicos. Respecto a las arcillas
comunes, las diferencias entre ambos ácidos no fueron significativas; aunque cabe
destacar que, los iones metálicos se desorbieron con mayor facilidad de las arcillas
comunes que de la bentonita. El proceso de desorción se modificó cuando a la solución
multicatiónica se le agregó un electrolito inerte para generar un efecto salino
determinado. Así, para una solución 0,1 M de KNO3 ambas soluciones ácidas
removieron el 100 % del Cd2+, Ni2+ y Zn2+ inmovilizado por la arcilla. Del Cr3+ retenido
sólo se desorbió el 2 %, mientras que para Cu2+ y Pb2+ los porcentajes alcanzados
fueron 68 % y 78 % respectivamente.
Respecto a las propiedades mecánicas de los minerales estudiados y acorde a lo
establecido en la reglamentación internacional vigente, para la elaboración de
membranas geotextiles (GCLs), destinadas a la impermeabilización de sitios de
disposición final de residuos peligrosos, sólo la bentonita regional (CATAE) y las arcillas
comunes DTN2 y DTN3 cumplen las especificaciones para ser utilizadas en la
fabricación de GCLs. |