INTERCAMBIO IONICO

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    01-Feb-2016
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sobre la recuperación metalúrgica de cobre con este método de intercambio ionico.

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INTERCAMBIO IONICO

INTERCAMBIO IONICO

TRATAMIENTOS DE MINERALESDEFINICION DE INTERCAMBIO IONICO

Las operaciones de intercambio inico son bsicamente reacciones qumicas de sustitucin entre un electrolito insoluble con el cual se pone en contacto la solucin. Es una reaccin qumica en la que los iones movibles hidratados de un slido no soluble, son intercambiados equivalentemente, por iones de igual carga en solucin. El intercambio catinico es el desplazamiento de un ion positivo por otro ion positivo; el intercambio anicnico es el desplazamiento de iones negativos o aniones por otros iones negativosPese a que el intercambio es una reaccin reversible, con cada generacin del lecho, se pierde cierta capacidad de intercambio, bien sea por la prdida de sitios de intercambio superficiales, sometiendo a condiciones a condiciones rigurosas de pH y temperatura y/o por accin de oxidantes severos.

INTERCAMBIADORES INICOSMatriz porosa insolubleGrupos cargados unidos a la matriz por enlaces covalentes_+++++CONTRAIONES que pueden ser intercambiados de forma reversible.+Asociados Intercambiador AninicoIntercambiador Catinico+ + + + + ++ + + + + + + + + + + +__ Cargado positivamente Tiene contraiones negativos(aniones) disponibles para intercambiar__ _ _ _ _ _ _ _ _++ Cargado negativamente Tiene contraiones positivos(cationes) disponibles para intercambiar+

Si el intercambiar inico se encuentra en contacto con un volumen limitado de solucin diluida que contiene iones B+, entonces se pueden producir el intercambio de iones A+, por iones B+

Interaccin de una resina de intercambio inico con una solucin de iones calcioREACCIN DE INTERCAMBIO INICOFACTORES QUE AFECTAN EL INTERCAMBIO IONICO

pH: ya que el intercambio inico est relacionado con la solubilidad y esta con el pH.Temperatura: se relaciona con la viscosidad.Tiempo de contacto: tiempo mnimo de contacto para asegurar remocin deseada.Tamao de partculas del adsorbente.Naturaleza de los cationes: tamao, carga inica, forma.Concentracin de los cationes en solucin.Aniones asociados con los cationes en solucin.Solvente, (agua, solventes orgnicos).

APLICACIONES

El intercambio inico sirve para: ablandar el agua controlar la alcalinidadeliminacin de materia orgnicaeliminacin de nitratoseliminacin de amoniotratamientos de residuos nuclearesdesmineralizacin de jarabes azucaradosCatlisisAgriculturaHidrometalurgiacromatografa de intercambio inico

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO IONICO:

Monto equivalente de cationes o aniones que es capaz de retener una sustancia de intercambio inico por masa o volumen de la misma.

Las sustancias de intercambio inico presentan determinada selectividad o afinidad influenciada por las propiedades de la sustancia, los iones intercambiados, la solucin en el cual estn presentes los iones, la magnitud de la carga y el tamao de los iones. Las resinas suelen ser ms selectivas hacia los iones de mayor carga y en caso de estar compitiendo los iones de igual carga, ser ms selectiva hacia los iones con nmero atmico ms alto. SELECTIBIDADCLASIFICACION DE LOS INTERCAMBIOS IONICOS

INTERCAMBIOS IONICOS INORGANICOSNATURALES: Son aluminosilicatos como Zeolitas, arcillas minerales, feldespatos.SINTETICOS: Sus propiedades de intercambio inico se debe a la sustitucin isomorfica de tomos de silicio de su estructura cristalina por otros tomos. Generalmente se pueden subdividir en las siguientes categoras:xidos metlicos hidratados, Ej. Oxido de titanio hidratado, cido poliantiamonico.Sales insolubles de metales polivalentes, Ej. Fosfato de titanio.Sales insolubles de heteropoliacidos, Ej. Molibdofodfato amnico.Sales complejas basadas en hexacianoferratos insolubles.Zeolitas sintticas.

ZEOLITAS NATURALESLas zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos. Su estructura cristalina forma cavidades ocupadas por iones grandes y molculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el cambio inico y la deshidratacin reversible, estn compuestas por aluminio, silicio, sodio, hidrogeno y oxgeno.Una reaccin tpica de intercambio inico seria la siguiente.

Na-zeolita + Ca2+ Ca-zeolita +2Na+Las zeolitas naturales presentan redes principalmente de una relacin de SiO2/Al2O3, entre menor sea esta relacin, mayor ser la capacidad de intercambio inico.se considera que las zeolitas naturales poseen ms ventajas con respecto a las artificiales debido a que tienen bajo costo de extraccin y acondicionamiento, se dispone de ellas en grandes volmenes, son estables para reactivarlas, pues resisten varios proceso qumicos y trmicos y son empleables en varios ciclos. No obstante las sintticas por su pureza y su fabricacin a la medida hacen que sean cada vez ms empleadas.

ESPECIES DE ZEOLITA NATURALINTERCAMBIOS IONICOS ORGANICOSRESINAS ORGANICAS NATURALES: Existen varios polmeros naturales que actan como intercambiadores ionicos, como celulosa, cido alginico, chitina, chitosan, dextrato y agarosa, tambin derivados de estos.RESINAS ORGANICAS SINTETICAS:Tipos de resinas de intercambio inico segn su estructura de red:Tipo gel.Resinas macro porosas.Resinas isoporosas.Tipos de resinas de intercambio inico segn el grupo funcional:Resinas catinicas de cido fuerte.Resinas catinicas de cido dbil.Resinas anicnicas de base fuerte.Resinas anicnicas de base dbil.Resinas quelatentes (selectivas).Resinas impregnadas

Resina de intercambio ionico Lewatit TP 207

RESINAS DE INTERCAMBIO INICO MAS UTILIZADOS EN HIDROMETALURGIAMONTAJES EMPLEADOS PARA INTERCAMBIO IONICO

INTERCAMBIO IONICO EN DISCONTINUO (COCHADA O LOTES)

Es una operacin en discontinuo. Se mezcla el intercambiador y la disolucin en un recipiente hasta que el intercambio de iones alcanza el equilibrio. Es til cuando el ion cedido es OH- , H+, es de fcil remocin o precipita en el reactor.Este mtodo, a pesar de ser muy eficiente, tiene pocas aplicaciones industriales.

Esta configuracin es la que se emplea a menudo en los procesos de intercambio inico. El intercambiador se coloca en el interior de una columna vertical de la cual fluye la disolucin a tratar. Es ms eficiente que el mtodo de cochadas, pues a medida que el fluido atraviesa el lecho empacado, va alcanzando concentraciones progresivamente menores. Cada operacin puede considerarse como una serie de operaciones por lotes en secuencia, entrando en contacto el cambiador inico fresco con una solucin progresivamente ms agotada, hasta que se completa finalmente el intercambio. El proceso global consta de varias etapas que a continuacin se describen.

INTERCAMBIO IONICO EN COLUMNA (FLUJO CONTINUO)Columna empaqueta de resinaETAPAS DEL PROCESO DE INTERCAMBIO IONICO EN COLUMNA

EMPAQUETAMIENTO DE LA COLUMNA: Consiste en introducir el intercambiador en el interior de la columna evitando la formacin de bolsas de aire entre sus partculas para as obtener un lecho uniforme. Esta operacin realiza habitualmente lavando el intercambiador con agua destilada, que adems resulta til para eliminar posibles impurezas y para provocar el fenmeno de SWELLING. El SWELLING puede causar graves problemas si tiene lugar una vez el intercambiador se encuentra confinado en la columna y no se ha dejado espacio suficiente para alojarlo una vez que ha incrementado su volumen. ACONDICIONAMIENTO DEL INTERCAMBIADOR: En la etapa de acondicionamiento se procede a cambiar el contraion de la resina ponindola en contacto con una disolucin concentrada del ion que se desea tener. Una vez se ha consignado este objetivo y la resina est en la forma inica deseada, debe eliminarse el exceso de esta disolucin lavando la resina con agua destilada.

MODOS DE OPERACIN EN EL INTERCAMBIO IONICO EN COLUMNA:En los proceso de intercambio inico en columna se puede trabajar de dos modos.Las disoluciones de carga y de regeneracin se introducen siempre por la parte superior de la columna.El regenerante se introduce en direccin opuesta a la disolucin de carga, es decir, por la parte inferior de la columna. Este proceso se denomina, proceso en contracorriente.

ETAPA DE CARGA: En esta etapa tiene lugar el intercambio de iones entre la disolucin a tratar y el intercambiador. La disolucin a tratar se introduce en la columna y fluye gradualmente a travs del intercambiador. Las condiciones de operacin (velocidad de flujo, pH de la disolucin, entre otros). Dependern del tipo de intercambiador utilizado, y es importante optimizarlas para obtener un buen rendimiento en cuanto a capacidad y selectividadUTILIZACIN DE UNA ZEOLITA NATURAL EN LA SORCIN DE IONES COBRE

Las soluciones de cobre se preparan con el reactivo CuSO4. 5H2O .El reactivo es disuelto en agua desmineralizadaCONSIDERACIONES

Al disminuir la granulometra de la zeolita se mejora la extraccin de iones cobre desde la solucin. Al trabajar en columnas empaquetadas con flujos volumtricos de solucin, se obtienen remociones de cobre del orden del 99,5% o superiores.El pH de la solucin se ajusta con NaOH y HCl de 5 a 5.5 Para evitar el arrastre de partculas finas en las columnas empaquetadas, se realizan con material de tamao comprendido entre 30 y +50 mallas ASTMla zeolita despus de ser utilizada puede ser regenerada y se efecta aplicando una solucin de NaCl, liberndola, de esta forma, de los iones cobre sorbidos. Despus de este tratamiento la zeolita puedo ser reutilizada nuevamente, para la captacin de iones cobre.