“RECUPERACIÓN DE PLOMO A PARTIR DE SOLUCIONES DE ...

Ciudad de México Junio 2018

Yhm 8,

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería en Química e Industrias

Extractivas

“RECUPERACIÓN DE PLOMO A PARTIR DE

SOLUCIONES DE LIXIVIACIÓN DE GALENA EN UN

MEDIO DE NITRATOS”

T E S I S

Para obtener el título de: Ing. en Metalurgia y Materiales

Presenta:

Zendejas Chávez Rosario Angélica

Director de Tesis: Dr. Francisco Javier Juárez Islas

https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjz0O6v59PWAhVGQCYKHUF_Dv0QjRwIBw&url=http://estudiarlicenciaturasenlinea.com/category/licenciaturas-en-linea-ipn/&psig=AOvVaw2s64JeE5hKPrsoVqcBLnx4&ust=1507097910615015

https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiY_I6c59PWAhVBLSYKHY8cCbEQjRwIBw&url=http://www.esiqie.ipn.mx/conocenos/Paginas/Antecedentes.aspx&psig=AOvVaw0tWx5dr1qsEdJzvotyMvM3&ust=1507097867719630

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias a Dios por permitirme terminar mi carrera y así mismo lograr concluir

este proceso de mi tesis.

Gracias a mi mamá, por apoyarme en todo este tiempo, quedarse despierta conmigo

en las noches hasta que terminara mi tarea, por apoyarme en todos mis proyectos

y sueños.

Gracias a cada uno de mis amigos que durante mi estancia en la universidad,

compartimos vivencias, risas, estudio y aún poder contar con ellos en mis tiempos

difíciles.

Gracias a mi novio por incluirse en este logro y ser parte de este proceso.

Por último, gracias a mi asesor, que en esta transición logramos un buen equipo de

trabajo, por todo su apoyo, paciencia y dedicación para este logro.

Y de ante mano agradezco a cada uno de mis sinodales, por su tiempo invertido en

la revisión de esta tesis.

Pon en manos del Señor todas tus obras,

y tus proyectos se cumplirán. Prov. 16:3 NVI

. RESUMEN

I

RESUMEN

La obtención de Pb a partir de minerales de galena en la actualidad es

realizado por procesos pirometalúrgicos donde los principales problemas que se

generan son la emisión de SO2 y Pb(g). Razón por la cual se ha venido desarrollando

una alternativa por vía hidrometalurgia, empleando la lixiviación a presión con ácido

nítrico obteniendo nitrato de plomo.

El presente trabajo consiste en la recuperación de plomo a partir de los iones

nitrato (PbNO3+, Pb(NO

3)2, Pb(NO

3)3

- y Pb(NO

3)4

2-) y dejar una solución con

contenidos a bajo de los límites permisibles. Para esto se parte de soluciones

sintéticas de acuerdo con las condiciones de lixiviación y productos obtenidos en

ellas, como parte inicial de este estudio, se observó la variación del pH por la adición

de NaOH a fin de relacionar esta variación con las especies presentes de los

diferentes iones de nitratos de plomo apoyando el estudio con los diagramas de

distribución de especies para el sistema de plomo nitrato, permitiendo definir el

intervalo de trabajo de 3.

Como segunda etapa para la recuperación de Pb se realizó el estudio por la

precipitación de Pb con borohidruro de sodio (NaBH4), donde las principales

variables fueron: pH (3-7), concentración de Pb (1-2.5g) y concentración de NaBH4

(0.5-2.5 g). Determinando las condiciones óptimas de un pH de 3, concentración de

Pb de 1 g y concentrado de NaBH4 0.5 g, obteniendo una recuperación de 99.98 %.

Otra alternativa para la recuperación de plomo a partir de las soluciones

sintéticas de lixiviación fue por la electrodepositación de Pb, en la cual se pudo

recuperar el Pb metálico, donde las variables que se estudiaron fueron pH, amperaje

y membrana. Las mejores condiciones en la electrodepositación son un pH de 3,

amperaje de 0.1 y trabajando sin membrana.

. ÍNDICE

II

ÍNDICE

Resumen I Índice II Lista de Tablas IV Lista de Figuras VI Lista de Gráficos VII Introducción 1 I. Antecedentes 4 1.1 Geología, Exploración Minera y Metalurgia Extractiva. 4

1.2 Propiedades del plomo (Pb). 5 1.3 Clasificación de los procesos metalúrgicos. 6 1.3.1 Hidrometalurgia versus Pirometalurgia. 8

1.3.2 Proceso Hidrometalúrgico. 10

1.3.3 Precipitación por Electrólisis. 11

1.4 Estudio lixiviación de galena con HNO3. 12

1.5 Usos del borohidruro de sodio (NaBH4). 14

1.6 Construcción de diagramas de distribución de especies. 14

II. Desarrollo Experimental 17

2.1 Materiales y reactivos. 17

2.2 Soluciones preparadas. 18

2.3 Etapa 1: Neutralización con NaOH. 18

2.3.1 Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH. 19

2.3.2 Segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4. 20

2.3.3 Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb. 21

2.3.2. Condiciones de las experimentaciones. 23

III. Resultados y Análisis 24

3.1 Neutralización con NaOH. 24

3.1.1 Comportamiento del complejo Pb(NO3)3

-con la adición de NaOH. 25

3.1.2 Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 con la adición de NaOH. 26 3.1.3 Comportamiento del complejo PbNO3

+ con la adición de NaOH. 27

3.1.4 Comportamiento del complejo PbOH+ y Pb(OH)2 con la adición de NaOH.

28

3. 2 Precipitación de plomo con NaBH4. 30 3.2.1 Efecto del pH. 30 3.2.2 Efecto en la variación de la concentración de Pb. 31 3.2.3 Efecto en la variación de NaBH4. 32 3.3 Electrodepositación de Pb. 33 3.3.1 Electrodepositación de Pb en un reactor con membrana de nafión. 33 3.3.2 Determinación de tiempo. 36

. ÍNDICE

III

3.3.3 Efecto del pH en la electrodepositación de Pb. 37 3.3.4 Efecto del amperaje en la electrodepositación de Pb. 40 Conclusiones 43 Referencias 44 Apéndice 45

. LISTA DE TABLAS

IV

Lista de Tablas

Página Tabla 1. Principales propiedades físicas del Pb. 5 Tabla 2. Reactivos usados. 17

Tabla 3. Soluciones preparadas para la experimentación. 18 Tabla 4. Serie de experimentos con sus respectivas variables. 23

Tabla 5. Efecto de la variación de pH en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).

30

Tabla 6. Efecto de la variación de la concentración de Pb, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).

31

Tabla 7. Efecto de la variación de la variación en peso en gramos de NaBH4, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb). .

32

Tabla 8. Equipo de vidrio y otros que se utilizaron en las experimentaciones 45

Tabla 9. Comportamiento del complejo Pb(NO3)3

-conforme la adición de

NaOH, (experimento 1).

46

Tabla 10. Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 conforme la adición de NaOH, (experimento 1).

46

Tabla 11. Comportamiento del complejo PbNO3+

conforme la adición de NaOH, (experimento 1).

47

Tabla 12. Comportamiento del PbOH+ y Pb(OH)2 conforme la adición de NaOH, (experimento 1).

48

Tabla 13. Resultados de la electrodepositación en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 18).

53

Tabla 14. Resultados de la electrodepositación en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con una solución de H2SO4, (experimento 18).

54

Tabla 15. Resultados en la solución anódica, (experimento 18). 54

Tabla 16. Resultados en la solución catódica, (experimento 18). 54

Tabla 17. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de H2SO4, (experimento 19).

55

Tabla 18. Resultados de la electrodepositación de Pb en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 19).

55

Tabla 19. Resultados en la solución anódica, (experimento 19). 55

Tabla 20. Resultados en la solución catódica, (experimento 19). 56

Tabla 21. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en el ánodo (experimento 20).

56

Tabla 22. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en el cátodo (experimento 20).

57

. LISTA DE TABLAS

V

Tabla 23. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en la solución (experimento 20).

57

Tabla 24. Valores obtenidos en un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb, en el ánodo (experimento 21).

58

Tabla 25. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en el cátodo (experimento 21).

58

Tabla 26. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 21).

58

Tabla 27. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en el ánodo (experimento 22).

59

Tabla 28. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en el cátodo (experimento 22).

59

Tabla 29. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 22).

59

Tabla 30. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositacón de Pb en el ánodo (experimento 23).

60

Tabla 31. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositación de plomo en el cátodo (experimento 23).

60

Tabla 32. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositación de Pb en la solución (experimento 23).

60

Tabla 33. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en el ánodo (experimento 24).

61

Tabla 34. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en el cátodo (experimento 24).

61

Tabla 35. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en la solución (experimento 24).

61

Tabla 36. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositación de Pb en el ánodo (experimento 25).

62

Tabla 37. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositación de Pb en el cátodo (experimento 25).

62

Tabla 38. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 25).

62

Tabla 39. Cálculos estequiométricos preparar 1L de solución 1, 0.5 M HNO3

y gramos de Pb(NO3)2 necesarios. 63

Tabla 40. Cálculo para preparar la solución 3 de NaBH4. 63

Tabla 41. Cálculos estequiométricos para preparar una solución 4, 1 M de H2SO4.

64

. LISTA DE FIGURAS

VI

Lista de Figuras

Página Figura 1. Proceso pirometalúrgico e hidrometalúrgico para la obtención de

Pb. 7

Figura 2. Diagrama de distribución de especies en función al % disolución y pH.

16

Figura 3. Pasos por seguir de la primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH.

19

Figura 4. Pasos por seguir en la segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4.

20

Figura 5. Pasos por seguir en la tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb.

21

Figura 6. Representación del montaje del Equipo (Primera secuencia de experimentación).

22

Figura 7. Efecto de la adición de NaBH4 en la Solución 1 (Segunda secuencia de experimentación).

22

Figura 8. Representación del montaje del equipo, electrodepositación (Tercera secuencia de experimentación).

22

Figura 9. Diagrama de distribución de especies de Pb, con la variación de pH y especies de PbOH+ y Pb(OH)2 presentes.

29

. LISTA DE GRÁFICOS

VII

Lista de Gráficos

Página Gráfico 1. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución

de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del

Pb(NO3)3

- , Pb(NO3)2 y PbNO3

+.

24

Gráfico 2. Valoración del efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO

3)3

- y neutralización del ácido.

25

Gráfico 3. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)2 y neutralización del ácido.

26

Gráfico 4. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución

de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb, para la descomposición del PbNO3+

y neutralización del ácido.

27

Gráfico 5. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), en la formación del PbOH+ y Pb(OH)2.

28

Gráfico 6. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana de nafión y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del ánodo (experimento 1) y 1 M de H2SO4 en la cámara del ánodo (experimento 2).

33

Gráfico 7. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana y solución de 1 M de H2SO4 en la cámara del cátodo (experimento 1) y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del cátodo (experimento 2).

34

Gráfico 8. Comportamiento en la electrodepositación de Pb, en el reactor con membrana y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, en ambas cámaras de los experimentos.

35

Gráfico 9. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, de una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 con respecto al tiempo, pH de 0.9 y amperaje de 0.1.

36

Gráfico 10. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada ánodo, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.

37

Gráfico 11. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.

38

Gráfico 12. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada solución, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.

39

. LISTA DE GRÁFICOS

VIII

Gráfico 13. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.

40

Gráfico 14. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.

41

Gráfico 15. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.

42

. INTRODUCCIÓN

1

INTRODUCCIÓN

El plomo y sus aplicaciones.

En la actividad del procesamiento de los minerales de Pb, para la obtención

de este se realiza por vía pirometalúrgica presentando como principales

inconvenientes las emisiones de SO2 y Pb(g) los cuales causan problemas

ambientales y de salud generando enfermedades como el saturnismo, en las

poblaciones aledañas a las plantas de refinación.

Cuando el plomo es ingerido, inhalado o absorbido por la piel, resulta ser

altamente tóxico, causando daños principalmente a los vasos sanguíneos y a los

riñones. Incluso en cantidades excesivas puede afectar al sistema nervioso. El

saturnismo, es la intoxicación crónica por exposición al plomo, sus sales y

compuestos. Puede provocar dolor de cabeza, anemia, náuseas, malestar en el

sistema digestivo además de otros síntomas y si es grave puede llegar a afectar al

sistema psicomotriz del individuo. [1]

El plomo es un metal denominado “pesado” por ser muy estable en la

naturaleza, lo que implica que pueden pasar cientos de años hasta su

desintegración, tanto en el ambiente como en un organismo, humano o animal, si

es ingerido. Además, se acumula en la cadena trófica, lo que significa que si el

hombre u otro predador consumen un animal que contiene plomo, éste pasará a

acumularse en el organismo por un tiempo prolongado, probablemente toda la vida,

pudiendo provocar síntomas o no en función de la cantidad acumulada. [1]

Cuando los niveles de plomo en sangre superan los 8-10 mcg/dl, comienzan a

aparecer los signos clínicos de la intoxicación. También puede contener plomo el

agua potable canalizada a través de tuberías de plomo o con soldadura a base de

este metal. [1]

. INTRODUCCIÓN

2

En trabajos previos se propone realizar su procesamiento por vía

hidrometalúrgica, realizando la lixiviación de concentrado de galena con ácido

nítrico a elevada presión, obteniendo una solución con diferentes especies de nitrato

de plomo y la formación de S° con lo cual se evitó la formación de SO2.

De la solución obtenida se pretende encontrar un método adecuado para

recuperar el Pb de la solución y la solución sobrante quede de bajo de los límites

permisibles de acuerdo con la norma la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-

1994, Salud ambiental Agua para uso y consumo humano. Límites permisibles de

calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. Para el

plomo se tiene un límite de plomo de 0,025 expresado en mg/l. [2]

Como interés principal tenemos el estudio de la recuperación del plomo con el uso

de agentes de lixiviación común y rentables como el HNO3. Para el tratamiento de

soluciones de lixiviación existen varios procedimientos como son la

electrodeposición, la cementación y la precipitación con gases o sales como con el

NaBH4.

En particular, en el tratamiento de procesos para la recuperación del Pb se

debe seleccionar y cambiar la actual forma de eliminar estos iones. En general, el

Pb se precipita de forma insoluble mediante intercambio iónico. El proceso de

tratamiento que se propone para remover iones de plomo de una solución sintética

de lixiviación es la precipitación química y la electrodepositación.

En este trabajo se pretende recuperar el Pb por medio de la precipitación con NaBH4

y la electrodeposición, es importante conocer en que especie se encuentra el Pb y

su proporción en función del pH para lo cual este trabajo se basará en los diagramas

de distribución de especies.

. INTRODUCCIÓN

3

Objetivos:

Los objetivos principales de esta investigación son:

1) Deducir las especies de plomo que involucra la experimentación.

2) Determinar las condiciones óptimas para la precipitación del plomo.

3) Determinar las condiciones óptimas para la electrodepositación de plomo.

Justificación.

El proceso pirometalúrgico de fusión y refinación del Pb es comúnmente

utilizado para el procesamiento de concentrados de Pb y se lleva a cabo mediante

la aplicación de calor, generándose cantidades considerables de humos y polvos

que contienen partículas de Pb, las cuales son altamente peligrosas para la salud,

además de la generación de grandes volúmenes de gases, tal es el caso del SO2.

A causa de los problemas ambientales relacionados a la obtención del Pb por

vía pirometalúrgica y la complejidad de los concentrados asociados a la galena,

hacen posible que el procesamiento de minerales de Pb por vía hidrometalurgia

lleguen a ser desarrollados.

En este trabajo se presenta una alternativa para la recuperación de plomo por vía

hidrometalúrgica, de los resultados obtenidos en la lixiviación de galena con HNO3,

de acuerdo con estos resultados se procederá a preparar soluciones sintéticas de

Pb(NO3)2 con pH de 1.07. Este estudio inicia con la variación del pH de la solución

con NaOH a fin de determinar el pH óptimo para obtener una especie de los

complejos de Pb y la zona de estabilidad de este. Posteriormente se desarrollan las

pruebas para su reducción con NaBH4 y los estudios para la electrodepositación de

Pb.

. BB ANTECEDENTES

4

I. ANTECEDENTES

El plomo era uno de los pocos metales que se conocía en el mundo antiguo,

y unas de las primeras aplicaciones de este aún siguen subsistiendo. Los romanos

lo empleaban en fontanería, los chinos revestían las arquetas para guardar el té con

este metal y las balas de las armas de fuego primitivas estaban hechas de plomo.

Por su parte, los egipcios usaban este metal en el esmaltado cerámico y lo más

seguro es que la plata que empleaban la obtuviesen de menas de plomo. Existe una

imagen de plomo que tiene una antigüedad de seis mil años; los fenicios ya

trabajaban los yacimientos de plomo de la Península Ibérica dos mil años antes de

Jesucristo y los de Grecia se encontraban en plena producción quinientos años

antes de la era cristiana. [3]

1.1 Geología, Exploración Minera y Metalurgia Extractiva.

La Geología, constituye el primer paso del Proceso Minero y, como tal, debe

estar integrada en todo momento a las aplicaciones de las disciplinas que le siguen.

No es concebible entonces, en un Proyecto Minero, que un metalurgista no sea

capaz de dialogar y se desvincule de los geólogos a cargo, o que un minero, al

preparar su proyecto, no tome en cuenta a alguno de estos otros profesionales

esencialmente complementarios. [4]

La Exploración Minera propiamente tal comprende todas las actividades

relacionadas con la extracción y el arranque de los minerales, debe su lugar de

origen en la mina, hasta ser entregados para su procesamiento metalúrgico

posterior en la planta. Este procesamiento usualmente se inicia con una o varias

etapas de transformación física, como pueden ser las etapas previas de

conminución (sea esta seca: chancado, o bien húmeda: molienda) y continua con

las etapas iniciales de concentración (sea esta fisicoquímica: flotación, o bien

. BB ANTECEDENTES

5

netamente física: gravimétrica y magnética) antes de iniciarse los procesos

químicos propios de la Metalurgia Extractiva. [4]

Las restricciones impuestas por una evaluación técnica de este tipo deben,

simultáneamente, cumplir con las regulaciones ambientales vigentes a fin de

minimizar su eventual impacto negativo en el Medio Ambiente. Dado que el impacto

ambiental de un proceso minero puede extenderse por mucho tiempo, más allá del

período de explotación activa propiamente tal, también debe considerarse el plan

de cierre de la faena al término de su explotación económica. [4]

1.2 Propiedades del plomo (Pb).

El elemento plomo es un metal lustroso, se encuentra en el grupo 14 (IV A)

de la tabla periódica. El elemento de muestra valencias de 2+ y 4+. [5]

a) Propiedades físicas y mecánicas. Las propiedades físicas sobresalientes son su

bajo punto de fusión, su alta densidad, suavidad y maleabilidad. El metal puede ser

fácilmente trabajado en laminación, extrusión, y es ligeramente dúctil. Algunas de

sus propiedades se muestran en la tabla 1. [5]

Tabla 1. Principales propiedades físicas del Pb.

Propiedades

Peso atómico (g/mol) 207.22

Punto de fusión (°C) 327.4

Densidad (g/cm3) 13.33

Peso específico (g/cm3) 11.34

b) Propiedades químicas. El plomo se podría esperar que se disuelve en ácidos con

liberación de hidrógeno, pero esto es impedido por la elevada sobretensión de

hidrogeno, y el ataque se produce sólo cuando existe la combinación de condiciones

oxidantes y especies de sales solubles. Por lo tanto, el metal resiste al HCl, H2SO4

y HF; sin embargo, se disuelve fácilmente en agua tibia y HNO3 diluido para formar

. BB ANTECEDENTES

6

Pb(NO3)2 soluble. El plomo también se corroe por los ácidos orgánicos débiles, tales

como ácido acético (CH3-COOH), en presencia de oxígeno. [5]

1.3 Clasificación de los procesos metalúrgicos.

En la clasificación tradicional de los procesos metalúrgicos se distinguen los

siguientes grupos:

a) Los procesos pirometalúrgicos, es decir los que ocurren a temperaturas

elevadas en hornos metalúrgicos y el calor necesario para su realización se

obtiene de la quema de combustibles (carbón, gas, aceite) o de otras reacciones

exotérmicas.

b) Los procesos hidrometalúrgicos se basan en el empleo de diversas soluciones

químicas para disolver los metales contenidos en los minerales por medio de la

lixiviación. Después de la lixiviación y purificación de las soluciones se realiza la

operación de precipitación de los metales o sus compuestos contenidos en la

solución, por vía química o electrolítica. En la Fig. 1 se observa una comparación

entre los procesos pirometalurgicos e hidrometalúrgicos.

. BB ANTECEDENTES

7

Figura 1. Proceso pirometalúrgico e hidrometalúrgico para la obtención de Pb.

Cementación

Reducción con gases

Procesos Metalúrgicos

Proceso Pirometalúrgico

Mineral de mina ya quebrado

Conminución, en molino

SAG

Remolienda en molino de

bolas

Flotación

Concentrado

Filtrado

Fundición, Descobrizado

Suavizado, eliminación de As

y Sb

Desplatado, eliminación de Ag

y Au

Deszincado con sosa

Desbimutizado

Refinado, eliminación de Co

y Mg

Zinc

Vacío

Calcio Magnesio

Cloruro de Plomo Sosa Caustica

Espumante, aerofinas,

xantato, sulfato de cobre

Azufre

Aire

Cianuro Agua

Sulfato de Zinc

Cristalización

Precipitación química

Extracción por Solventes

Electrodepositación

Lixiviación

Proceso Hidrometalúrgico

. BB ANTECEDENTES

8

1.3.1 Hidrometalurgia versus Pirometalurgia.

En los últimos cincuenta años, la Hidrometalurgia ha estado compitiendo en

forma exitosa con la Pirometalurgia. Ésta fue muy efectiva cuando predominaban

las altas leyes y los minerales se cargaban directamente en altos hornos de tipo

vertical, en forma de trozos; los que dejaban pasar los gases a través de ellos

permitiendo, de esa manera, precalentar la carga en contracorriente. [4]

Sin embargo, cuando esos minerales comenzaron a agotarse, a finales del

Siglo XIX, los metalurgistas tuvieron que enfrentar minerales de más bajas leyes

que requerían de una preconcentración necesariamente incorpora de una etapa de

chancado y molienda, para permitir la separación física de las partículas

mineralizadas, particularmente cuando la concentración se hace por flotación. Con

el mineral finamente molido, ya no se podían usar los antiguos hornos de tipo

vertical, lo que dio origen a los hornos horizontales de reverbero, que requieren de

fuentes externas de combustible para poder operar. A su vez, esto provocó un

primer y gran conflicto con el ambiente pues los hornos de reverbero, además de

consumir una gran cantidad de energía externa, producen una intensa

contaminación a través de los polvos y gases emitidos con los humos de fundición.[4]

Esto provocó una excelente oportunidad para la aplicación de la

Hidrometalurgia, ya que le permitió competir en forma muy eficaz con los procesos

de la Pirometalurgia. [4]

Algunas de las ventajas y desventajas relativas de la Hidrometalurgia y de la

Pirometalurgia pueden destacarse como sigue:

• Generación de SO2 desprendido se encuentra en concentraciones altas, se

puede producir ácido a partir de él, para el cual, preferentemente, deberá

encontrarse en un mercado cercano, ya que se transporte es caro y con

fuertes restricciones de carácter ambiental. Si los gases de SO2 son muy

diluidos, algún método de tratamiento de ellos debe ser implementado, lo que

. BB ANTECEDENTES

9

resulta siempre más caro. La alternativa es su emisión a la atmósfera, lo que

ambientalmente hoy no está permitido. Por el contrario, por vía

hidrometalúrgica no se produce SO2 y el azufre puede, eventualmente,

recuperarse en su forma elemental, el que se puede acopiar o transformar a

más bajo costo que el ácido sulfúrico.

• Consumo de energía: Dado que en Pirometalurgia se requiere de

temperaturas altas, del orden de los 1200 °C, las velocidades de reacción

son muy altas, pero esto demanda bastante energía. En cambio, en las

plantas hidrometalúrgicas por un lado el uso de combustible se minimiza,

dado que las temperaturas no superan habitualmente los 100° C, aun cuando

las velocidades de reacción son mucho más lentas.

• Tratamiento de minerales de muy baja ley: Definitivamente las bajas leyes

perjudican más a los tratamientos pirometalúrgicos, ya que no se pueden

tratar directamente los minerales y los procesos de concentración previos

empiezan a ser cada vez más caros, cuando bajan las leyes de cabeza, al

tener que moler cada vez más material para obtener una misma porción del

metal apetecido. En cambio, si se cuenta con un reactivo de lixiviación

suficientemente selectivo, se pueden tratar minerales de leyes cada vez más

bajas en forma directa y eficiente. [4]

. BB ANTECEDENTES

10

1.3.2 Proceso Hidrometalúrgico.

La etimología de la palabra “hidrometalurgia” proviene de la raíz “hidro”, que

señala con claridad que esta disciplina de la Metalurgia Extractiva trata del arte y la

ciencia de la extracción de metales, desde sus minerales o materiales que los

contienen, a través de medios acuosos. [4]

En general, la Hidrometalurgia se desarrolla en tres etapas físico-químicas

distintas y secuenciales:

• Primera etapa de disolución selectiva de los metales desde los sólidos que

los contienen mediante una solución acuosa; esta etapa se conoce con el

nombre de lixiviación.

• Segunda etapa de procesamiento y transformación de los metales disueltos

en el medio acuoso de lixiviación mediante agentes externos que permiten la

purificación y/o concentración de estos metales, aún en solución acuosa.

• Tercera etapa de recuperación selectiva de los valores metálicos disueltos

en el medio acuoso, conocida como reducción, en la que se obtiene el metal

o un compuesto que lo contiene, en la forma de un producto sólido. [4]

Actualmente existen tres grupos de posibilidades técnicas para llevar a cabo

la reducción.

1) Electrólisis de la solución obtenida.

2) Reducción del metal por medio de gases como H2, SO2 y CO.

3) Reducción del metal o compuesto en solución por medio de otro metal, el

cual reduce al ion de interés y este se oxida pasando a la solución, este

proceso se conoce como cementación.

. BB ANTECEDENTES

11

4) Otra alternativa seria obtener compuestos a partir de la solución por: cambio

del pH de la solución, por cristalización, extracción con solventes e

intercambio iónico y además por cementación. [6]

1.3.3 Precipitación por Electrólisis.

La precipitación por reducción electrolítica, comúnmente conocida como

electro-obtención o electrodepositación (EW), es actualmente uno de los

procedimientos más sencillos para recuperar metales, en forma pura y selectiva,

respecto a las impurezas existentes en solución. Su característica principal radica

en que el metal ya está en la solución y solamente se trata de recuperarlo

depositándolo en el cátodo, mientras en ánodo es esencialmente insoluble. En la

actualidad tiene una gran importancia económica, al permitir el beneficio de recursos

lixiviarles, tanto de oro, como de cobre, plata, etc., cuyo tratamiento por otras vías

resultaría económicamente inviable. [4]

Sobre una base de tonelaje de producción, la técnica de recuperación de

metal más utilizado (a partir de soluciones acuosas) es la electrólisis. La electrólisis

es la recuperación de un metal de una solución mediante el uso de corriente

eléctrica. [4]

Una celda electrolítica debe contener cuatro componentes esenciales:

a) una superficie del ánodo, donde se produce la oxidación,

b) una superficie del cátodo donde se produce la reducción,

c) un conductor eléctrico para transportar corriente,

d) y un electrolito (un conductor iónico). [4]

. BB ANTECEDENTES

12

1.4 Estudio lixiviación de galena con HNO3.

La Lixiviación con HNO3 de concentrados y minerales sulfurosos es un

método atractivo para la recuperación de metales básicos, debido a que el HNO3 es

un fuerte agente lixiviante y este puede ser fácilmente reciclado por la adición de

oxigeno (O) directamente en la mezcla de lixiviación o usando una oxidación externa

de óxido nitroso (NO). Varios métodos basados en el HNO3 para el procesamiento

de concentrados y minerales de metales no-ferrosos han sido propuestos y

examinados. Un importante defecto de la lixiviación de ácido nítrico es la oxidación

del azufre contenido en la galena a azufre elemental y sulfato, en muchos de los

casos en partes iguales. Esto resulta en un incremento del consumo de HNO3 y la

necesidad de usar el sulfato, aumentando el costo del tratamiento de la solución y

la regeneración del ácido. [7]

La cinética y el mecanismo de disolución de sulfuros metálicos en ácido

nítrico, así como la formación de azufre elemental y sulfatos es poco comprendido.

Se puede establecer que la producción de sulfatos aumenta con el incremento de

la concentración de HNO3 y el potencial del electrodo de los minerales, mientras el

azufre elemental es oxidado a sulfato muy rápidamente. [7]

El comportamiento del sulfuro de plomo (PbS) en soluciones de HNO3 ha

recibido muy poca atención. Peters y Vizsolyi (1969). [7] Propusieron que la química

de lixiviación de galena con ácido nítrico está dada por:

3PbS + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO(g) + 4H2O + S° ………………………………….(1)

La electrorefinación del plomo desde soluciones de nitrato no es tan directa

como es la electrorefinación de Cu o Zn de soluciones de sulfatos. Hay dos

complicaciones:

1. El plomo no solo se deposita en el cátodo como metal, también en el ánodo

como PbO2.

. BB ANTECEDENTES

13

Pb2+ + H2O →PbO2 + 4H+ + 2ē……………………….……………………………..….(2)

2. El ácido nítrico reduce al cátodo y puede redisolverse los depósitos de plomo

cuando los contenidos de ácido exceden los 10 l-1 (0.18 M). [7]

1.5 Borohidruro de sodio (NaBH4).

Los borohidruros metálicos y alcalinos son los más importantes hidruros

complejos. Ellos son iónicos, blancos, cristalinos son muy sensibles a la humedad,

pero no al oxígeno. [8]

El NaBH4 es térmicamente estable, es un sólido cristalino que se

descompone en vacío alrededor de los 400 ° C. Es higroscópico y absorbe agua

rápidamente de la humedad del metaborato de sodio e hidrógeno. Es soluble en

diferentes tipos de solventes incluyendo agua, alcoholes, amoniaco y afinas, glicol-

éteres, dimetil sulfóxido, etc. [8]

El NaBH4 y KBH4 son únicos de entre los hidruros complejos, debido a que

son estables en soluciones alcalinas. La descomposición por hidrólisis sigue la

siguiente reacción:

NaBH4 + 2 H2O → NaBO2 + 2H2…………………………………..……….…..….……(3)

Esta reacción es lenta en agua, pero es acelerada por el incremento de

acidez o temperatura. La razón de descomposición de NaBH4 en solución con agua

es estimada por la siguiente ecuación que expresa la vida media en términos de dos

de las más importantes variables, pH y temperatura. [8]

log t1/2 = pH – (0.034T –1.92)…………………………………………………..………..(4)

donde t1/2 es en minutos y la temperatura en K.

Las soluciones de NaBH4 en metanol están sujetas a una reacción similar de

descomposición que envuelve al hidrógeno; estas soluciones pueden ser

estabilizadas agregando álcalis. La solubilidad del NaBH4 en alcoholes alifáticos

. BB ANTECEDENTES

14

decrece conforme la cadena de carbonos aumente, aunque la estabilidad se ve

incrementada. [8]

1.5.1 Usos del borohidruro de sodio (NaBH4).

El borohidruro de sodio provee de una eficiente remoción y recuperación de

metales disueltos en aguas residuales de plantas industriales desde menas,

pasando por plantas de recuperación de Hg por cloro alcalino, recuperación de Pb

de aguas tratadas con tetraetilplomo, aguas de desecho de plantas de manufactura.

Este método de precipitación permite la recuperación y el reciclaje de metales

valiosos, tales como plata, oro, metales nobles y en general cualquier tipo de metal

de importancia económica. [8]

1.6 Construcción de diagramas de distribución de especies.

La técnica usada para determinar los diagramas de distribución de especies

puede ser ilustrados usando el sistema plomo nitrato. Hay cinco especies acuosas

que pueden estar presentes en el sistema: Pb2+

, PbNO3+, Pb(NO

3)2, Pb(NO

3)3

- y

Pb(NO3)4

2-. [7]

En el sistema, la concentración total de especies de plomo está dada por:

[PbII] = [Pb2+

] + [PbNO3+] +[Pb(NO

3)2] + [Pb(NO

3)3

-] +[Pb(NO

3)4

2-]…………………(6)

Para cada especie, la reacción entre plomo y nitrato puede escribirse:

Pb2+

+ NO3- → PbNO3

+……………………………………………………..………….…(7)

Pb2+

+ 2NO3- → Pb(NO

3)2……………………………………………….…………..….(8)

Pb2+

+ 3NO3- → Pb(NO

3)3

-…………………………………………………………...…(9)

Pb2+

+ 4NO3- → Pb(NO

3)4

2-……..…………………………………….………….…….(10)

. BB ANTECEDENTES

15

Y para cada una de estas reacciones, la constante de equilibrio Kn puede ser

calculada de la energía libre estándar de la reacción usada:

∆G° = -RT In (Kn)………………………..………………………………………….(11)

En equilibrio:

K1=[PbNO3

+]

[Pb2+

] [NO3-]……………………….………………….…………………..…….…(12)

K2=[Pb(NO

3)2]

[Pb2+

] [NO3-]2

.….…………………………………………………….…..…….…(13)

K3=[Pb(NO

3)3

-]

[Pb2+

] [NO3-]3

...…………………….………………………………………..….…(14)

K4=[Pb(NO

3)4

2-]

[Pb2+

] [NO3-]4

……….……………………………………...……………..…….…(15)

Las cuales pueden reordenarse en la porción de cada especie como una

función de la concentración de Pb2

+

y NO3-.

[PbNO3+] = K1 [Pb

2+] [NO3

-]………………………………………..…………………..(16)

[Pb(NO3)2] = K2 [Pb

2+] [NO3

-]2……..……………………………..…………………..(17)

[Pb(NO3)3

-]= K3 [Pb

2+] [NO3

-]3………………………….………….…………………..(18)

[Pb(NO3)4

2-]= K4 [Pb

2+] [NO3

-]4……..…..……………………………………………..(19)

Entonces, sustituyendo las ecuaciones (16)–(17) dentro de la ecuación (6) da

la concentración de plomo total en el sistema como función de {Pb2+} y el pNO3-

.

[PbII]=(Pb2+)+K1(Pb2+)(NO3

-)+K2(Pb2+)(NO3

-)2+K3(Pb2+)(NO3

-)3+K4(Pb2+)(NO3

-)4...(20)

. BB ANTECEDENTES

16

Factorizando y dividiendo por {Pb2

+

} da la fracción de iones en función de la

concentración de nitratos, por ejemplo, pNO3-.

[Pb2

+

]

[PbII]

=1

[1+K1(NO3-)+K2(NO3

-)2+K3(NO3

-)3+K4(NO3

- 4)]

…………………..…….…(21)

Sustituyendo este valor dentro de las ecuaciones (16)–(17) da la fracción de

las otras especies de plomo presentes en un amplio rango de pNO3-, las cuales se

muestran en la figura 2. [7]

Figura 2. Diagrama de distribución de especies en función al % disolución y pH. [7]

-

. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL

17

II. DESARROLLO EXPERIMENTAL

2.1 Materiales y reactivos.

La tabla 2 muestra los reactivos utilizados durante la experimentación con

su respectivo porcentaje de pureza.

Tabla 2. Reactivos usados.

Reactivos % Pureza Marca

Agua desionizada - -

Ácido Nítrico HNO3 69 J. T. Baker

Borohidruro de Sodio NaBH4 97 Mallinckrodt

Ácido Clorhídrico HCl 99 Realyt´s

Nitrato de Plomo Pb(NO3)2 96 Fermont

Ácido Sulfúrico H2SO4 98 J. T. Baker


18

2.2 Soluciones preparadas.

En la Tabla 3, se menciona las soluciones que se utilizaron en los diferentes

experimentos, así como su preparación.

Tabla 3. Soluciones preparadas para la experimentación.

Soluciones Preparación

1 Solución Sintética 1000 ppm de plomo a

partir de nitrato de plomo Pb(NO3)2

En un matraz de 1 L se adiciona 1.59 g de Pb(NO3)2 y 30.23 ml de HNO3, se afora con agua desionizada a 1 L. Se tapa y se agita

hasta que se homogenice la solución.

2 Solución Saturada de hidróxido de

sodio (NaOH).

En un vaso de precipitado adicionar 200 ml de agua desionizada, agregar 121.34 g de NaOH (cantidad necesaria para lograr que se sature

la solución). Agitar.

3 Solución de borohidruro de sodio

(NaBH4)

En 3 ml de agua desionizada se agrega 0.44 g de NaBH4 (según requiera el experimento) Ver

tabla 5.

4 Solución de H2SO4 En un matraz adicionar 27.17 ml de H2SO4 y

aforarlo a 500 ml con agua desionizada.

2.3 Etapa 1: Neutralización con NaOH.

La experimentación se llevó a cabo de acuerdo con el siguiente procedimiento, como se muestra en las figuras 3, 4 y 5.


19

2.3.1 Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH.

Figura 3. Pasos por seguir en la primera secuencia de experimentación, neutralización

con NaOH.

Se conecta a la

corriente la parrilla

magnética

Se conecta a la

corriente el

potenciómetro

Pastilla

Magnética

Cuando en el potenciómetro se

registre un cambio en la lectura

del pH, se toma nota, así mismo

del volumen desplazado en la

bureta.

Se coloca el electrodo del

potenciómetro dentro del vaso de

precipitado, evitando que choque

con la pastilla magnética

Se abre la llave de la bureta,

controlando que la salida de la

solución sea un goteo constante.

NEUTRALIZACIÓN CON NaOH

En un vaso de precipitado de 1 L

se vierte 200 ml de la solución 4.

En un matraz graduado se vierte 1 ml de la solución

2, y se afora a 50 ml con agua desionizada, se

agita y se absorbe con una bureta.

Se monta el equipo como se observa en la figura 6.

Colocando la bureta en el soporte universal.


20

2.3.2 Segunda secuencia de experimentación, de reducción con NaBH4.

.

Figura 4. Pasos por seguir en la segunda secuencia de experimentación, reducción con

NaBH4.

Se toma la lectura

de pH inicial o se

ajusta el pH según el

experimento (ver

tabla 5).

En un gotero se

adiciona la solución

2, en dos diluciones

1 en 5 ml y otra de 1

en 10 ml de agua

desionizada.

Para modificar el pH.

Se adiciona gota por

gota la solución 1

hasta llegar al pH

adecuado

Se filtra, se seca y pesa el residuo.

La solución restante se analiza en el

espectrofotómetro de absorción

atómica.

REDUCCIÓN CON NaBH4

En un vaso de precipitado se

adiciona 200 ml de la solución 1.

Con una jeringa se absorbe el NaBH4

correspondiente a cada experimento

Se pesa la cantidad de borohidruro

correspondiente (ver tabla 5) se

vierte en un vidrio de reloj y se

agrega 3 ml de agua desionizada

para la dilución de este.

Se agrega lentamente en el vaso de

precipitado que contiene la solución

1.

Se monta el equipo como lo muestra

la Fig. 7 y se procede a conectar a la

corriente eléctrica el potenciómetro.

Se agrega la

pastilla

magnética


21

2.3.3 Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb.

Figura 5. Pasos por seguir de la tercera secuencia de experimentación,

electrodepositación de Pb.

Encender la fuente de poder.

Retirar el electrodo (cátodo) y diluir lo que

quedó depositado en 3 ml de HCl

La muestra se diluye en 1 en 10 ml de agua

desionizada y se repite esta misma dilución.

Se guardan las soluciones

diluidas para posteriormente

analizarlas en el

espectrofotómetro de absorción

atómica.

Tomar el tiempo y cada 30 min

transcurridos tomar una

muestra de 3ml de la cámara

del reactor.

Retirar el electrodo (ánodo) y diluir lo que

quedó depositado en 3 ml de HCl.

Para el experimento 20-25 tomar 150 ml de la

solución 1 y adicionarla en el reactor sin

membrana. Ajustar las condiciones según

el experimento (ver tabla 5).

ELECTRODEPOSITACIÓN

DE PLOMO

Para el experimento 18 tomar 100 ml de la

solución 1 y adicionarlo en el reactor con

membrana del lado del ánodo y tomar 100 ml

de la solución 4, depositándola en el lado del

cátodo. Para el experimento 19 se invierten

los cables del ánodo y cátodo.

Para los siguientes experimentos solo se

utilizará 150 ml de la solución 1.

Se coloca el reactor en el

soporte universal y los

electrodos (Figura 8)

Adicionar las soluciones en el

reactor


22

Figura 8. Representación del montaje del equipo, electrodepositación (Tercera secuencia

de experimentación).

Figura 7. Efecto de la adición de

NaBH4 en la Solución 1 (Segunda

secuencia de experimentación).

Figura 6. Representación del montaje

del Equipo (Primera secuencia de

experimentación).

.


23

2.4 Condiciones de las experimentaciones.

La tabla 4 muestra los datos de las condiciones y variables de cada

experimento.

Tabla 4. Serie de experimentos con sus variables.

Experimento Concentración de

Pb (g/l)

Concentración de

NaBH4

pHConcentración

de H2SO4

Amperaje

1 1 - 1.0 - -

2 1.0 0.5 1.0* - -

3 1.0 0.5 3.0 - -

4 1.0 0.5 3.5 - -

5 1.0 0.5 5.0 - -

6 1.0 0.5 5.5 - -

7 1.0 0.5 6.0 - -

8 1.0 0.5 6.5 - -

9 1.0 0.5 7.0 - -

10 2.0 1.0 3.0 - -

11 3.0 1.5 3.0 - -

12 4.0 2.0 3.0 - -

13 5.0 2.5 3.0 - -

14 1.0 1.0 3.0 - -

15 1.0 1.5 3.0 - -

16 1.0 2.0 3.0 - -

17 1.0 2.5 3.0 - -

18 1.0 - 1.0 1.0 0.1

19 1.0 - 1.0 1.0 0.1

Tiempo 20 1.0 - 1.0 - 0.1

21 1.0 - 2.0 - 0.1

22 1.0 - 2.5 - 0.1

23 1.0 - 3.0 - 0.1

24 1.0 - 3.0 - 0.15

25 1.0 - 3.0 - 0.2

Efecto de la variación

del amperaje

Efecto de la variación

de pH

Segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4

Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH

Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb

Efecto del pH

Efecto de la

concentración de Pb

Efecto del peso en

gramos de NaBH4

Membrana

. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS

24

III. RESULTADOS Y ANÁLISIS

En esta experimentación se obtuvo el comportamiento de las especies de plomo al

variar el pH adicionando NaOH.

3.1 Neutralización con NaOH.

Lo que pretende la experimentación 1, es identificar las especies que se van

neutralizando conforme la adición de NaOH dando por efecto la variación de pH y

formación de las especies de Pb.

En el gráfico 1 se observa las tres primeras especies: Pb(NO3)3

-, Pb(NO3)2 y PbNO3

+.

Para tener un enfoque de cada una más adelante se desarrollará.

Gráfico 1. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2

(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)3-

, Pb(NO3)2 y PbNO3+.

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0

pH

ml de NaOH

Variación de pH


25

3.1.1 Comportamiento del complejo Pb(NO3)3

- con la adición de NaOH.


(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)3-

y neutralización del

ácido.

En el gráfico 2, se observa que el pH de 1.14 (inicial) desciende a 1.05,

gastando 50 ml de NaOH, esto se debe a que existe una descomposición de las

especies. Apoyándose en la figura 4 donde se muestra que ya no existe la especie

de Pb(NO3)4

2-, por lo cual se deduce que se debe a la descomposición de Pb(NO

3)3

- y

la solución se vuelve mas ácida debido a la formación de ácido nítrico, es por esta

razón que existe el decremento en el pH.

A continuación, este pH se mantiene con la adición 40 ml de NaOH. Este

fenómeno se debió a la neutralización de la acidez de la solución.

Una vez que se neutraliza la acidez se logra un incremento de pH hasta 1.30

en una mínima adición de NaOH, donde coexiste el Pb(NO3)2.

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

0 20 40 60 80 100 120

pH

ml de NaOH

Variación de pH


26

3.1.2 Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 con la adición de NaOH.


(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)2 y neutralización del ácido.

En el gráfico 3 se muestra la secuencia de adición de NaOH, se muestra la

descomposición del Pb(NO3)2 bajando el pH a 1.24, observando una muy ligera

variación en el pH el cual se explica por la neutralización de la solución y

descomposición de la especie, para finalmente lograr la descomposición de esta y

el pH decrece hasta un valor de 1.14.

1.00

1.05

1.10

1.15

1.20

1.25

1.30

1.35

95 115 135 155 175 195

pH

ml de NaOH

Variación de pH


27

3.1.3 Comportamiento del complejo PbNO3+

con la adición de NaOH.


(1000 ppm de Pb, para la descomposición del PbNO3+

y neutralización del ácido.

En el grafico 4 se observa la descomposición de PbNO3+, en la

descomposición de esta especie se determina que, por cada molécula de esta, se

forma una de nitrato y a su vez una de ácido nítrico, notándose una disminución en

el pH, sin embargo, este se va neutralizando como se muestra en el grafico 3, dando

una secuencia en forma de escalón, en donde se descompone y se neutraliza. Una

vez que este fue descompuesto en su totalidad el pH se incrementa en función de

la acidez de la solución.

El ácido que se va formando es más débil ya que entre más se incrementa el

pH, la cantidad de nitratos, causantes de la generación de ácido, son cada vez

menores.

1.10

1.12

1.14

1.16

1.18

1.20

1.22

200 220 240 260 280 300

pH

ml de NaOH

Variación de pH


28

3.1.4 Comportamiento del complejo PbOH+ y Pb(OH)2 con la adición de NaOH.


(1000 ppm de Pb), en la formación del PbOH+ y Pb(OH)2.

En el gráfico 5, a medida que se incrementa el pH a rangos de entre 6 a 8 la

solución se torna blanquizca, con esto podemos concluir que se formó PbOH+ ya

que como se muestra en el grafico 5 a pH de entre 6 a 8 se forma el PbOH+. Después

se observa que el pH ya no aumenta, pero al seguir adicionando NaOH, se precipita

el sólido blanquizco en la formación de Pb(OH)2, apoyandonos nuevamente del

gráfico 5 podemos ver como a un pH mayor de 8 se empieza a formar el Pb(OH)2.

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

250 350 450 550 650 750

pH

ml de NaOH

Variación de pH


29

Figura 9. Diagrama de distribución de especies de Pb, con la variación de pH y especies

de PbOH+ y Pb(OH)2 presentes (realizado con el programa Medusa).


30

3. 2 Precipitación de Pb con NaBH4.

En la segunda secuencia de experimentación consiste en la precipitación de Pb,

variando el pH, concentración de Pb y peso en gramos de NaBH4.

De acuerdo con la siguiente reacción:

NaBH4 + 4Pb2+ + 2H2O = NaBO2 + 4Pb0 + 8H+ …………………………………….(22)

3.2.1 Efecto del pH.

Tabla 5. Efecto en la variación de pH, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de

Pb).

Experimento pH Inicial Concentración (mg/L)

2 1.07 0.54

3 3.0 0.02

4 3.5 0.24

5 5.0 0.53

6 5.5 0.31

7 6.0 0.53

8 6.5 0.48

9 7.0 0.34

El pH juega un papel importante en la precipitación del plomo, ya que afecta

a la especiación de los compuestos de plomo. Los experimentos se han realizado

para averiguar el pH óptimo para maximizar la recuperación de plomo en la solución.

En esta etapa se realizaron pruebas donde se variaba el pH de la solución de rango

de 1.07 (pH natural de la solución) hasta el pH de 7, los resultados se observan en

la tabla 6.

Se generó H2, debido a la descomposición del NaBH4 a borato en agua, el cual es

responsable de la reducción del ion plomo.


31

Se alcanzó una alta eficiencia presentada por el sistema, logrando

recuperaciones máximas en cualquier pH. Sin embargo, en todas las

experimentaciones estuvo arriba del límite permisible. Esto se puede deber

principalmente a la acidez de la solución, ya que la reacción se reinvierte requiriendo

que la etapa de separación por filtración sea rápida. Se tomó hojas papel filtro con

mayor tamaño de poro y debido a esto se pudieron pasar partículas de plomo

menores que no se quedaron en el papel filtro y se pasaron a la solución

resolviéndose. Se recomienda dar una segunda o tercera etapa de filtración.

A pH de 6 se observó que el plomo empieza a precipitar como hidróxido de

plomo y a pH de 7 la mayoría de la precipitación fue hidróxido de plomo. El

precipitado de hidróxido de plomo se le agrega una cantidad de ácido fuerte como

el HNO3, el catión hidrógeno neutraliza al anión hidroxilo (producto de la hidrólisis

del anión de la sal escasamente soluble) con lo cual los equilibrios se desplazan

hacia la derecha. Esto implica la disolución del precipitado. Es por eso por lo que la

reacción vuelve a formar plomo.

La recuperación de plomo es óptima en rangos de pH intermedios de 3 a 3.5,

por lo cual se toma este pH de 3 para las siguientes experimentaciones.

3.2.2 Efecto en la variación de la concentración de Pb.

Tabla 6. Efecto de la variación de la concentración de Pb, en una solución de

Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).

Experimento Concentración de plomo (g/L)

Concentración (mg/L)

3 1 0.020

10 2 0.140

11 3 0.170

12 4 0.189

13 5 1.687


32

De acuerdo con la discusión anterior y al diagrama de distribución de

especies, se considera que, a un pH de 3, la especie que se obtiene es Pb2+ por lo

cual se decide tomar este valor para observar el efecto de la concentración de pH.

La tabla 6 presenta las recuperaciones de plomo obtenidas al variar la

concentración de este. Observando que hay una muy baja cantidad de plomo

presente en solución para 1 g/L de plomo, se incrementa muy ligeramente a medida

que se incrementa la concentración de plomo, sin embargo, la eficiencia de

reducción con borohidruro sigue siendo elevada (99.8% de eficiencia) aún en la

solución más alta.

Igual que los experimentos anteriores consideremos que el plomo residual se

puede deber al tamaño de las partículas que son menores al poro del papel filtro

ocasionando que pasen de nuevo a la solución por su redisolución.

3.2.3 Efecto en la variación de NaBH4.

Tabla 7. Efecto de la variación de peso en gramos de NaBH4, en una solución de

Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).

Experimento Gramos de

NaBH4 Concentración

(mg/L)

3 0.5 0.02

14 1.0 0.04

15 1.5 0.31

16 2.0 0.50

17 2.5 0.67

Con respecto a la adición de NaBH4 se produce más hidrogeno, la reducción

de Pb es más rápida por lo cual disminuye el tamaño de partícula, el plomo reducido


33

es más fino. Como lo muestra la tabla 7, en realidad, el tener menos peso de NaBH4

fue el experimento en el que se logró tener menos Pb en solución.

3.3 Electrodepositación de Pb.

En esta serie de experimentos el propósito fue observar el comportamiento

de las especies de Pb en la celda de electrodepositación. Los resultados obtenidos

se realizaron variando las condiciones de membrana, tiempo, pH y amperaje.

3.3.1 Electrodepositación de Pb en un reactor con membrana de nafión.

En el gráfico 6 se observa el comportamiento de la depositación de plomo

sobre el ánodo, colocando este en la cámara de la solución lixiviación y

posteriormente en la cámara de H2SO4.

Gráfico 6. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana

de nafión y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del ánodo (experimento

1) y 1 M de H2SO4 en la cámara del ánodo (experimento 2).

0.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo

Experimento 1

Experimento 2


34

Se tomó el pH solución de nitrato de plomo y fue de 0.9, estando dentro del

intervalo de las especies negativas por lo tanto se depositó el 97.27% de óxidos de

plomo en la cámara anódica. Se observó una coloración negra en el ánodo debido

a estos óxidos de plomo. Por el contrario, al experimento 2 donde la cámara anódica

contenía la solución de H2SO4 se depositó tan sólo 23.8%. La explicación de esto

es debido que la membrana de nafión impide el transporte de los aniones a la

cámara de H2SO4 en el experimento 2, al contrario del experimento 1 dónde en la

cámara anódica esta la solución de PbNO3 permitiendo esta depositación de óxidos

en el ánodo, sin embargo es importante hacer notar que la depositación de plomo

en el ánodo no corresponde a con el 10% de las especies aniónicas que aparecen

en el diagrama de distribución de especies (figura 9), esto podría explicarse que

durante de depositación de los óxidos de plomo se libera ion nitrato el cual reacciona

con las otras especies de plomo convirtiéndolas en aniones.

Gráfico 7. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana

y solución de 1 M de H2SO4 en la cámara del cátodo (experimento 1) y solución (1000

ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del cátodo (experimento 2).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo

Experimento 1

Experimento 2


35

En el grafico 7 se muestra el comportamiento de la depositación del ion plomo

sobre el cátodo, observando una baja transferencia de los cationes a la cámara de

ácido sulfúrico y como se indicó anteriormente una mayor depositación de los

aniones de plomo, al invertir la posiciones de los electrodos en el experimento 2 se

logra una depositación de plomo del 76% valor que concuerda con la cantidad de

cationes que hay en la solución que concuerda con el 80% del diagrama de

distribución de especies (figura 9), esto implica que haya una transformación de

aniones a cationes debido posiblemente al potencial aplicado ya que el ion nitrato

se descompone a HNO2 liberando al ion plomo, logrando esta alta depositación de

plomo.

Gráfico 8. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en el reactor con membrana y

solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, en ambas cámaras de los experimentos.

En el grafico 8 se observa que para el experimento 2 hubo una más rápida

depositación en los cationes y en el experimento 1 fue más lenta debido a la

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Comparación de la solución ánodica (exp. 1) y solución cátodica 2 (exp. 2)

Experimento 1

Experimento 2


36

transformación de los cationes a iones, aunque fue la misma depositación en ambos

lo que vario fue la velocidad de esta depositación. En las soluciones quedó lo que

no se pudo depositar en los cátodos de cada una de las cámaras. No fue realmente

efectivo el experimento ya que las especies no pasaban atreves de la membrana es

por eso por lo que sólo se depositaban en la cámara donde se encontraba la

solución de plomo. Por lo cual se decidió no trabajar con membrana las siguientes

series en los experimentos.

3.3.2 Determinación de tiempo.

Gráfico 9. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, de una solución (1000 ppm

de Pb) de Pb(NO3)2 con respecto al tiempo, pH de 0.9 y amperaje de 0.1 (experimento

20).

El grafico 9 nos muestra es la determinación de tiempo para lograr la mayor

cantidad de plomo.

Podemos observar que a un tiempo entre 250 a 300 min se recupera

aproximadamente todo el plomo porque más adelante a los 330 min ya no varía

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Determinación de tiempo

Ánodo

Cátodo

Solución


37

significativamente la depositación. De acuerdo con estos resultados se determinó

trabajar el resto de la investigación manteniendo un tiempo de 180 min.

Esta experimentación que fue reactor sin membrana se obtuvieron resultados

parecidos a al experimento 2 en la cámara del cátodo. Por esta razón los siguientes

experimentos no se utilizó membrana.

3.3.3 Efecto del pH en la electrodepositación de Pb.

Los gráficos 10,11 y 12 muestran los resultados del comportamiento de la

electrodepositación de Pb variando el pH referente a los experimentos 21, 22 y 23,

con la adición de NaOH, y haciendo una comparación entre estos, para identificar

el pH más eficiente para trabajar.

Gráfico 10. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada ánodo, respecto con

la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y

amperaje de 0.1.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del pH en el ánodo

pH 2

pH 2.5

pH 3


38

En el grafico 10 se observa que realmente en ninguno de los tres

experimentos se depositó gran cantidad de plomo debido a que como lo hemos visto

con anterioridad al incrementar el pH hay más especies catiónicas disminuyendo

así los aniones que puedan ser depositados en el ánodo, con todo esto en el pH de

3 se logra la menor depositación en el ánodo, tan sólo 1.428%, que corresponde a

lo visto en el diagrama de distribución de especies (figura 9).

Gráfico 11. Comportamiento de la electrodepositación del Pb en el cátodo, respecto con la

variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y

amperaje de 0.1.

Se pude observar en el gráfico 11, que se logró una buena depositación en los

cátodos, siendo el de pH de 3 el más eficiente con 97.92%. esto reafirma lo que

anteriormente se discutió en las experimentaciones de borohidruro ya que a un pH

de 3 es óptimo para lograr incrementar la recuperación de plomo, ya que a este pH

las especies negativas ya no existen obteniendo una alta eficiencia en la

depositación en los cátodos.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del pH en el cátodo

pH 2

pH 2.5

pH 3


39

Los tres gráficos muestran un comportamiento muy similar, lo que cabe resaltar es

que, para un pH de 3, aumenta la recuperación y la velocidad de depositación. A

este pH ocurre una descomposición del HNO3 por lo cual ya no se forman especies

negativas. Como resultado en el cátodo obtenemos la depositación de laminillas de

Pb2+.

.

Gráfico 12. Comportamiento de la electrodepositación del Pb en cada solución, respecto

con la variación de pH de 1.07 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2

y amperaje de 0.1.

En las soluciones podemos observar en el gráfico 12 que, a un pH de 3, es donde

se obtiene el valor más bajo de plomo en solución con 0.650%, ya que todo el plomo

se depositó en el cátodo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del pH en la solución

pH 2

pH 2.5

pH 3


40

3.3.4 Efecto del amperaje en la electrodepositación de Pb.

En los experimentos 23 (0.1 A), 24 (0.15 A) y 25 (0.2 A), se realizó la comparación

de gráficos para observar el comportamiento de la electrodepositación de Pb.

Gráfico 13. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo, en una solución

(1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2,

pH de 3.

En el gráfico 13 se observa que no resta una cantidad considerable de plomo en el

ánodo debido a que se realizó a un pH de 3 dónde ya no existen complejos de plomo

negativos, además de que, al incrementar el amperaje, la respuesta es que se

depositara más rápido el plomo en el cátodo impidiendo que en el ánodo exista

algún porcentaje con valor.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del amperaje en el ánodo

Amperaje 0.1

Amperaje 0.15

Amperaje 0.2


41

Gráfico 14. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, en una solución

(1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2,

pH de 3.

Como se observa en el gráfico 14, lo que pasa en los cátodos, es que a medida que

se incrementa el amperaje si se deposita más rápidamente el plomo, pero provoca

que en esta rápida depositación no de adhiera completamente todo el plomo en el

cátodo y se observó en la experimentación que el plomo se empezaba a depositar

en el fondo del reactor en forma sólida que no se disolvía. Esto se debió a

restricciones en equipo ya que nuestras ya el área del cátodo es pequeña, por el

diseño del equipo y si se lograra incrementar esta área superficial se podría

depositar el plomo y se evitaría este problema de desprendimiento. Se encontró esa

anomalía en la experimentación.

Pero si favorece la velocidad de electrodepositación. La electrodepositación fue

rápida, pero lo que se quedó en forma solida en la solución fue una pérdida de plomo

que no se logró electrodepositar en el cátodo.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del amperaje en el cátodo

Amperaje 0.1

Amperaje 0.15

Amperaje 0.2


42

Gráfico 15. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en una solución (1000 ppm

de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15

y 0.2, y pH de 3.

El gráfico 15 muestra que en amperajes bajos se logra tener en la solución la menor

cantidad de plomo.

Al incrementar el amperaje no se logra un efecto favorable en la electrodepositación

del plomo ya que como se observa en los gráficos anteriores, al tener mayor

amperaje no favorece en la velocidad de depositación.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 50 100 150 200

% R

ecupera

ció

n

Tiempo (min)

Efecto del amperaje en la solución

Amp 0.1

Amp 0.15

Amp 0.2

BB CONCLUSIONES

43

CONCLUSIONES

• La adición NaOH diluida y controlada permite obtener las especies de plomo

de acuerdo con el diagrama de distribución de especies, determinando que

a un valor de pH de 3 se tendrá solo cationes.

• Las mejores condiciones para recuperación de plomo con NaBH4 fueron

con un pH de 3, y NaBH4 de 0.44 g obteniendo un 99.8 % de eficiencia.

• Se concluye que la cantidad de Pb en la solución no afecto la eficiencia de

reducción, si se emplea la cantidad estequiométrica de NaBH4.

• El empleo de la membrana de nafión no fue eficiente ya que no permite el

paso adecuado de los iones, por lo cual no se utilizó.

• Las mejores condiciones para la electrodepositación de plomo son a un pH

de 3 y amperaje de 0.1, obteniendo 97.92% de recuperación de plomo.

• Incrementar el amperaje no favorece la electrodepositación, obteniendo una

mayor velocidad y eficiencia de depósito a un amperaje 0.1.

BB REFERENCIAS

44

REFERENCIAS

1) http://www.meinteresa.es/salud/saturnismo

2) http:www.cienciaycaza.org/ver

3) Bray J. Leighton, Metalurgia Extractiva de los Metales no Ferrosos, Ediciones

Interciencia, Madrid (1968) 336-338.

4) Esteban M. Mihovilovic, Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y

Aplicaciones, Consejo Minero de Chile (2001) 3-9, 35-36, 618.

5) Habashi, Fathi Handbook of Extractive Metallurgy Volumen II, Editorial Wiley-

VCH, Weinheim (1997) 582-583.

6) Zbigniew Szchejguel, Metalurgia no Ferrosa, Limusa 1ª Edición, (1984) 277,

281.

7) Zarate Gutiérrez Roberto, Tesis Estudio Termodinámico de Lixiviación de un

Concentrado de Galena a Elevada Presión y Temperatura con Ácido Nítrico

IPN-ESIQIE (2007) 35-36, 41, 51.

8) Fuentes Romero María T. Tesis Precipitación de Plomo y Plata con Borohidruro de Sodio en un Medio de Ácido Nítrico IPN-ESIQIE (2004) 8-10.

http://www.cienciaycaza.org/ver

BB APÉNDICE

45

APÉNDICE

Tabla 8. Equipo de vidrio y otros que se utilizaron en las experimentaciones.

Equipo de Vidrio

Capacidad Marca

Vaso de precipitado 3 ml KIMAX

200 ml KIMAX

1 L KIMAX

Pipetas graduadas 0.5 ml MARIENFELD

1 ml MARIENFELD

3 ml MARIENFELD

20 ml PYREX

30 ml PYREX

50 ml PYREX

Vidrio de reloj - PYREX

Frascos 200 ml -

Bureta 50 ml LABTECH

Reactor 200 ml -

150 ml -

Matraces aforados 10 ml KIMAX

500 ml KIMAX

1 L KIMAX

Embudo de filtración - PYREX

Otros equipos y materiales

Espátula - HEATHROW

Papel filtro - Whatman

Pastilla magnética - Hanna Ptfe

Parrilla de Agitación - StableTemp

Electrodo de platino - -

Potenciómetro - Conductronic

Cables - -

Caimanes - -

Fuente de Poder - Metronix 417A-500

Espectrofotómetro de Absorción Atómica - Perkin Elmer 200

Balanza Analítica - AND

Membrana de nafión - -

Propipeta - BOECO

Soporte universal - -

Goteros 5 ml -

BB APÉNDICE

46

Jeringa 3 ml Plastipak

Tabla 9. Comportamiento del complejo Pb(NO3)3

-conforme la adición de NaOH,

(experimento 1).

pH Volumen (ml)

1.14 4.5

1.12 9.0

1.11 11.5

1.10 17.0

1.09 24.8

1.08 31.0

1.07 37.4

1.06 45.8

1.05 50.0

1.04 50.4

1.05 90.9

1.06 95.5

1.07 97.8

1.08 100.0

1.09 100.3

1.10 100.4

1.13 100.5

1.30 100.6

Tabla 10. Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 conforme la adición de NaOH,

(experimento 1).

pH Volumen (ml) 1.25 177.2

1.10 100.4 1.26 182.5

1.13 100.5 1.25 182.6

1.30 100.6 1.24 189.8

1.29 102.2 1.25 189.9

1.28 107.9 1.24 190.5

1.27 111.7 1.25 191.5

1.26 115.0 1.24 191.6

BB APÉNDICE

47

1.27 115.1 1.23 194.9

1.26 115.9 1.24 195.0

1.25 119.0 1.23 197.2

1.26 119.6 1.24 197.3

1.25 121.0 1.23 197.4

1.26 121.1 1.22 198.4

1.25 121.5 1.23 198.5

1.26 123.5 1.22 198.6

1.25 138.3 1.21 198.9

1.24 138.4 1.20 199.0

1.25 150.0 1.18 199.2

1.26 176.9 1.15 199.3

1.25 177.0 1.14 199.5

1.26 177.1 1.15 200.0

Tabla 11. Comportamiento del complejo PbNO3+

conforme la adición de NaOH,

(experimento 1).


1.14 203.7 1.17 245.6

1.15 203.8 1.17 247.1

1.14 204.9 1.18 248.2

1.15 205.0 1.17 250.0

1.14 205.1 1.18 256.5

1.15 205.4 1.17 256.6

1.14 205.5 1.18 258.0

1.15 207.5 1.17 259.4

1.14 207.6 1.18 259.5

1.15 208.8 1.17 259.7

1.14 208.9 1.18 259.8

1.15 209.1 1.17 260.1

1.14 209.2 1.17 260.2

1.15 209.5 1.17 261.0

1.14 209.6 1.18 261.2

1.15 209.7 1.17 261.4

1.14 209.8 1.18 266.1

1.15 211.8 1.17 267.8

BB APÉNDICE

48

1.14 211.9 1.18 271.5

1.15 212.6 1.19 271.6

1.14 212.7 1.18 279.4

1.15 213.0 1.19 279.5

1.16 217.3 1.18 281.0

1.15 219.1 1.19 282.4

1.15 221.4 1.18 283.5

1.15 221.6 1.19 284.4

1.16 224.2 1.18 284.5

1.15 224.3 1.19 285.2

1.16 224.4 1.18 286.5

1.15 227.0 1.19 286.6

1.16 228.1 1.18 293.2

1.15 228.2 1.19 294.1

1.16 229.5 1.20 300.0

Tabla 12. Comportamiento del PbOH+ y Pb(OH)2 conforme la adición de NaOH,

(experimento 1).

.


1.20 300.00 1.77 560.50

1.24 300.10 1.78 564.30

1.25 310.50 1.79 565.50

1.26 318.20 1.80 567.80

1.27 326.50 1.81 569.10

1.28 332.40 1.82 572.30

1.27 332.50 1.83 573.70

1.28 334.80 1.84 575.70

1.29 341.70 1.85 578.30

1.28 341.80 1.86 579.50

1.29 341.90 1.87 582.20

1.28 347.60 1.88 584.70

1.29 347.70 1.89 586.00

1.30 350.00 1.90 588.80

1.29 350.10 1.91 590.00

BB APÉNDICE

49

1.28 352.10 1.92 592.00

1.29 356.40 1.93 594.50

1.28 356.50 1.85 600.00

1.30 360.80 1.86 601.00

1.29 362.50 1.87 602.30

1.30 362.60 1.88 603.40

1.31 365.00 1.89 605.20

1.30 365.10 1.90 606.90

1.31 371.30 1.91 607.90

1.30 372.00 1.92 610.00

1.31 372.10 1.93 610.90

1.32 375.00 1.94 612.20

1.31 375.10 1.95 613.00

1.32 379.30 1.96 614.60

1.31 379.40 1.97 615.60

1.32 380.00 1.98 616.90

1.31 380.40 1.99 617.90

1.32 380.50 2.00 618.80

1.33 382.20 2.01 619.80

1.32 382.30 2.02 620.90

1.33 382.40 2.03 622.00

1.34 385.00 2.04 623.30

1.33 385.10 2.05 623.80

1.34 385.30 2.06 625.20

1.33 385.40 2.07 625.60

1.34 385.60 2.08 626.60

1.35 391.00 2.08 628.00

1.34 391.50 2.09 628.40

1.35 392.10 2.10 629.20

1.34 392.50 2.11 630.00

1.35 392.60 2.12 630.60

1.34 392.70 2.13 632.00

1.35 392.80 2.14 632.00

1.36 397.80 2.15 632.40

1.37 399.70 2.16 633.00

1.36 400.00 2.17 634.00

1.37 403.00 2.18 634.40

1.36 403.50 2.19 635.20

BB APÉNDICE

50

1.37 404.20 2.20 635.80

1.38 406.00 2.21 636.80

1.37 406.10 2.22 637.20

1.38 409.00 2.24 637.50

1.37 409.80 2.25 639.00

1.38 409.90 2.26 639.50

1.39 412.70 2.27 640.30

1.38 413.80 2.28 640.70

1.39 414.30 2.29 640.80

1.38 414.40 2.30 642.00

1.39 414.50 2.32 642.80

1.38 417.10 2.33 643.00

1.39 417.20 2.34 644.00

1.40 422.30 2.37 644.30

1.39 422.40 2.36 644.70

1.40 423.90 2.37 645.50

1.39 424.50 2.38 645.80

1.40 424.60 2.39 646.00

1.39 427.90 2.40 646.50

1.40 428.00 2.41 646.90

1.41 430.00 2.42 647.40

1.40 430.10 2.47 647.80

1.41 431.00 2.44 648.00

1.40 433.10 2.45 648.30

1.41 433.20 2.47 649.00

1.42 435.60 2.48 649.50

1.42 436.10 2.50 650.00

1.42 436.20 2.52 651.00

1.43 440.60 2.55 651.50

1.42 440.70 2.60 652.30

1.43 441.40 2.64 654.20

1.42 441.60 2.69 655.00

1.43 441.70 2.71 656.80

1.44 445.90 2.79 658.00

1.43 446.00 2.89 658.60

1.44 446.20 2.97 660.00

1.43 447.20 3.00 661.00

1.44 447.30 3.12 661.40

BB APÉNDICE

51

1.43 448.60 3.17 662.00

1.44 450.00 3.30 663.20

1.43 450.20 3.88 665.00

1.44 452.10 5.30 666.00

1.43 453.50 5.50 666.50

1.44 453.80 5.61 667.00

1.45 454.90 5.72 668.00

1.44 455.00 5.90 669.00

1.45 455.10 5.95 669.50

1.44 456.50 5.96 670.00

1.45 456.60 6.03 670.30

1.44 456.70 6.16 670.80

1.45 457.60 6.24 671.00

1.44 457.70 6.48 671.50

1.45 457.80 6.73 672.00

1.44 457.90 7.06 672.50

1.45 459.10 7.08 673.00

1.46 460.00 7.14 673.30

1.47 461.60 7.25 673.50

1.46 461.70 7.33 674.00

1.47 461.80 7.60 675.00

1.46 462.00 7.85 676.00

1.47 463.60 8.01 676.50

1.46 464.00 8.81 677.00

1.47 464.20 9.47 677.50

1.48 465.30 9.78 678.00

1.47 465.80 10.13 679.00

1.48 466.80 10.32 679.50

1.47 468.30 10.38 680.00

1.48 468.40 10.47 680.50

1.49 469.60 10.57 681.00

1.50 470.00 10.61 681.50

1.49 470.80 10.65 682.00

1.50 472.40 10.71 682.50

1.49 472.50 10.75 683.00

1.48 473.50 10.80 683.50

1.49 474.90 10.83 684.00

1.49 472.50 10.88 684.50

BB APÉNDICE

52

1.48 473.50 10.89 685.00

1.49 474.90 10.92 685.50

1.48 475.00 10.94 686.00

1.47 475.90 10.97 686.50

1.48 476.60 11.00 687.00

1.49 478.20 11.01 687.50

1.48 479.00 11.06 688.00

1.49 479.40 11.05 688.50

1.48 480.80 11.06 689.00

1.49 481.70 11.08 690.00

1.50 484.50 11.09 690.50

1.52 485.00 11.10 691.00

1.51 485.60 11.12 691.40

1.52 485.70 11.13 692.30

1.51 486.50 11.14 692.80

1.52 487.20 11.15 693.00

1.53 488.00 11.16 694.00

1.52 488.10 11.17 694.50

1.53 489.30 11.18 695.50

1.52 490.00 11.19 696.00

1.51 490.50 11.20 697.00

1.52 491.00 11.21 697.80

1.53 492.60 11.22 698.60

1.52 493.60 11.23 700.00

1.53 494.20 11.24 701.00

1.54 495.30 11.26 705.00

1.53 496.00 11.27 706.00

1.54 496.10 11.28 707.70

1.55 500.00 11.29 709.00

1.56 501.00 11.30 709.80

1.57 505.00 11.31 712.00

1.58 507.60 11.33 714.00

1.59 510.40 11.34 716.40

1.58 512.00 11.36 718.70

1.59 512.10 11.37 721.20

1.58 513.30 11.38 721.40

1.59 513.40 11.39 722.40

1.60 516.00 11.40 724.40

BB APÉNDICE

53

1.61 519.30 11.41 726.00

1.60 519.40 11.42 728.70

1.61 520.20 11.43 730.80

1.62 524.00 11.44 732.20

1.63 527.20 11.45 734.50

1.64 529.70 11.46 738.30

1.65 533.10 11.47 741.70

1.66 537.00 11.48 743.40

1.67 539.20 11.49 746.00

1.68 542.40 11.50 750.00

1.69 545.40 11.51 765.00

1.68 545.50 11.52 770.00

1.69 546.50 11.53 773.00

1.70 550.00 11.54 774.50

1.71 550.20 11.55 777.40

1.72 551.30 11.56 779.80

1.71 551.40 11.57 783.40

1.72 553.30 11.58 788.00

1.73 554.20 11.59 793.00

1.74 556.00 11.60 797.00

1.75 557.10 11.61 800.00

Tabla 13. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre

el electrodo de la cámara anódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 18).

ÁNODO

Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)

30 4.114 41.140

60 2.227 63.410

90 1.258 75.990

120 1.108 87.070

150 1.020 97.270

180 0.000 97.270

BB APÉNDICE

54

Tabla 14. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre

el electrodo de la cámara catódica con una solución de H2SO4, (experimento 18).

CÁTODO


30 0.190 1.900

60 0.151 3.410

90 0.000 3.410

120 0.000 3.410

150 0.000 3.410

180 0.000 3.410

Tabla 15. Resultados en la solución anódica, (experimento 18).

SOLUCIÓN ÁNODO

Tiempo (min) Concentración (mg/L)

30 2.207

60 1.056

90 1.366

120 1.189

150 0.000

180 0.000

Tabla 16. Resultados en la solución catódica, (experimento 18).

SOLUCIÓN CÁTODO


30 0.197

60 0.137

90 0.000

120 0.000

150 0.000

180 0.000

BB APÉNDICE

55

Tabla 17. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con

membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de H2SO4,

(experimento 19).

ÁNODO


30 1.200 12.000

60 1.070 22.700

90 0.110 23.800

120 0.000 23.800

150 0.000 23.800

180 0.000 23.800

Tabla 18. Resultados de la electrodepositación de Pb en un reactor con

membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con solución de Pb(NO3)2,

(experimento 19).

CÁTODO


30 3.690 36.900

60 2.430 61.200

90 1.080 72.000

120 0.410 76.100

150 0.000 76.100

180 0.000 76.100

Tabla 19. Resultados en la solución anódica, (experimento 19).

SOLUCIÓN ÁNODO


30 0.000

60 0.000

90 0.000

120 0.000

150 0.000

180 0.000

BB APÉNDICE

56

Tabla 20. Resultados en la solución catódica, (experimento 19).

SOLUCIÓN CÁTODO


30 5.110

60 1.610

90 0.420

120 0.010

150 0.010

180 0.010

Tabla 21. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb,

reflejados en el ánodo (experimento 20).

ÁNODO


30 6.976 4.651

60 4.969 7.963

90 2.634 9.719

120 1.523 10.735

150 1.137 11.493

180 1.270 12.339

210 1.034 13.029

240 0.000 13.029

270 0.000 13.029

300 0.000 13.029

330 0.000 13.029

360 0.000 13.029

390 0.000 13.029

BB APÉNDICE

57

Tabla 22. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación del Pb,

reflejados en el cátodo (experimento 20).

CÁTODO


30 9.891 9.891

60 9.253 19.144

90 6.049 25.193

120 6.950 32.143

150 4.840 36.983

180 2.781 39.764

210 2.504 42.268

240 1.307 43.575

270 1.270 44.845

300 1.114 45.959

330 1.870 47.829

360 1.020 48.849

390 0.000 48.849

Tabla 23. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación del Pb,

reflejados en la solución (experimento 20).

SOLUCIÓN


30 12.4699

60 10.6366

90 9.4842

120 8.2132

150 7.3167

180 6.7090

210 6.3334

240 6.1374

270 5.9469

300 5.7798

330 5.4993

360 5.3463

390 5.3463

BB APÉNDICE

58

Tabla 24. Valores obtenidos en un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb, en el

ánodo (experimento 21).

ÁNODO


30 2.476 1.651

60 2.232 3.139

90 2.019 4.485

120 1.984 5.807

150 1.116 6.551

180 0.065 6.595

Tabla 25. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en el

cátodo (experimento 21).

CÁTODO


30 39.328 26.219

60 26.735 44.042

90 24.132 60.130

120 13.968 69.442

150 7.877 74.693

180 1.180 75.480

Tabla 26. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en la

solución (experimento 21).

SOLUCIÓN


30 7.210

60 5.300

90 3.540

120 2.475

150 1.875

180 1.792

BB APÉNDICE

59

Tabla 27. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en

el ánodo (experimento 22).

ÁNODO


30 3.780 2.520

60 2.047 3.885

90 1.483 4.873

120 0.843 5.435

150 0.053 5.471

180 0.000 5.471


el cátodo (experimento 22).

CÁTODO


30 48.188 32.125

60 35.665 55.902

90 24.381 72.156

120 12.738 80.648

150 1.605 81.718

180 0.211 81.859


la solución (experimento 22).

SOLUCIÓN


30 6.540

60 4.021

90 2.297

120 1.391

150 1.281

180 1.270

BB APÉNDICE

60


el ánodo (experimento 23).

ÁNODO


30 1.102 0.735

60 1.040 1.428

90 0.000 1.428

120 0.000 1.428

150 0.000 1.428

180 0.000 1.428


el cátodo (experimento 23).

CÁTODO


30 51.000 34.000

60 36.703 58.469

90 28.662 77.577

120 22.778 92.762

150 7.679 97.881

180 0.060 97.921


la solución (experimento 23).

SOLUCIÓN


30 6.526

60 4.010

90 2.100

120 0.581

150 0.069

180 0.065

BB APÉNDICE

61

Tabla 33. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositacón de Pb

en el ánodo (experimento 24).

ÁNODO


30 1.020 0.680

60 0.310 0.887

90 0.040 0.913

120 0.000 0.913

150 0.000 0.913

180 0.000 0.913


en el cátodo (experimento 24).

CÁTODO


30 48.000 32.000

60 36.000 54.667

90 28.680 65.787

120 17.322 72.668

150 8.084 78.057

180 0.000 78.057


en la solución (experimento 24).

SOLUCIÓN


30 6.732

60 4.318

90 2.397

120 1.242

150 0.703

180 0.703

BB APÉNDICE

62


en el ánodo (experimento 25).

ÁNODO

Tiempo (min) Concentración (mg/l) Recuperación (%)

30 0.200 0.133

60 0.031 0.154

90 0.024 0.170

120 0.000 0.170

150 0.000 0.170

180 0.000 0.170


en el cátodo (experimento 25).

CÁTODO

Tiempo (min) Concentración (mg/l) Recuperación (%)

30 31.500 21.000

60 27.450 39.300

90 23.613 55.042

120 17.640 66.802

150 7.092 71.530

180 0.820 72.077


en la solución (experimento 25).

SOLUCIÓN

Tiempo (min) Concentración (mg/l)

30 7.890

60 6.054

90 4.478

120 3.303

150 2.830

180 2.770

BB APÉNDICE

63

Tabla 39. Cálculos estequiométricos preparar 1L de solución 1, 0.5 M HNO3

y gramos de Pb(NO3)2 necesarios.

Condiciones Cálculo

• Para 1 g de Pb

• Concentración: 0.5 M HNO3

• Densidad: 1.51 g

HNO3

• Pureza: 69% HNO3

• Para aforar a 1L de agua desionizada

• PM HNO3: 63g

• P.M. Pb(NO3)2:

331g/mol

• P.M. Pb: 207g/mol

1L (0.5 mol HNO3

1 L) (

63g HNO3

1 mol HNO3

) (100 HNO3

69 HNO3

) (1 ml HNO3

1.51g HNO3

)

= 30.23 ml HNO3

Para 1g de Pb=331g/mol Pb(NO

3)2

207g/mol Pb=1.59g Pb(NO3)

2

Tabla 40. Cálculo para preparar la solución 3 de NaBH4.


• P.M. Pb(NO3)2: 331g

• P.M. NaBH4: 37.88 g/mol

1.59g Pb(NO3)2

331 g/mol Pb(NO3)2

=4.80x10-3

mol

(4.80x10-3

mol)(2.4) =0.012 mol

(0.012 mol)(37.88 g/mol NaBH4)= 0.44 g NaBH4

BB APÉNDICE

64

Tabla 41. Cálculos estequiométricos para preparar una solución 4, 1 M de H2SO4.


• Concentración: 1 M

• Densidad: 1.84g

• Pureza: 98% H2SO4

• Para aforar a

500 ml de agua

desionizada

500 ml (1 L

1000 ml) (

1 mol H2SO4

1 L) (

98g H2SO4

1 mol H2SO4

) (100 H2SO4

98 H2SO4

) (1 ml

1.84g H2SO4

)

= 27.17 ml H2SO4

Cálculo para las cinco muestras de efecto en la concentración de Pb, para los

experimentos (3,10,11,12, y 13).

a. 1g de Pb= (1)(0.318)=1.59g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada

b. 2g de Pb= (2)(0.318)=3.18g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada

c. 3g de Pb= (3)(0.318)=4.77g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada

d. 4g de Pb= (4)(0.318)= 6.36g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada

e. 5g de Pb= (5)(0.318)=7.95g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada

Cálculo de la cantidad de Borohidruro de Sodio necesarios para los experimentos

(3,10,11,12, y 13).

a. 1g de Pb=(1)(0.44)= 0.44g NaBH4

b. 2g de Pb=(2)(0.44)= 0.88g NaBH4

c. 3g de Pb=(3)(0.44)=1.32g NaBH4

d. 4g de Pb=(4)(0.44)=1.76g NaBH4

e. 5g de Pb=(5)(0.44)=2.2g NaBH4

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