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Influencia de la concentración de H2O2, Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn del drenaje ácido de mina

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Academic year: 2020

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. ta. l. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. ría. Am bi. en. ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL. INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN DE H2O2, Ca(OH)2 Y. ie. NaOH EN LA REMOCIÓN DE Mn DEL DRENAJE ÁCIDO DE. en. MINA.. In g. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN APLICADA PARA OPTAR EL TÍTULO DE:. Autor(es):. ca. de. INGENIERO AMBIENTAL. Br. ALAYO VILLANUEVA BILMAR ARNULFO. Bi b. lio te. Br. LOJE REZKALA MARÍA DE FÁTIMA. Asesor: Dr. Aguilar Quiroz, Croswel Eduardo. TRUJILLO – PERÚ 2017. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Am bi. en. ta. l. JURADO CALIFICADOR. ________________________. Dr. Medardo Alberto Quezada Álvarez. In g. en. ie. ría. Presidente. ________________________. Secretario. Bi b. lio te. ca. de. Ms. Walter Moreno Eustaquio. __________________________. Dr. Croswel Eduardo Aguilar Quiroz Asesor. I Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. l. ÍNDICE DE CONTENIDO. ta. JURADO CALIFICADOR ............................................................................................... I. en. DEDICATORIA ............................................................................................................VI DEDICATORIA ...........................................................................................................VII. Am bi. AGRADECIMIENTO ..................................................................................................VIII RESUMEN ...................................................................................................................IX ABSTRACT...................................................................................................................X. CAPÍTULO I .................................................................................................................. 1 INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1 CAPÍTULO II ............................................................................................................... 11 2.1. ría. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................... 11 Equipos, Materiales y Reactivos................................................................ 11 Equipos. ................................................................................................ 11. 2.1.2.. Materiales. ............................................................................................. 11. 2.1.3.. Reactivos. .............................................................................................. 12. en. ie. 2.1.1.. Metodología del trabajo ............................................................................. 12. 2.3. Procedimiento Experimental...................................................................... 13. In g. 2.2 2.3.1.. Toma de muestra:.................................................................................. 13. 2.3.2.. Caracterización fisicoquímica del drenaje ácido de mina: ...................... 13. 2.4. de. 2.3.3. Tratamiento con H2O2, precipitación y neutralización con Ca(OH)2 y NaOH. 13 Diseño experimental:................................................................................. 14. ca. CAPÍTULO III .............................................................................................................. 15 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 15. lio te. 3.1. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+ del drenaje ácido de mina. ................................................................................... 15 3.2.. Influencia de la concentración de H2O2 en presencia de Ca(OH)2. ............ 20. Bi b. 3.3. Influencia de la concentración de H2O2 en la remoción de Mn2+ usando NaOH. ................................................................................................................. 25 3.4.. Remoción de Mn2+ en el tiempo. ............................................................... 26. CAPÍTULO IV ............................................................................................................. 28 CONCLUSIONES.................................................................................................... 28. CAPÍTULO V .............................................................................................................. 29 RECOMENDACIONES ........................................................................................... 29 II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO VI ............................................................................................................. 30 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 30 CAPÍTULO VII ............................................................................................................ 35. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Am bi. en. ta. l. ANEXOS ................................................................................................................. 35. III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. ta. l. Tabla 01. Comparación de las diferentes tecnologías de remoción de Mn 2+ en aguas residuales ..................................................................................................................... 5. en. Tabla 02. Caracterización del drenaje ácido de mina .................................................. 15. Tabla 03. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH) 2 y pH en la remoción de. Am bi. Mn2+. ........................................................................................................................... 35. Tabla 04. Influencia de la velocidad de agitación en la remoción de Mn 2+ usando NaOH y Ca(OH)2 ................................................................................................................... 35 Tabla 05. Influencia de la concentración del NaOH, Ca(OH)2, H2O2 y pH en la remoción de Mn2+. ...................................................................................................................... 36. ría. Tabla 06. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a diferentes concentraciones de Ca(OH)2. ..................................................................... 36 Tabla 07. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando Ca(OH)2 y H2O2. ........................... 37. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. Tabla 08. Remoción de Mn2+ en el tiempo usando NaOH y H2O2. .............................. 37. IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS. ta. l. Figura 01. Modelo para la oxidación de la pirita. ........................................................... 2. Figura 02. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn - H2O. ........................................ 7. en. Figura 03. Influencia de la concentración de Ca(OH) 2 y NaOH en la remoción de Mn 2+. ................................................................................................................................... 16. Am bi. Figura 04. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en el pH final del DAM tratado. ....................................................................................................................... 17 Figura 05. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn – Al – Fe –S – H2O .................. 18 Figura 06. Influencia de la agitación en la remoción del DAM tratado. ........................ 19. Figura 07. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con Ca(OH)2. ría. a diferente pH. ............................................................................................................ 21 Figura 08. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con Ca(OH)2 a diferentes concentraciones. ....................................................................... 22. ie. Figura 09. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a. en. diferentes concentraciones de Ca(OH)2. ..................................................................... 23 Figura 10. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con NaOH a diferentes concentraciones. ........................................................................................ 25. In g. Figura 11. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con NaOH a diferentes concentraciones ...................................................................................... 26. Bi b. lio te. ca. de. Figura 12. Remoción de Mn2+ en el tiempo ................................................................. 27. V Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ta. A Dios, por guiar mi camino y por permitir que este trabajo se haya realizado.. l. DEDICATORIA. en. A mis padres quienes me han brindado su apoyo emocional y financiero.. A las personas quienes han contribuido en la realización de esta investigación,. en. ie. ría. Am bi. en mi desarrollo personal y profesional.. Bi b. lio te. ca. de. In g. Alayo Villanueva, Bilmar Arnulfo. VI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. l. A Dios, por regalarme la vida y permitirme vivir este momento tan importante.. ta. Por los triunfos y momentos difíciles que me han dado la fortaleza para seguir. en. adelante.. A mis padres, María y Luis, por su apoyo incondicional a lo largo de mi formación. Am bi. tanto personal como profesional, sin ellos este logro no sería posible. Asimismo, por su motivación y consejos que han sabido guiarme a lo largo de la vida. A mi abuelita, Iris, por su entrega y cariño que me brinda día a día.. A mi asesor, Croswel Aguilar Quiroz, por sus enseñanzas y conocimientos. Loje Rezkala, María de Fátima. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. impartidos en este recorrido.. VII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. AGRADECIMIENTO. ta. l. A nuestra familia, por darnos todo su apoyo y querernos sobre toda las cosas.. en. Un agradecimiento especial a nuestro asesor, Dr. Croswel Eduardo Aguilar Quiroz, por habernos guiado en toda la elaboración y por sus valiosos consejos. Am bi. para culminar esta tesis.. Al técnico del laboratorio de Catálisis, Jorge Alcántara Castillo, por facilitarnos. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. las herramientas necesarias para el desarrollo de este proyecto.. VIII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN Se estudió la influencia de H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn 2+. ta. l. de drenaje ácido de mina usando Ca(OH) 2 y NaOH como modificador de pH. Los experimentos se desarrollaron a una velocidad de agitación de 800 rpm durante. en. 5 minutos y con un tiempo de sedimentación de 30 minutos a condiciones. ambientales. Los resultados indican que el H2O2 incrementa la remoción de Mn2+. Am bi. para una concentración de 180 mg/L de H2O2, sin embargo a concentraciones mayores a 180 mg/L la remoción de Mn2+ disminuye. Se alcanza una remoción de Mn2+ cercana al 100% usando H2O2 para una concentración de 1.83 g/L de Ca(OH)2, 1.85 g/L de NaOH y pH cercano a 8.. ría. Palabras clave: remoción de Mn2+, H2O2, drenaje ácido de mina, precipitación. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. oxidativa.. IX Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT The influence of H2O2 as an oxidizing agent on the removal of Mn2+ from acid. ta. l. mine drainage was studied using Ca(OH) 2 and NaOH as a pH modifier. The experiments were stirring speed at 800 rpm for 5 minutes and a settling time of. en. 30 minutes at ambient conditions. The results indicate that H2O2 increases the removal of Mn2+ at a concentration of 180 mg/L H2O2, however at concentrations. Am bi. higher than 180 mg/L, the removal of Mn 2+ decreases. A near 100% Mn2+ removal. was achieved using H2O2 for a concentration of 1.83 g/L Ca(OH)2, 1.85 g/L NaOH and pH close to 8.. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Keywords: removal of Mn2+, H2O2, Acid mine drainage, oxidative precipitation.. X Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO I. l. INTRODUCCIÓN. ta. La Minería representa en el Perú más del 50% de las divisas, el 20% de la de. la. inversión. extranjera,. entre. otros. en. recaudación fiscal, el 11% del Producto Bruto Interno, siendo la mayor parte destacados. factores. Am bi. macroeconómicos (J. Vargas, 2015). Sin embargo, esta ocasiona importantes impactos ambientales sobre nuestros recursos vitales,. especialmente la formación de soluciones ácidas cargadas con metales pesados provenientes de minerales presentes en el entorno, más conocidos como drenaje ácido de mina (DAM) o drenaje ácido de roca, los. ría. cuales son clasificados por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) como una de las tres mayores amenazas contra la seguridad. ie. ecológica en el mundo (B. Dold et al., 2009).. resultado. de. la. en. La principal causa del DAM es la oxidación de la Pirita (FeS2) como exposición. de. minerales. al. oxígeno,. agua. y. In g. microorganismos (R. Freitas et al., 2013). A pesar que, este fenómeno ocurre naturalmente, las actividades mineras aceleran este proceso de generación debido a la exposición al medio ambiente de gran cantidad de. de. minerales (R. Freitas et al., 2013). Esto ocurre en sitios mineros tanto abandonados como en operación, túneles de minería, minas a tajo abierto, relaves mineros y desmonteras. Este proceso se acentúa en lugares. ca. húmedos y con altas precipitaciones (A. Akcil et al., 2005; G. Simate & S.. Bi b. lio te. Ndlovu, 2014).. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El proceso de oxidación de la pirita se presenta en la figura 01. 2-. + S2. l. 2+. ta. Fe. 2-. SO4. + Fe O. 2+. +. + H. 2. FeS2 3+. Am bi. FeS2 + O2 + H2O →. en. O2. +. Fe + H2O ↔ Fe(OH)3 + H Figura 01. Modelo para la oxidación de la pirita.. ría. Fuente: G. Simate & S. Ndlovu, 2014. El DAM plantea un grave problema de contaminación para las actuales y. ie. futuras generaciones, especialmente debido a su bajo pH, altas. en. concentraciones de metales pesados (potencialmente tóxicos), metaloides y sulfatos (K. Kefeni et al., 2017). Debido a su bajo pH, el DAM interactúa. In g. con las rocas que contienen diferentes tipos de minerales provocando fácilmente la solubilidad de metales pesados (K. Kefeni et al., 2017). Entre los metales pesados se tiene al Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr),. de. Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Níquel (Ni), Plomo (Pb) y Zinc (Zn), los cuales tienen el potencial de convertirse en mayores fuentes de contaminación y con frecuencia pueden ser extremadamente perjudiciales. ca. en ambientes acuáticos y el suelo (T. Chen et al., 2014).. lio te. El DAM es tóxico, destruye ecosistemas, corroe infraestructuras y contamina el agua dulce en lugares donde ya es escaso este recurso. Su toxicidad se debe a la presencia de metales pesados los cuales tienen la. Bi b. capacidad de persistir en ecosistemas naturales por un largo periodo. Además, tienen la capacidad para acumularse en los diferentes niveles de la cadena biológica, por lo tanto, causan enfermedades agudas y crónicas. En general, la toxicidad de los metales pesados resulta de la disrupción de funciones metabólicas de dos formas: primero se acumulan en órganos y 2. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. glándulas vitales como el corazón, cerebro, riñones, huesos, hígado, donde interrumpen sus funciones importantes y posteriormente inhiben la absorción e interfieren o desplazan de su lugar de origen a los minerales. ta. l. nutricionales vitales, por lo que dificulta sus funciones biológicas (G. Simate. en. & S. Ndlovu, 2014).. En organismos acuáticos, los metales pesados se acumulan directamente. Am bi. e indirectamente del agua contaminada a la cadena trófica induciéndoles a un estrés oxidativo severo. La exposición aguda (corto plazo, alta concentración) puede matar directamente a los organismos acuáticos. Una exposición continua (largo plazo, baja concentración) puede causar efectos no letales como retraso en el crecimiento, disminución de la capacidad. ría. reproductiva, deformidades, lesiones y la muerte (G. Simate & S. Ndlovu,. ie. 2014).. en. Uno de los metales presentes en el DAM es el Mn el cual no se encuentra como metal en su forma natural, sin embargo, es un componente de más. In g. de 100 minerales como Dióxido de Manganeso, Carbonato de Manganeso y Silicato de Manganeso, las cuales son las formas más comunes. Su estado de oxidación en medio acuoso más común es Mn 2+ a pH entre 4-7,. de. pero se puede encontrar en estados de oxidación más elevados a pH más altos o como resultado de la oxidación microbiana. (S. Deepti et al., 2015).. ca. El Mn es uno de los oligoelementos indispensable para la vida, los organismos lo utilizan para la fabricación de enzimas, metabolismo de las. lio te. plantas y la fotosíntesis. A pesar de ser un elemento esencial para la vida, el Mn en exceso puede unirse al ADN y actuar como agente mutágeno, especialmente en las células eucariotas (F. Castillo et al., 2005). La. Bi b. presencia de Mn2+ en el agua de consumo podría conducir a su bioacumulación y la inhalación en niveles elevados puede dañar el sistema nervioso causando ataxia, demencia, ansiedad, manganismo (enfermedad muy parecida al Parkinson) (S. Deepti et al., 2015), también está asociado con efectos reproductivos y de desarrollo. Se han reportado casos de alteración de la fertilidad, impotencia y libido en trabajadores hombres que 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. presentan síntomas de Manganismo y sugieren que la alteración de la función sexual en varones puede ser una de las manifestaciones clínicas. ta. l. más tempranas de la toxicidad del Mn (D. Milatovic et al., 2011). Por estos efectos en la Salud y Medio Ambiente, diversas entidades como. en. la Organización Mundial de la Salud (OMS), EPA, La Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA) han establecido un límite máximo permisible. Am bi. (LMP) de Mn en agua de consumo 0.4 mg/L (OMS, 2008), 0.05 mg/L (EPA,. 2016) y 0.4 mg/L (DIGESA, 2010), respectivamente. Del mismo modo, se ha establecido en algunos países un LMP para las descargas en cuerpos de agua dulce, entre ellos, la norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes de Ecuador que establece un límite máximo permisible de 2 mg/L. ría. (Ministerio del Ambiente de Ecuador, 2015). En el Perú, el Mn aún no está dentro de los LMP para efluentes mineros (DS N° 010-2010-MINAM), sin. ie. embargo sí se encuentra dentro de los estándares de calidad ambiental. en. para agua siendo de 0.1 mg/L para categoría 1 y 0.2 mg/L para categoría 3. In g. (DS N° 015 -2015-MINAM).. Las técnicas que se aplican para la remoción de Mn2+ en aguas residuales generalmente son: precipitación química (precipitación con hidróxidos, con. carbonatos. y. precipitación. con. sulfuros),. de. precipitación. coagulación/floculación, flotación, intercambio iónico, oxidación/filtración, tratamiento electroquímico, adsorción con carbón activado, adsorbentes. ca. (naturales y polímeros) y filtración por membranas (W. Zhang & C. Cheng, 2007). Las ventajas y desventajas de los diferentes métodos se presentan. Bi b. lio te. en la tabla 01.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Ventajas. Desventajas. ta. Tipo de tratamiento. l. Tabla 01. Comparación de las diferentes tecnologías de remoción de Mn2+ en aguas residuales..  Generación de lodos.  Método ampliamente usado.. en.  Bajo costo de inversión.. para la disposición final.  Operación simple.. de lodos.. Am bi. Precipitación química.  Costo operacional extra.  Requiere de un pH alto.  Producción de lodos.. Coagulación/floculación.  Mejora la estabilidad y el asentamiento de lodos..  Costo operacional extra para la disposición final. ría. de lodos..  Bajo costo de operación. Flotación.  Bajos periodos de retención.. In g. en. ie.  Alta selectividad del metal..  No genera lodos..  Puede ser usado para sistemas diluidos.. ca. intercambio iónico son adecuadas para la remoción de Mn.  Alto costo de capital.  Solo usado para.  Bajo costo de operación.. debido a su obstrucción..  Fácil control y amigable con el Medio Ambiente..  La regeneración de las resinas causa una contaminación secundaria.. lio te Bi b.  No todas las resinas de. pequeñas trazas de Mn.  Alta eficiencia energética.. Oxidación/filtración. mantenimiento..  Bajo tiempo de operación.. de. Intercambio iónico.  Alto costo de.  No se puede usar a gran escala.  El agente oxidante es  La mayoría de sistemas de tratamiento de Fe y Mn emplean este método.. difícil de almacenar y transportar.  Degradación de las.  Método de bajo costo.. partes del sistema debido a la corrosión.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  No requerimiento de electricidad y es adecuado para zonas rurales.  Requiere baja cantidad de.  Alto consumo de. l.  Alto costo de capital.. químicos.. energía.. ta. electroquímico.  Método rápido.. en. Tratamiento.  Alto costo del carbón. Am bi. activado..  Método efectivo y económico..  Ofrece flexibilidad en el diseño y Adsorción. operación..  Alta calidad del efluente tratado. adsorbente.. una pobre capacidad de adsorción..  Baja relación eficiencia/ costo.. en. ie.  Baja efectividad para. In g.  Alta eficiencia.. Membrana de filtración. y/o bajo costo muestran. ría.  Es posible la regeneración del.  Adsorbentes naturales.  No necesita sustancias químicas.. de.  No produce desechos sólidos.. altas concentraciones de metal..  Alto costo operacional.  Propenso a la obstrucción de las membranas.  Aplicable para caudales bajos.. ca. Fuente: S. Deepti et al., 2015.. Una de las alternativas de bajo costo y ampliamente usadas para la. lio te. remoción de Mn2+ de DAM es la precipitación química (Cal hidratada, hidróxido de Sodio, Carbonatos, Soda Cáustica) (S. Deepti et al., 2015; A.. Bi b. Akcil et al., 2005). Sin embargo, su efectividad está limitada por el elevado pH (>9) que se requiere para remover el Mn (J. Skousen et al., 2000), la alta solubilidad del Mn2+ en un amplio rango de pH (A. Aguiar et al., 2010), la compleja composición química del efluente y el tratamiento adicional que requiere el efluente para disminuir el pH para cumplir con la normativa ambiental (R. Freitas et al., 2013). 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Una variante de uso de esta alternativa es la precipitación oxidativa que según R. Freitas et al., 2013 ofrece una mayor selectividad en la remoción. ta. l. de Mn2+ como MnO2/Mn2O3 sobre otros metales en un rango de pH de 3-6 (S. Deepti et al., 2015). El Mn2+ reacciona con el oxígeno del agente. en. oxidante formando un precipitado coloidal (MnO2/Mn2O3), el cual es separado por procesos de sedimentación o filtración. Esta reacción. Am bi. depende del pH y potencial rédox y es altamente favorable en condiciones. de alto potencial redox y pH mayor a 7 según el diagrama de Pourbaix para. ca. de. In g. en. ie. ría. Mn (figura 02) (R. Freitas et al., 2013).. lio te. Figura 02. Diagrama de Pourbaix para el sistema Mn - H2O. Fuente: R. Freitas et al., 2013.. Investigaciones más resaltantes para remover Mn 2+ de solución acuosa. Bi b. mediante proceso de precipitación química y precipitación oxidativa son: Aguiar A. et al., 2010, estudiaron la optimización de la remoción de Mn2+. de DAM proveniente de una mina de uranio en Brasil, usando cal, caliza y residuos de MnO4 con la finalidad de cumplir con los niveles de Mn 2+ permitidos y reducir la cantidad de lodo generado durante el tratamiento. Los resultados obtenidos muestran que la cal y la caliza son efectivos en la 7. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. remoción de Mn2+, pero requieren un alto pH (>10). El volumen de precipitado generado por la adición de cal fue un 50 % más pequeño que cuando se usó la caliza. El uso de residuos de MnO4 permitió la remoción. ta. l. de casi el 100 % de Mn2+ mediante adsorción, la concentración de Mn2+ fue. reducida de 140 mg/L a menos de 1 mg/L con un pH cercano a neutro (6.8-. en. 7.2).. Am bi. Cesar L. et al., 2010, realizaron un estudio preliminar de la precipitación de. Mn2+ por oxidación con Ácido Peroximonosulfúrico (H 2SO5) y H2O2 de una solución artificial de 1.2 g/L de Mn2+ para lograr una concentración final de Mn2+ menor a 1 mg/L en un rango de pH de 5-9. Se encontró que la adición de Carbonato de Sodio al H2SO5 o H2O2 hizo posible la reducción de Mn2+. ría. de 1.2 g/L a menos de 1 mg/L en un tiempo de reacción de 60 minutos y 25°C a un pH ≥ 5 usando H2SO5 y pH = 9 usando H2O2. En comparación. ie. con la simple precipitación con hidróxido bajo las mismas condiciones a pH. en. = 9, la concentración más baja de Mn2+ fue de 165 mg/L.. In g. Chen T. et al., 2014, estudiaron la recuperación de Fe, Cu, Zn y Mn de DAM por precipitación selectiva. En primer lugar, oxidaron el ion ferroso (Fe2+) con 0.15 ml/L de Peróxido de Hidrógeno (H2O2) para luego realizar. de. una precipitación selectiva adicionando soluciones de Ca(OH) 2 y NaS. El contenido de Fe, Cu, Zn y Mn en los lodos fue de 45.91 %,11.58 %, 31.06 % y 7.95 %, respectivamente y la eficiencia de recuperación de Fe, Cu, Zn. ca. y Mn proveniente del DAM fue de 99.51 %, 86.09 %, 87.87 % y 79.71 %,. lio te. respectivamente. Freitas R. et al., 2013, investigaron la eficiencia del uso de KMnO 4 en la remoción de Mn2+ de DAM. Las muestras de DAM fueron tomadas de una. Bi b. mina inactiva de uranio en Brasil, las cuales fueron caracterizadas químicamente y tratadas con KMnO4 a pH 3.0, 5.0 y 7.0. Los resultados indican que el Mn2+ fue rápidamente oxidado por el KMnO4 en un tiempo de reacción de 4 minutos. Este proceso mejora con el incremento del pH. Se logró una tasa de remoción del 99 % a pH 7.0 y el agua tratada presentó niveles de Mn2+ por debajo de 1.0 mg/L. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Mancingova E. y Luptakova A., 2012, estudiaron la optimización del proceso de precipitación selectiva y secuencial (PSS) en dos etapas. ta. l. (química y biológica), para la recuperación de Fe, Al, Zn y Mn de DAM en Eslovaquia. La precipitación selectiva de Fe y Al obtuvo una eficiencia de. en. más del 99 % y el Mn con una eficiencia de 72 % usando una solución de. NaOH a pH mayor a 9. El Cu y Zn lograron precipitarse con una eficiencia. Am bi. del 99 % usando sulfuro de hidrógeno producido por bacterias reductoras. de sulfato. La combinación de la precipitación química y el sulfuro de hidrógeno producido biológicamente permitieron la optimización del proceso, siendo más efectivo y selectivo en la recuperación de metales de. ría. DAM.. Seo E. et al., 2016, estudiaron la recuperación de los metales y la pureza. ie. de los precipitados de Fe, Al y Mn de drenaje ácido de mina mediante. en. adición de H2O2 y neutralización. Los resultados muestran que usando solo agentes neutralizantes, el Al y Fe coprecipitan a un pH 4.5. En el caso de. In g. oxidación y luego neutralización del drenaje ácido de mina, la secuencia de remoción fue Fe>Al>Mn. La tasa de remoción de Fe fue de 99.2 % a un pH 4.5, Al entre 70.4 % y 82.2 % a pH 5.5 y Mn alcanzó 37.8 % - 87.5 % a pH. de. 8.5.. Yang W. et al., 2014, estudiaron la remoción de Mn2+ de aguas residuales. ca. artificiales usando H2O2 como agente oxidante. Las variables estudiadas fueron temperatura de reacción, concentración de H2O2, concentración de. lio te. óxido de calcio (CaO) y tiempo de reacción. Los resultados indican que la tasa de remoción de Mn fue de 99.9 % y la concentración de Mn2+ en el agua residual tratada fue menor a 0.1 mg/L, bajo las condiciones óptimas. Bi b. de 55°C, una concentración de 0.1 ml/L H2O2, tiempo de reacción de 70 minutos y una concentración de CaO de 0.25 g/L. De la revisión bibliográfica realizada, el H2O2 se ha utilizado como pre tratamiento para remover Mn2+ del DAM. Sin embargo, aún no ha sido aplicado de forma simultánea con las bases neutralizantes. Por otra parte, 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. el Ca(OH)2 y NaOH son los reactivos más usados y eficientes para incrementar el pH de drenaje ácido de mina. Por esta razón, esta investigación plantea estudiar la influencia de la concentración del H 2O2,. ta. l. Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de Mn2+ del DAM de la compañía minera Coimolache, ubicada en los distritos de Hualgayoc y Chugur provincia de. en. Hualgayoc, departamento de Cajamarca, con la finalidad de lograr un método efectivo para la remoción del Mn2+, que permita reducir su impacto. Am bi. en el Medio Ambiente y cumplir con la legislación ambiental. JUSTIFICACIÓN. El drenaje ácido de mina es uno de los principales aspectos ambientales. ría. provocado por la industria minera debido a que puede ser generado incluso después del cierre de las operaciones y poseer un alto potencial para. ie. causar un impacto significativo a largo plazo en los ríos, arroyos y vida. en. acuática, convirtiéndose en una fuente de contaminación permanente. El Mn es uno de los metales que se encuentran en mayor concentración y. In g. que es más difícil de remover en el drenaje ácido de mina, cuya descarga en cuerpos de agua puede producir efectos negativos en la Salud y el Medio Ambiente.. de. Por otra parte, el pH necesario para remover el Mn 2+ de drenaje ácido de mina por precipitación es muy alto (>9), que conlleva a un elevado consumo de reactivos y la necesidad de realizar un tratamiento adicional al efluente. ca. para disminuir el pH a un rango entre 6 - 9 para cumplir con la normativa. lio te. ambiental.. Es por ello que, el presente proyecto plantea usar el H 2O2 como agente oxidante, el Ca(OH)2 y NaOH para el tratamiento del drenaje ácido de mina. Bi b. como una estrategia para remover el Mn2+ a un pH entre 6 y 9, lo que permitiría disminuir el consumo de reactivos en este proceso y cumplir con las exigencias de la normativa ambiental.. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO II. l. MATERIALES Y MÉTODOS. ta. 2.1 Equipos, Materiales y Reactivos.. en. 2.1.1.Equipos.. Cantidad. Balanza Analítica (PA214 OHRUS). Espectrofotómetro UV visible (ORION AQUAMATE 7000 & 8000). 1. Agitador Magnético (CIMAREC SP131320-33). 2. pH metro (CIMAREC SP88857105). 1. ría. Termómetro Cronómetro. In g. 2.1.2.Materiales.. 1 1 2. en. ie. Laptop. Materiales. Cantidad 4. Piseta. 1. de. Varilla de agitación. 6. Papel filtro (pliegos). 12. Cinta pH. 1. Fiola (100 mL, 25mL,10mL). 6. Crisol. 2. Embudo. 2. Papel tisú. 6. Pipeta (5 mL,1 mL). 6. Matraz Erlenmeyer. 2. Papel film. 1. Cinta teflón ½”. 4. ca. Vaso de precipitación (300 mL). lio te Bi b. 1. Am bi. Equipos. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.1.3.Reactivos. Cantidad 1. Hidróxido de Calcio industrial (Kg). 1. (litros) Agua destilada (litros). 0.1. Am bi. Hidróxido de Sodio (grado reactivo) (Kg). 1. en. Peróxido de Hidrógeno de 180 volúmenes industrial. ta. Kit de determinación de Mn. 50. Sulfato de Manganeso monohidratado (MnSO4.H2O) (g). 25. Ácido Fosfórico (H3PO4) (litros). 1. Sulfato de Amonio ((NH4)2SO4) (g). 50. ría. Sulfito de Sodio (NaHSO3) (g). 25 25. en. ie. Metaperyodato de Sodio (INaO4) (g). 2.2 Metodología del trabajo.. l. Reactivos. Variable. In g. A. Variables de estudio:. Definición Definición conceptual operacional. Escala. Cantidad de H2O2.. Masa del H2O2 en la solución.. Concentración de H2O2 en mg/L.. Razón. Concentración de Ca(OH)2.. Cantidad de Ca(OH)2.. Masa de Ca(OH)2 en la solución.. Concentración de Ca(OH)2 en g/L.. Intervalo. Concentración de NaOH.. Cantidad de NaOH.. Masa de NaOH en la solución.. Concentración de NaOH en g/L.. Intervalo. Remoción de Mn.. Cantidad de Mn removido del drenaje ácido de mina.. Porcentaje de Mn precipitado.. Concentración de Mn en mg/L.. Intervalo. ca. de. Concentración de H2O2.. lio te Bi b. Indicador. %𝑀𝑛 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑖𝑑𝑜 𝐶𝑖 − 𝐶𝑓 = 𝑥100 𝐶𝑖. Nota: Ci: concentración inicial de Mn en la solución Cf: concentración Final de Mn en la solución. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.3 Procedimiento Experimental.. ta. l. Este proyecto se desarrolló de la siguiente manera: 2.3.1. Toma de muestra: Se realizó por personal de la compañía minera. en. Coimolache según el Protocolo de Monitoreo de la Calidad de los. Recursos Hídricos establecido por la Autoridad Nacional de Agua la poza Claudia de aguas ácidas.. Am bi. (ANA, 2016). El lugar de la toma de muestra fue en el efluente de. 2.3.2. Caracterización fisicoquímica del drenaje ácido de mina: se pH. . Conductividad. . Mn. . Fe. . Al. . SO42-. In g. en. ie. . ría. analizaron los siguientes parámetros:. . de. 2.3.3. Tratamiento con H2O2, precipitación y neutralización con Ca(OH)2 y NaOH.  Se midió el pH inicial del agua a tratar. Se analizó la concentración inicial de Mn2+: realizada mediante el. método. “Determinación. fotométrica. del. Mn 2+. total. con. ca. metaperyodato de Sodio (J. Medina, 2014)” a una longitud de onda de 545 nm. Se tomó una unidad muestral de 300 ml de agua ácida en un vaso. lio te. . de precipitación.. Bi b. . Se pesó la cantidad estimada de Ca(OH)2, NaOH y se midió el. volumen de H2O2 a usar.. . Se adicionó simultáneamente los reactivos a la solución.. . Se agitó a 800 rpm durante 5 minutos usando un agitador magnético para homogenizar la solución.. . Se dejó sedimentar durante 30 minutos. 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. . Se midió el pH final del agua tratada.. . Se filtró la solución tratada con papel de filtro.. . Se analizó la concentración final de Mn2+ mediante el método. ta. l. “Determinación fotométrica del Mn total con Formaldoxina” (Anexo . en. 02) a 470 nm.. Se registró los datos en una hoja de Excel para su análisis.. Am bi. 2.4 Diseño experimental:. Para cada variable se tomará 4 tratamientos. 2X4X4 = 32 experimentos.. C2 Ca(OH)2. ría. de. C3. en. C1. Concentración Concentración Tipo de Concentración de H2O2 de H2O2 Hidróxido (mg/L) (mg/L) (mg/L) C1 C1 C2 C2 C1 C3 C3 C4 C4 C1 C1 C2 C2 C2 C3 C3 C4 C4 NaOH C1 C1 C2 C2 C3 C3 C3 C4 C4 C1 C1 C2 C2 C4 C3 C3 C4 C4. ie. Concentración (mg/L). In g. Tipo de Hidróxido. Bi b. lio te. ca. C4. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO III. l. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. ta. El objetivo de la presente investigación es la remoción de Mn 2+ del drenaje ácido. en. de mina(DAM) mediante precipitación oxidativa con H 2O2, Ca(OH)2 y NaOH.. 3.1. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en la remoción de. Am bi. Mn2+ del drenaje ácido de mina.. Se realizó ensayos usando Ca(OH)2 e NaOH para precipitar el Mn2+ presente en el drenaje ácido de mina.. El drenaje ácido de mina es caracterizado en su composición, la misma que se. ría. muestra en la tabla 02.. Tabla 02. Caracterización del drenaje ácido de mina.. pH. ie. Características del DAM 2.8. Color. Naranja 21.93 mg/L. In g. Mn2+. en. Conductividad 4.845 us/cm. 24.78 mg/L. Al. 18.32 mg/L. SO42-. 242.5 mg/L. de. Fe. Bi b. lio te. ca. Los resultados se presentan en la figura 03 y tabla 03 (Anexo 01).. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 90 80. ta. l. 70 60. en. 50 40 30 20 10 0 0.90. 1.00. 1.10. 1.20. 1.30. 1.40. 1.50. 1.60. [Base] g/L Ca(OH)2 Ca(OH)2. Am bi. Porcentaje de Remoción de Mn2+(%). 100. 1.70. 1.80. 1.90. 2.00. 2.10. ría. NaOH. ie. Figura 03. Influencia de la concentración de Ca(OH) 2 y NaOH en la remoción de Mn2+. [Mn2+] inicial = 21.04 mg/L.. En la figura 03 se observa que el Ca(OH)2 e NaOH precipitan al Mn2+, la misma. en. que se incrementa en forma exponencial con el aumento de la concentración de los hidróxidos. Sin embargo, en el caso del NaOH en el rango de 1 a 1.7 g/L la. In g. precipitación es mucho mayor que con Ca(OH) 2, pero en el rango de 1.8 a 2 g/L ambos tienen similar comportamiento.. La razón por la cual ambos hidróxidos tienen la misma precipitación a altas. Bi b. lio te. ca. de. concentraciones, posiblemente se debe al pH que alcanza la solución.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 10. ta. l. 9. en. 7. 6. Am bi. pH final de la solución. 8. 5. 3 0.90. 1.00. 1.10. 1.20. 1.30. 1.40. ría. 4. 1.50. 1.60. 1.70. 1.80. 1.90. 2.00. 2.10. [Base] g/L. pH NaOH. ie. pH Ca(OH)2 pH Ca(OH)2. en. Figura 04. Influencia de la concentración de Ca(OH)2 y NaOH en el pH final del DAM tratado. pH inicial = 2.8. Al graficar la variación del pH de la solución a diferentes concentraciones de. In g. hidróxidos (Figura 04), se observa que ambas bases alcanzan un pH cercano a 9 a concentraciones de 2 g/L.. de. Por otra parte, según el Diagrama de Pourbaix la estabilidad de los compuestos del Manganeso en medio acuoso es función del pH y potencial redox. Utilizando el software HSC Chemistry 5.0 se elabora el diagrama de Pourbaix para el Mn y. Bi b. lio te. ca. las especies presentes en el DAM (tabla 02), lo cual se presenta en la figura 05.. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Eh (Volts) 2.0. Mn - Al - Fe - S - H2O - System at 25.00 C MnO4(-a). 1.0. ta. l. 1.5. MnO2 MnO4(-2a). en. 0.5 MnO*OH. Mn3O4. Am bi. 0.0 MnO*Fe2O3. -0.5 Mn(+2a). Mn(OH)2. -1.0 -1.5. ría. Mn. -2.0 0. 2. 4. 6. 8. ELEMENTS. Molality. 12. 14 pH. ie. C:\Users\User\Documents\MnAlFeS2.iep. 10. Pressure. En la. Al Fe figura 05 S. se observa. en. Figura Mn – Al – Fe –S – H2O Mn05. Diagrama de Pourbaix 3.830E-04 para el sistema 1.000E+00 4.437E-04 que6.790E-04 los compuestos 2.524E-03. 1.000E+00 de1.000E+00 Mn que 1.000E+00. pueden precipitar a. potencial redox.. In g. un pH entre 4 y 9 son: MnO2, MnO(OH), Mn3O4 y MnO(Fe2O3) dependiendo del. Para explicar por qué el Mn2+ puede ser removido a un pH entre 4 y 9, el trabajo. de. de R. Lovett, 1992, menciona que el uso de hidróxidos en estado sólido genera zonas de alto pH localizado cuando estos se disuelven en el agua. Es probable que en estas zonas se alcance un pH mayor a 9 que permita la precipitación del. ca. Mn2+, sin embargo, estas zonas de alto pH desaparecen con la homogenización de la solución debido a la agitación permitiendo que se estabilice el pH, el cual. lio te. se reporta en la figura 04 y tabla 03. Es factible que la remoción de Mn2+ se deba a la formación de Mn(OH) 2, reacción. Bi b. que se presenta en la ecuación 1 (S. Deepti et al., 2015). Mn2+(ac) + OH-(ac) → Mn(OH)2(s) ------------------------------- (1). De acuerdo a la ecuación 1, la reacción entre el Mn 2+ y el OH- produce Mn(OH)2. (Kps= 2.1x10-13), el cual tiene muy baja solubilidad y por ende, precipita. El. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Mn(OH)2 es un sólido blanco gelatinoso que puede oxidarse facilmente con la presencia del O2 atmosférico a Mn2O3 y MnO2(A. cotton & G. Wilkinson, 2006).. l. Por otra parte, la razón por la cual el NaOH alcanza una mayor remoción en un. ta. rango de 1 a 1.7 g/L que el Ca(OH) 2 se debe a la solubilidad de éstos. La. en. reacciones de solubilidad del Ca(OH)2 y NaOH en agua son (M. Kalin et al., 2006):. Am bi. Ca(OH)2 + H2O → Ca2+ + OH- + H2O Kps = 5.5 x10-6-------- (2) NaOH + H2O → Na+ + OH- + H2O Kps = 110 ------------------ (3) De acuerdo al Kps, el NaOH es mucho más soluble que el Ca(OH) 2.. Para verificar cómo afecta la solubilidad de los hidróxidos en la remoción de Mn. ría. se realizan experimentos bajo las mismas condiciones comparando la velocidad de agitación de 800 rpm y 200 rpm. Los resultados se muestran en la figura 06 y. ie. tabla 04 (anexo 01).. en. 80.00. 60.00. In g. 100.00. de. 40.00. 20.00. ca. Porcentaje de Remoción de Mn2+ (%). 120.00. lio te. 0.00. 2 g/L [Ca(OH)2 Ca(OH)]2. 2 g/L [NaOH]. 800 RPM. 200 RPM. Figura 06. Influencia de la agitación en la remoción del DAM tratado. [Mn 2+] inicial = 23.81 mg/L.. Bi b. Se observa que en presencia de Ca(OH) 2 con una velocidad de 200 rpm la remoción de Mn2+ disminuye a diferencia del NaOH que no se ve afectada. Esto verifica que el Ca(OH)2 es mucho menos soluble que el NaOH afectando la remoción de Mn2+. 19. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Otra variable que puede influir es la presencia de O 2 en solución ocuosa. El Mn2+ en presencia de O2 se oxida fácilmente en condiciones alcalinas (J. Fu et al.,. en. 4MnOOH + O2 → 4MnO2 + 2H2O---------------------------------- (5). ta. 4Mn2+ + 8OH- + O2 → 4MnOOH +2H2O-------------------------- (4). l. 2010; J. Morgan, 2005), las posibles reacciones son:. De acuerdo a las ecuaciones 4 y 5, el O 2 puede oxidar al Mn2+ a compuestos. Am bi. como MnO(OH) y MnO2 con Kps de 5.5x10-19 y 1.45x10-18, respectivamente. Estos compuestos por tener valores de Kps muy bajos son insolubles en medio. acuoso. Por lo tanto, es probable que el O 2 que ingresa durante la agitación contribuya a la remoción de Mn2+ ya que formaría compuestos más estables que el Mn(OH)2. Adicionalmente, A. Aguiar et. al, 2010, encontraron una relación. ría. inversa entre la remoción de Mn 2+ del DAM y la concentración de oxígeno disuelto cuando se usó Ca(OH)2, por lo que sugieren que el O2 está involucrado. ie. en las reacciones 4 y 5.. en. Es importante mencionar que los resultados alcanzados son mejores que los reportados en la literatura. A. Aguiar et al., 2010, alcanzaron una remoción cercana al 100% a un pH mayor a 10 usando Ca(OH) 2, E. Seo et. al, 2016,. In g. reportaron que usando NaOH y Ca(OH) 2 alcanzaron un 87.5% a un pH 10.5, A. Silva et al., 2012 y L. Cesar et al., 2010, consiguieron una remoción cercana al. de. 100% a un pH mayor a 10 usando NaOH. 3.2. Influencia de la concentración de H2O2 en presencia de Ca(OH)2. Se utiliza H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn 2+ para diferentes. ca. concentraciones de Ca(OH)2. Los resultados que se presentan en la figura 07 y. Bi b. lio te. tabla 05 (Anexo 01), se observa que:. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 100. l. 90. ta en. 70 60 50. Am bi. Remociòn de Mn2+(%). 80. 40 30 20. 0. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. ría. 10. 1600. 1800. 2000. mg/L H2O2. Ca(OH)2 1.67 1.67 g/L g/L Ca(OH)2. Ca(OH)2 1.83 1.83 g/L g/L Ca(OH)2. ie. Ca(OH)2 Ca(OH)21.33 1.33g/L g/L. Ca(OH)2 22.0 Ca(OH)2 g/Lg/L. en. Figura 07. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con Ca(OH)2 a diferente pH. [Mn2+] inicial = 20.94 mg/L.. In g. Para todas las concentraciones de Ca(OH) 2 excepto para 1.33 g/L la remoción de Mn2+ se incrementa y a partir de ahí tiende a disminuir cuando se incrementa la concentración de H2O2.. de. De acuerdo a la hipótesis de esta investigación se esperaba que la remoción de Mn2+ aumente cuando la concentración de H2O2 incremente, debido a la. ca. oxidación del Mn2+ en presencia de este, sin embargo, la figura 07 indica lo contrario.. lio te. El diagrama de Pourbaix (figura 05) muestra que, la formación de óxidos de Mn depende del pH y el potencial redox. Por lo tanto, se determina el pH de la solución para diferentes concentraciones de H2O2, así como concentraciones de. Bi b. Ca(OH)2. Los resultados que se muestran en la figura 08 y tabla 05 (Anexo 1) Indican que:. 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 10 9. ta. l. 8. en. 6 5. 4. Am bi. pH final de la solución. 7. 3 2. 0. 0. 200. 400. 600. 800. ría. 1. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000. mg/L H2O2. Ca(OH)2 Ca(OH)2 1.83 1.83 g/L g/L. ie. Ca(OH)2 Ca(OH)21.67 1.67g/L g/L. Ca(OH)2 Ca(OH)222g/L g/L. en. Ca(OH)21.33 1.33g/L g/L Ca(OH)2. Figura 08. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con Ca(OH)2 a diferentes concentraciones. pH inicial = 2.7. In g. En la figura 08 se observa que el pH de la solución disminuye cuando se incrementa la concentración de H2O2, excepto para 1.33 g/L de Ca(OH) 2. Para determinar por qué la adición del H2O2 disminuye el pH se realizan ensayos. de. usando el Ca(OH)2 y H2O2 en agua destilada. Los resultados se muestran en la. Bi b. lio te. ca. figura 09 y tabla 06 (Anexo 1).. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 12.5. ta. l. 12. en. 11.5. pH. 11. Am bi. 10.5. 10. 9. 0. 200. 400. 600. ría. 9.5. 800. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000. mg/L H2O2 1.33g/L g/LCa(OH)2 Ca(OH)2 1.33. en. ie. 22 g/lg/L Ca(OH)2 Ca(OH)2. Figura 09. Influencia de la concentración de H2O2 en el pH final de la solución estéril a diferentes concentraciones de Ca(OH) 2.. concentración. de. Observándose. que. In g. En la figura 09 se observa que el pH disminuye cuando se aumenta H2O2 para el. diferentes concentraciones de. pH disminuye. de. forma. similar. la. Ca(OH) 2.. para. ambas. de. concentraciones.. Esto podría deberse a la formación de CaO 2. Según A. Tsentsiper y R. Vasil'eva,. ca. 1967 es probable que el Ca(OH) 2 y H2O2 reaccionen para formar CaO2, la cual se presenta en la siguiente ecuación:. lio te. Ca(OH)2 + H2O2 → CaO2 + 2H2O ----------------------------------- (6). De acuerdo a la reacción 6 consume Ca(OH) 2 presente en la solución y en efecto,. disminuye el pH. Además, el H2O2 se descompone en O2 y 2H+ (R. Coughlin y I.. Bi b. Matsui, 1975) por factores ambientales como la luz y aire disminuyendo el pH. Debido a lo anteriormente expuesto, ahora se entiende porqué la remoción de Mn2+ disminuye. Sin embargo, a pesar que el pH disminuye con la adición de H 2O2, es probable que el H2O2 reaccione con el Mn2+. De acuerdo a la literatura, la reacción 23. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. involucrada en la oxidación del Mn2+ puede ser expresada como (D. Feng et al., 2000):. ta. l. Mn2+ + H2O2 → MnO2 + 2H+-------------------------------------------- (7) En medio alcalino, la reacción puede ser expresada de la siguiente manera (L.. en. Cesar et al., 2010):. Am bi. Mn2+ + H2O2 + 2OH- → MnO2 +2H2O------------------------------- (8). De acuerdo a la ecuación 7 y 8, el H2O2 oxida al Mn2+ para formar MnO2. Según L. Cesar et al., 2010, el incremento del pH favorece la oxidación del Mn 2+, siendo a pH 9 donde se obtuvo mejores resultados. Es posible que la oxidación del Mn2+ se produzca en las zonas de alto pH localizado (posiblemente pH mayor a. ría. 9) descrito anteriormente, dado que el pH alcalino favorece la reacción de oxidación.. ie. Adicionalmente, durante los experimentos se observó la aparición de burbujas. en. cuando se agregó H2O2 al proceso, estas se incrementaron con una mayor concentración de H2O2. De acuerdo a W. Yang et al., 2014 y S. Hyun, et al., 2009, las burbujas observadas es oxígeno producido por la disociación del H 2O2.. In g. El H2O2 puede disociarse bajo la siguiente reacción (A. Ganguly, 2012): 2 H2O2 → 2H2O + O2 ΔH = -196 kj --------------------------------- (9). de. La descomposición del H2O2 es catalizada por la presencia de iones metálicos, entre ellos el Mn2+ (W. Yang et al., 2014; S. Hyun, et al., 2009).. ca. Para concentraciones mayores a 180 mg/L de H2O2 (figura 05) cuando se hicieron los ensayos, se observa una efervescencia por la descomposición del. lio te. H2O2, lo cual probablemente impida la formación de zonas de alto pH localizado y por consiguente, disminuya la remoción de Mn 2+. Sin embargo, para una. concentración de 180 mg/L de H2O2 la remoción de Mn2+ se incrementa con respecto a cuando no se usó H2O2 (figura 07), debido a la presencia de escasas. Bi b. burbujas que permiten la formación de zonas de alto pH localizado.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.3. Influencia de la concentración de H2O2 en la remoción de Mn2+ usando NaOH.. l. Se utiliza H2O2 como agente oxidante en la remoción de Mn 2+ para diferentes. ta. concentraciones de NaOH. Los resultados se presentan en la figura 10 y tabla. en. 05 (Anexo 01). 100. Am bi. 90 80. 60 50. ría. Remociòn de Mn2+(%). 70. 40. ie. 30. en. 20. 0. 0. 200. In g. 10. 400. 800. NaOH 1.68 g/L. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000. mg/L H2O2. NaOH 1.85 g/L. NaOH 2.0 g/L. de. NaOH 1.35 g/L. 600. Figura 10. Influencia de la concentración del H2O2 en la remoción de Mn2+ con NaOH a diferentes concentraciones. [Mn2+] inicial = 20.94 mg/L.. ca. Se observa que a concentraciones mayores a 1.85 g/L de NaOH no hay una influencia significativa en la remoción de Mn 2+ con el aumento de la. lio te. concentración de H2O2, alcanzándose una remoción superior al 95 % de Mn 2+. Mientras que, a mayores concentraciones de H2O2 tiende a disminuir. Dado que la remoción de Mn 2+ depende del pH de la solución, se grafica el pH. Bi b. final de la solución en la figura 11, donde se observa que:. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 10. ta en. 8. 7. Am bi. pH final de la solución. l. 9. 6. 4. 0. 200. 400. 600. 800. ría. 5. 1000. 1200. 1400. 1600. 1800. 2000. mg/L H2O2. NaOH 1.85 g/L. ie. NaOH 1.68 g/L. NaOH 2.0 g/L. en. NaOH 1.35 g/L. Figura 11. Influencia de la concentración del H2O2 en el pH final de la solución con NaOH a diferentes concentraciones. pH inicial = 2.7. In g. Se observa que para todas las concentraciones de NaOH, excepto 2.0 g/L, el pH se mantiene estable cuando se incrementa la cocentración de H2O2. La razón por la cual el pH no es afectado podría deberse a que el NaOH es una. de. base más fuerte que Ca(OH)2 (M. Clugston y R. Flemming, 2000), y también debido a que el Ca(OH)2, por ser de uso industrial contiene un porcentaje de. ca. pureza muy bajo en comparación con el NaOH. Es por ello que la remoción de. lio te. Mn2+ no se ve afectada como se observa en la figura 10.. 3.4. Remoción de Mn2+ en el tiempo. Se analiza el comportamiento de la precipitación de Mn2+ en el tiempo en el rango. Bi b. de 0 a 60 minutos. Se compara la actividad del Mn2+ con Ca(OH)2 y NaOH en. presencia de H2O2. Los resultados se presentan en la figura 12, tabla 07 y 08 (Anexo 1). Se observa que:. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. l en. ta. 80. 60. Am bi. 40. 20. 0. 0. 10. 20. 30. 40. 50. ría. Porcentaje de remoción de Mn2+ (%). 100. 60. 70. Tiempo (minutos). Ca(OH)2 Ca(OH)2yy180mg/L 180 mg/LH2O2 H2O2. Ca(OH)2yy900 900mg/L mg/LH2O2 H2O2 Ca(OH)2. NaOH NaOH. NaOH mg/L H2O2 NaOHy 180 y 180 mg/L H 2O2. NaOH y 900 mg/L H2O2 NaOH y 900mg/L H2O2. en. ie. Ca(OH)2 Ca(OH)2. Figura 12. Remoción de Mn2+ en el tiempo. [Mn2+] inicial = 23.81 mg/L.. In g. En la figura 12 se observa que la remoción de Mn 2+ se produce durante la agitación, dado que después de 5 minutos de terminada la agitación, la remoción. Bi b. lio te. ca. de. de Mn2+ se mantiene constante y alcanza casi el 100 %.. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO IV. ta. l. CONCLUSIONES. en. Como conclusión se ha establecido que:. o La precipitación del Mn2+ se produce con Ca(OH)2 y NaOH alcanzándose. Am bi. una remoción superior al 99 %, siendo el NaOH mejor a pH menores que 8.. o La concentración de H2O2 influye en el sistema incrementando la. ría. remoción del Mn2+ hasta 180 mg/L y a mayores concentraciones de H2O2 disminuye la remoción.. ie. o Los mejores resultados obtenidos para alcanzar el 99 % de remoción de. NaOH. In g. Ca(OH)2. en. Mn2+ bajo estas condiciones son:. 1.85 g/L. pH. 180 mg/L. 8 – 8.5. Bi b. lio te. ca. de. 1.83 g/L. H2O2. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO V. ta. l. RECOMENDACIONES. en. A continuación detallaremos las recomendaciones:. Am bi. o Realizar un escalamiento del proceso para corroborar los resultados encontrados.. o Analizar el precipitado para determinar bajo que formas precipita el Mn2+.. ría. o Evaluar otros factores como: la velocidad y tiempo de agitación, presencia. ie. de O2.. Bi b. lio te. ca. de. In g. remoción de Mn2+.. en. o Evaluar el efecto de la presencia de SO42-, Fe, Al y otros metales en la. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO VI. ta. l. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Aguiar, A., Xavier, G., y Ladeira, A. (2010). The use of limestone, lime and. en. MnO2 in the removal of soluble manganese from acid mine drainage.. Transactions on Ecology and the Enviroment, 135, 267- 275. Recuperado de:. Am bi. doi: 10.2495/WP100231 www.witpress.com, ISSN 1743-3541.. Akcil, A., y Koldas, S. (2006). Acid Mine Drainage (AMD): causes, treatment and case studies. Journal of Cleaner Production, 14 (12–13), 1139-1145. Recuperado. de:. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2004.09.006.. ría. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652605000600. Castillo, F., Roldán, M., Blasco, R., Huertas, M., Caballero, F., Moreno, C., y. ie. Luque, M. (2005). Biotecnología Ambiental (pp. 218). Madrid, España:. en. Editorial Tebar.. Cesar, L., Santos, J., Leal, V., Yokoyama, L., y Marquez, S. (2010).. In g. Preliminary Studies on Precipitating Manganese using Caro’s Acid and Hydrogen Peroxide. Mine Water Environ, 29, 154-157. Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/226994076_Preliminary_Studies_o de. de. n_Precipitating_Manganese_Using_Caro%27s_Acid_and_Hydrogen_Peroxi. ca. Chen, T., Yan, B., Lei, C., y Xiao, X. (2014). Pollution control and metal resource recovery for acid mine drainage. Hydrometallurgy, 147–148, 112Recuperado. lio te. 119.. de:. http://dx.doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.04.024.. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304386X14001066. Clugston, M. y Flemming R. (2000). Advanced Chemistry. (pp. 196). Oxford,. Bi b. Inglaterra: Editorial Oxford. Cotton, A. y Wilkinson, G. (2006). Química Inorgánica Avanzada (pp. 890891). Ciudad de México, México: Editorial Limusa.. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

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