Extracción del manganeso y zinc de las pilas alcalinas con sales ionicas

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. FACULTAD DE INGE IERiA QUiMICA. ica. UNIVERSIDAD N ClONAL DE TRUJILLO. ie. ría. Q. uí m. ESCUELA ACADE leo PROFESIONAL DE INGENIERiAQUiMICA. In g. en. "EXTRACCION DEL GANE 0 YZI CDE LAS PILAS ALCA I AS CON SALES 10 ICAS". TESIS. ca. de. PARA OBTEN ER El TiTULO DE: INGE IE 0 Qui ICO. lio te. AurOR :. Bach. AURICIO PAREDES DAVID JOEL. ASESOR :. Bi b. Dr. AGUILAR QUIROZ CROSWEL EDUARDO. TRUJILLO· PERU. 2013 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. uí m. ica. NOMBRES DEL JURADO DICTAMINADOR. en. ie. ría. Q. Dr. Wilson Reyes Lázaro Presidente. Dr. Croswel Aguilar Quiroz Asesor. Bi b. lio te. ca. de. In g. Dr. Percy Aguilar Rojas Secretario. 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/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DEDICATORIA. Q. uí m. ica. A Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente, Por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme dado salud para lograr mis objetivos, y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.. de. In g. en. ie. ría. A mi madre Manuela Olinda Paredes Vílchez, porque desde niño siempre estuvo a mi lado apoyándome guiándome, enseñándome que el camino la vida no es fácil, que siempre uno tienen que estar en una lucha constante hasta ver realizada su meta trazada. Por creer en mí y por sacarnos adelante, no solo a mí sino también a mis hermanos. Dándonos ejemplos dignos de superación y entrega, porque en gran parte gracias a Ud. hoy puedo ver alcanzada mí meta, ya que siempre estuvo impulsándome en los momentos más difíciles de mi carrera.. ¡Gracias madre por todo!. ca. A mis hermanos, cuñada y mi pequeña sobrina por estar conmigo y apoyarme siempre.. Bi b. lio te. A mis Tíos, primos, abuelos y especialmente a mi mamita Santos Vílchez Quiroz y mi tía María Paredes Vílchez, por esos consejos tan oportunos que significo mucho en mi formación tanto como persona y académicamente. A todos, espero no defraudarlos y contar siempre con su valioso apoyo, sincero e incondicional.. ¡Gracias por haber fomentado en mí el deseo de superación y el anhelo de triunfo en la vida! 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/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uí m. ica. A todos mis amigos y a mis compañeros de universidad, que nos apoyamos mutuamente en nuestra formación profesional, por todas esas noches en vela que pasábamos estudiando, que sirvieron de mucho y que ahora este es el fruto, les agradezco a todos ustedes por esos momentos que son los que nos hacen crecer y valorar a las personas que nos rodean.. ¡Gracias y espero que sigamos siendo. Q. amigos!. en. ie. ría. Por ultimo mi agradecimiento a todos los docentes de la Facultad de Ingeniería Química, por todos los conocimientos impartidos en cada etapa durante mi formación académica. Y por sus asesorías presentadas en mi camino universitario.. Bi b. lio te. ca. de. In g. ¡Gracias por sus enseñanzas!. 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/.

(5) ría. Q. uí m. ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ie. AGRADECIMIENTO. Manifiesto mi profunda gratitud y agradecimiento a este maravilloso grupo de. en. investigación del Laboratorio de Catálisis, Adsorbentes y Materiales por el apoyo incondicional que me brindaron durante el tiempo que estuve realizando los ensayos de. In g. mi tema de tesis. En forma muy especial al Dr. Croswel Aguilar Quiroz por aceptar ser mi asesor de tesis, y por sus enseñanzas tanto académicamente como personalmente, y por su constante asesoramiento al Sr. Jorge alcántara, técnico de laboratorio, por. Bi b. lio te. ca. de. haberme facilitado los reactivos necesarios para realizar mi tesis.. 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/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. RESUMEN. uí m. Se estudia la extracción del Manganeso y Zinc de las pilas alcalinas agotadas de uso. doméstico, por reacción con sales iónicas. Las variables que se investigan son las sales. Q. iónicas, temperatura y tiempo. Los metales Mn y Zn se analizan por espectrofotometría visible y absorción atómica respectivamente. Los resultados muestran que el aumento. ría. de la temperatura y la cantidad de sales adicionado es directamente proporcional con la extracción de manganeso, mientras que para el zinc el incremento de la temperatura y. ie. tiempo no influyen en la extracción. Las mayores extracciones alcanzadas son: 26% Zn. en. y 33% Mn después de reaccionar a 220°C, en un tiempo de 15 minutos para el Zinc y. In g. 30 minutos para Mn.. Bi b. lio te. ca. de. PALABRAS CLAVES: Pilas; Extracción de metales.. 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/.

(7) ica. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. uí m. We study the extraction of manganese and zinc alkaline batteries household depleted by reaction with ionic salts. The variables studied are ionic salts, temperature and time.. Q. Metals Manganese and Zinc were analyzed by spectrophotometry visible and atomic. ría. absorption respectively. The results show that increasing the temperature and the amount of salts added is directly proportional to the extraction of manganese, while for. ie. zinc the increasing the temperature and time have no effect on the extraction. Major. en. extractions achieved are: 26%Zn, 33%Mn after reacting at 220 ° C in a time of 15. In g. minutes to Zinc and 30 minutes Manganese.. Bi b. lio te. ca. de. Keywords: Batteries, Metals of extraction.. 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/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE GENERAL. CARATULA…………………………………………………………………………………………………….…………….…I. ica. JURADO DICTAMINADOR ...................................................................................................II DEDICATORIA ...................................................................................................................... III. uí m. AGRADECIMIENTO ............................................................................................................. V RESUMEN ............................................................................................................................. VI. Q. ABSTRACT .......................................................................................................................... VII ÍNDICE GENERAL ............................................................................................................. VIII. ría. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1. I.. ANTECEDENTES ........................................................................................................ 1. 2.. REALIDAD PROBLEMÁTICA ................................................................................... 4. 3.. JUSTIFICACIÓN: ........................................................................................................ 5. 4.. MARCO TEÓRICO: ..................................................................................................... 5. 5.. HIPÓTESIS ................................................................................................................ 12. 6.. OBJETIVOS ............................................................................................................... 12. In g. en. ie. 1.. de. MATERIAL Y MÉTODOS ......................................................................................... 13. II. 2.1. MATERIALES ........................................................................................................ 13. 2.2. MÉTODOS ............................................................................................................. 15 Metodología de trabajo .................................................................................... 15. 2.2.2. Ensayos experimentales ................................................................................... 16. lio te. ca. 2.2.1. 2.2.3. III.. Bi b. . Diagrama de flujo del tratamiento de las pilas .................................................. 17. RESULTADOS ........................................................................................................... 18. Determinación de la proporción de sales iónicas: ......................................................... 18. . Solubilidad del zinc después de la reacción con las sales iónicas .................................. 21. . Influencia de la temperatura de reacción ...................................................................... 23. . Influencia de tiempo de reacción ................................................................................. 25. . Influencia de las sales iónicas en la extracción del zinc. ............................................... 28. 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/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Solubilidad del manganeso después de la reacción con las sales iónicas ....................... 32. . Influencia de la temperatura de reacción ...................................................................... 34. . Influencia del Tiempo de reacción ............................................................................... 35. . Influencia de las sales iónicas en la extracción del manganeso. .................................... 37. ica. . uí m. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................................... 42. IV.. Influencia del volumen de agua para la lixiviación del zinc y manganeso ................. 42. 4.2. Influencia de la temperatura de reacción .................................................................. 43. 4.3. Influencia del tiempo de reacción ............................................................................. 43. 4.4. Influencia de las sales iónicas en la extracción del zinc y manganeso ....................... 43. Q. 4.1. ría. CONCLUSIONES .......................................................................................................... 46. V.. RECOMENDACIONES.............................................................................................. 47. VII.. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 48. ie. VI.. en. ANEXOS................................................................................................................................ 53 ANEXO I: DETERMINACIÓN DE LOS PORCENTAJES DE ZINC Y MANGANESO. In g. PRESENTES EN LA MUESTRA MEDIANTE ABSORCION ATOMICA ............................ 54 ANEXO II: DETERMINACIÓN DEL ZINC POR ABSORCIÓN ATÓMICA (NTP 342.318 :1982) .................................................................................................................................... 55. de. ANEXO III: DETERMINACIÓN DE. MANGANESO POR ESPECTROFOTOMETRÍA. VISIBLE (NTP 214.010:2002)................................................................................................ 57. ca. ANEXO 3.1: PROCEDIMIENTO DE LA PREPARACION DE LA CURVA PATRON ..... 57 ANEXO 3.2: MARCHA ANALÍTICA PARA LECTURA DE MANGANESO................... 60. Bi b. lio te. ANEXO IV. PREPARACIÓN DE LAS PILAS A TRATAR.................................................. 63. 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/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS. ica.  Tabla 1. Temperatura de fusión de sales NaNO3-KNO3……………..….……18  Tabla 2. Temperatura de fusión de mezcla de sales NaNO3-KNO3-KHSO4…20.  Tabla 3. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del zinc después de la. uí m. reacción…………………………………………….…………………...……..21  Tabla 4. Influencia de la temperatura con la extracción del zinc…………......23  Tabla 5. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a. Q. temperatura de 170ºC…………………………………………………....……25  Tabla 6. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a. ría. temperatura de 190ºC…………………………………………………………25  Tabla 7. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a. ie. temperatura de 220ºC…………………………………………………………26. en.  Tabla 8. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción de 170ºC………………………………………………………….28  Tabla 9. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura. In g. de reacción de 190ºC…………………………………………….……………28  Tabla 10. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción de 220ºC………………………………………………………….29. de.  Tabla 11. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc a temperatura de 170ºC……………………………………………..….……….30. ca.  Tabla 12. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc a temperatura de 190ºC………………………………………………..….…….30. lio te.  Tabla 13. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc a temperatura de 220ºC………………………………………………...……….31.  Tabla 14. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del manganeso después de la reacción……………………………………………...…………32. Bi b.  Tabla 15. Influencia de la temperatura con la extracción del manganeso…….34  Tabla 16. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 170ºC…………………………………………………………35.  Tabla 17. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 190ºC…………………………………………………………35. 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/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Tabla 18. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 220ºC…………………………………..………..……………35  Tabla 19. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales y. ica. temperatura de reacción a 170ºC…………..………………………………….37  Tabla 20. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción a 190ºC…………..…………..……………..……….37. uí m.  Tabla 21. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción 220ºC…………………………………………….….37  Tabla 22. Influencia del rendimiento del porcentaje de la sal en la extracción. Q. del manganeso a temperatura de 170ºC………………………...……………..39  Tabla 23. Influencia del rendimiento del porcentaje de la sal en la extracción. ría. del manganeso a temperatura de 190ºC………………….…….…………...…39  Tabla 24. Influencia del rendimiento del porcentaje de la sal en la extracción. ie. del manganeso a temperatura de 220ºC……………………….……...…….…39. en.  Tabla 25. Comparación de resultados obtenidos con respecto a otros trabajos. Bi b. lio te. ca. de. In g. realizados…………………………………………………...…………………41. XI 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. I.. INTRODUCCION. ica. En los últimos años el consumo de pilas se ha incrementado debido a su versatilidad, bajo mantenimiento, reducción de costos y sus requisitos por parte de la industria de la. uí m. electrónica [1], la vida cotidiana sería muy diferente sin el uso de pilas o baterías. En el uso de los artefactos portátiles, radios, walkman, cámara fotográfica, linternas, reloj, calculadoras, juguetes, etc. Las baterías o pilas como comúnmente se les conoce, tienen. Q. muchos años de existencia, desde su primer modelo; la pila de Volta hasta las pilas. ría. alcalinas recargables. [2].. ie. 1. ANTECEDENTES. en. En las últimas dos décadas, se han desarrollado diferentes procesos para reciclar los diferentes compuestos de las pilas. La mayor parte del contenido de la pila puede ser. In g. técnicamente extraída por procesos de recuperación de metales. [3] Las propuestas de tratamientos previos de las pilas desechadas antes de llevarlas a un. de. proceso de extracción de sus metales consideran:. ca. Salgado et al [4] Realiza los procesos de separación de los componentes físicos de las pilas en pasos secuenciales: clasificación, separación magnética, desmontaje, y la. lio te. molienda. Este tipo de tratamientos previos son requeridos con el fin de mejorar las tasas de disolución del metal en la fase acuosa.. Bi b. Veloso et al [3]. Propone en la etapa de clasificación que las pilas alcalinas sean separadas de otros tipos de pilas. Dado que los procesos de selección están asociados con diferentes etapas de separación manual o diferentes equipos. En la fase de desmontaje, el polvo de la pila gastada que consiste en una mezcla de grafito y oxido metálico se separan de trozos de hierro, papel y plástico. En la etapa de molienda, el 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. polvo de pila agotada se muele usando molinos de bolas para reducir su tamaño de partícula con el fin de mejorar la eficiencia de la etapa de lixiviación.. ica. Los procesos para extraer los metales pesados, pueden agruparse en dos tipos:. uí m. pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos. Las propuestas utilizando procesos pirometalúrgicos son:. Q. Salgado et al [4]; De Michelis et al [5]; Li y Xi [6], trabajaron en extraer los metales por procesos pirometalúrgicos, de volatilización selectiva de los metales a. ría. temperaturas elevadas, seguida de la condensación, para su recuperación.. ie. Batrec [7], Snam-Savan [8], Sab-Nife [9], y Inmetco [10], son procesos. en. pirometalúrgicos actualmente en uso. Excepto para el proceso BATREC, los otros procesos se utilizan para recuperar Cd de las baterías de Ni-Cd por volatilización a. In g. temperaturas de 900ºC con una pureza de 95%, pero los metales de níquel y cobalto generalmente no se recuperan.. de. Salgado et al [4] el proceso BATREC recicla zinc y manganeso de las pilas alcalinas. ca. y zinc-carbono utilizando temperaturas de 1500°C. Industria Batrec AG (Suiza) opera una planta industrial para el reciclaje de las pilas. lio te. secas usadas, con una capacidad de producción de alrededor de 3,200 toneladas al año [11; 12]. Bi b. Pace et al [13] las pilas gastadas de Zn-Mn recicladas pasa por pre-calentamiento a. más de 800°C. [12], Y de allí a un horno de oxidación u horno de fundición, y se obtiene metales de alta pureza después de una serie de tratamientos [14].. 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. Nan, J. et al [15] proponen procesos pirometalúrgicos que no requieren desmontaje de la batería. Además, en los procesos pirometalúrgicos, el manganeso y el zinc se. ica. puede recuperar por completo. Sin embargo, las operaciones consumen mucha energía.. uí m. Estudios que utilizan procesos hidrometalúrgicos se tienen:. Franke et al [16]; Bartolozzi [17] los procesos hidrometalúrgicos para la. Q. recuperación de los metales de las pilas comenzó 1984, cuando Franke y compañeros. ría. de trabajo, patentaron un procedimiento en el que las celdas fueron tratadas previamente con un álcali, y luego con ácidos. El zinc y el dióxido de manganeso se. ie. obtuvieron a partir de una solución purificada por electrolisis.. en. Toro et al [18] los procesos hidrometalúrgicos requieren algunos pasos de pre-. In g. tratamiento como: lixiviación ácida utilizando agentes reductores, la purificación por cementación, separación y recuperación de zinc metálico y MnO 2, tratamiento de las. de. soluciones de concentración y purificación para la recuperación de reactivos y agua. Karakaya et al [19] presentan la extracción de los metales por proceso. ca. hidrometalúrgico, desarrollando principalmente procesos para el tratamiento de pilas de Zn-Carbón, como: BATENUS [20] de una mezcla de baterías, PLACID [21] para. lio te. la recuperación de mercurio, RECYTEC [22; 23] para la recuperación simultánea de zinc y dióxido de manganeso, REVABAT/REVATECH [24] para pilas alcalinas y. Bi b. zinc-carbón, y Recupyl [25] para todo tipo de baterías. Algunos de estos procesos se han utilizado en aplicaciones industriales [26]. La Hidrometalurgia tiene algunas ventajas en comparación con el proceso piro metalúrgico tales como los requisitos de bajo costo, recuperación de los metales por. 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. lixiviación y disminución de la contaminación atmosférica ya que no hay material particulado que vaya al aire [27].. ica. 2. REALIDAD PROBLEMÁTICA. uí m. En el Perú, algunas empresas han intentado implementar el reciclaje de pilas en varios distritos de la capital, pero lamentablemente esta iniciativa no ha llegado a sus. metas establecidas, porque no existe la colaboración de la población. Por ello el. Q. estado peruano aún no tiene una adecuada disposición de estos productos y/o un. ría. centro de acopio y recolección.. ie. Así mismo, trabajos de investigación orientados a mejorar procesos o generar nuevos procesos para extraer los metales pesados de las pilas, son materia de estudio de gran. en. interés a nivel mundial, pero en nuestro país no se realizan o por lo menos no se. In g. conocen. Por lo que, es necesario investigar nuevas propuestas tecnológicas de recuperación de metales pesados de las pilas, como la que se plantea en el presente. fusión.. de. trabajo utilizando sales iónicas fundidas, por su baja volatilidad y bajo punto de. ca. Estudios sobre la aplicación de las sales iónicas para el reciclaje de pilas, no se conocen, por lo que, ésta propuesta realizada abre una posibilidad tecnológica que. lio te. implica no solo el desarrollo de una nueva tecnología sino una alternativa a tomar en. Bi b. cuenta para buscar procesos compatibles con la naturaleza.. 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. 3. JUSTIFICACIÓN  Es. necesario. generar. alternativas. tecnológicas. a. los. procesos. uí m. los metales en condiciones de menor contaminación ambiental.. ica. pirometalúrgicos e hidrometalúrgicos, que permitan realizar la extracción de. 4. MARCO TEÓRICO:. cátodo),. introducidos. en una. Q. La estructura básica de una pila consiste en dos electrodos metálicos, (ánodo y disolución conductora de. la. electricidad. ría. (electrolito).La energía de la reacción química producida por óxido-reducción en la. ie. pila, genera la corriente eléctrica. Se denomina:. en. a) Pila: a un sistema en la cual la energía química se convierte en energía. In g. eléctrica por una reacción química de oxidación-reducción. [28] b) Pila primaria: pila basada en una reacción química irreversible, por lo tanto,. de. tiene un solo ciclo de vida y no es recargable. [28] c) Pila secundaria: denominada también batería o acumulador, se basa en una. ca. reacción química reversible y, por lo tanto recargable, puede regenerar sus elementos activos pasando una corriente eléctrica en sentido contrario al de. lio te. la descarga, posee ciclos de vida múltiple. [28]. Bi b. Los diferentes tipos de pilas que se han desarrollado en el tiempo son: A. Pila volta. Es la primera pila inventada, consiste de pares de discos de cobre y zinc apilados uno encima del otro, separados por una capa de tela o de cartón impregnado en salmuera como electrolito. [29] 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. Uno de los problemas de las pilas de Volta es su corta duración, lo cual estaba causado por dos fenómenos: El primero, que la corriente producía la electrolisis de la. ica. disolución de electrólitos, originando una película de burbujas de hidrógeno que se formaban en el electrodo de cobre. El segundo, un fenómeno de formación de. uí m. minúsculos cortocircuitos en torno a las impurezas del Zinc, causando su. Q. degradación.. B. Pila Daniell:. ría. Frederick Daniell buscó una manera de eliminar el problema de las burbujas de hidrógeno que aparecen en la pila volta, y su solución fue utilizar un segundo. ie. electrolito para consumir el hidrógeno producido por el primero, e Inventó la pila. en. Daniell. Esta pila consta de un ánodo de Zinc sumergida en una disolución de ácido. In g. sulfúrico, sulfato de Zinc o de Manganeso, y un cátodo de Cobre dentro de una disolución de sulfato de cobre: [30]. de. Zn(s) / ZnSO4 (ac) // CuSO4 (ac) / Cu(s). ca. Ambas disoluciones están en íntimo contacto y las reacciones que tienen lugar son:. lio te. Ánodo:. Cátodo:. Zn ↔ Zn2+ + 2eCu2+ + 2e- ↔ Cu. Bi b. C. Celdas secas. En 1866, Georges Leclanché invento la Pila Leclanché, el cual emplea un ánodo de Zn, un cátodo de carbón, como electrolito una disolución de ClNH 4 al 20%; y como despolarizador dióxido de manganeso. El MnO2 se dispone en una celda porosa de. 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. porcelana rodeando a una varilla de carbón colocada en el centro. [31; 32] Las reacciones que se producen son: Zn → Zn2+ + 2e-. (oxidación). ica. Rxn. en el ánodo:. uí m. Rxn. en el cátodo: 2NH4+ + 2MnO2 + 2e- → Mn2O3 + 2NH3 + H2O (reducción). Las pilas alcalinas utilizan el zinc en polvo como ánodo, dióxido de manganeso con. En este caso las semirreacciones que se efectúan son:. Zn + 2OH- → ZnO (s) + H2O + 2e-. ría. Rxn. en el ánodo:. Q. grafito como cátodo, y KOH altamente conductivo como electrolito.. (reducción). ie. Rxn. en el cátodo: 2MnO2 + H2O + 2e- → Mn2O3 + 2OH-. (oxidación). en. Las celdas secas alcalinas duran más porque el ánodo de Zinc se corroe menos en. D. Pilas botón. In g. condiciones básicas que en condiciones ácidas.. de. Son Pilas primarias de pequeño tamaño y con capacidad de liberar una gran cantidad de corriente. Sus medidas son 1 cm de diámetro y 4 mm de espesor. Están formadas. ca. por capas separadas por fibras plásticas y los agentes oxidantes utilizados son HgO. lio te. (con un contenido de este elemento de alrededor de un 30% de su peso) y Ag2O, pero a pesar de su tamaño son las más contaminantes. [33]. Bi b. Ánodo: Zn en polvo amalgamado, impregnado en KOH. La reacción:. 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. Cátodo: Esta en un compartimento de acero niquelado y separado del ánodo por la parte central mediante fibra de nylon. Se pone HgO o Ag 2O mezclado con polvo. uí m. (1.35 V). ica. de grafito.. E. Baterías de ácido de plomo. Q. Acumuladores de plomo, [34] se utilizaron en los primeros sistemas de energía municipales para proporcionar la energía por la noche, la batería de plomo-ácido se. ría. compone de plomo (Pb) electrodo negativo, dióxido de plomo (PbO 2) electrodo positivo y un separador para aislar eléctricamente ellos. El electrolito es ácido. ie. sulfúrico diluido (H2SO4), que proporciona los iones sulfato para las reacciones de. F. Ion litio. de. In g. en. óxido-reducción. La reacción química está representada por:. ca. Utilizada principalmente en el mercado de la electrónica portátil, El cátodo en estas baterías es un compuesto de litio (LiCoO2, LiMO2, etc.) y el ánodo está hecho de. lio te. carbono ó grafito con una estructura de capas. El electrolito se compone de sales de litio (como LiPF6) disueltos en carbonatos orgánicos [35], un ejemplo de la reacción. Bi b. química de la batería de iones de litio es:. 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. G. Níquel-cadmio La batería de NiCd es una alternativa sólida y probada para las baterías de plomo,. ica. con una densidad de energía superior, un ciclo de vida más largo y bajo mantenimiento, Tienen una energía específica de alrededor de 0,27 MJ / kg, una. uí m. densidad de energía de 0,41 MJ / L y una eficacia de aproximadamente 75%. [36]. ría. Q. Las Baterías de níquel-cadmio (NiCd) operan de acuerdo a la reacción química:. H. Níquel metal hidruro. In g. en. ie. Batería de níquel-metal hidruro (NiMH) funciona de acuerdo a la química:. Donde M representa uno de una gran variedad de aleaciones metálicas que sirven para absorber y liberar el hidrógeno. Las baterías de NiMH fueron introducidas al. de. mercado con una mayor densidad de energía y la versión más ecológica de la celda. ca. de níquel-cadmio. Baterías modernos de níquel-metal hidruro ofrecen hasta una. lio te. densidad de energía 40% más alto que el níquel-cadmio. [37]. I. Sulfuro de sodio. La construcción de la batería de sulfuro de sodio utiliza azufre líquido como el. Bi b. electrodo negativo y sodio líquido como el electrodo positivo, separados por un electrolito sólido de beta-alúmina. La batería suministra 100% de eficacia culómbica, [38] la reacción química es la siguiente:. 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. Las pilas alcalinas, zinc-carbón y otras que se utilizan en productos electrónicos, cuando termina su vida útil, son desechadas en los residuos domésticos y después. ica. vertidas en basureros a cielo abierto, rellenos sanitarios, y en otros casos a terrenos baldíos, acequias, caminos, causes de agua, etc. Los residuos de pilas por los. uí m. compuestos formados en la generación de la corriente eléctrica y además que sus. componentes pueden lixiviarse, causan una seria preocupación debido a su toxicidad,. Q. abundancia y permanencia en el medio ambiente [11].. En general, como se ha descrito, las pilas están compuestas por más de 30% de. ría. compuestos tóxicos [39], por lo que, su eliminación representa un problema para el. ie. medio ambiente, debido a la presencia de metales como: Hg, Zn, Mn, Cd, etc. Siendo. en. considerados como residuos peligrosos. [40].. In g. Se ha estimado que la contaminación de los metales pesados en los residuos sólidos provenientes de las pilas son: 93% del mercurio, 47% del zinc, 48% del cadmio, 22% del níquel, etc. [41]. Se estima que una pila común puede contaminar 3000 L de. de. agua, una pila de zinc-aire 12 000L, una de óxido de plata 14 000 L, una alcalina 167 000 L y una pila botón de mercurio 600 000 litros de agua. Representando una grave. ca. amenaza al medio ambiente y la salud [42]. lio te. Uno de los efectos colaterales de los metales pesados, es su acumulación en el tiempo en diversos órganos del cuerpo humano, así como en la flora y fauna, lo cual. Bi b. hace muy difícil eliminarlos en forma natural. Aunque las pilas contribuyen en bajo porcentaje al volumen total de residuos sólidos urbanos, son una de las corrientes con mayor aporte de metales pesados al total de este tipo residuos. (Agencia de sustancias tóxicas y el registro de enfermedades, ATSDR). Los efectos sobre la salud de los metales más comunes son: 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. Manganeso: Se ha establecido que exposiciones a concentraciones mayores de 0.3 mg/L ocurren efectos adversos en el tracto respiratorio y el cerebro. Los. ica. síntomas son alucinaciones, olvidos y daños en los nervios, embolia de los pulmones y bronquitis, y en las plantas causa síntomas de toxicidad y. uí m. deficiencia. [43]. Zinc: Causa Alteraciones hematológicas, Lesiones pulmonares en el Sistema. Q. Respiratorio, Disturbios gastrointestinales, Lesiones en el páncreas. [43]. ría. Cadmio: Agente causante de enfermedades respiratorias y su presencia afecta a los sistemas nervioso y cardiovascular. Es además un posible compuesto. ie. cancerígeno. En la naturaleza se concentra en la vegetación. [43]. en. Litio: Es un neurotóxico y es tóxico para el riñón. La intoxicación por litio. In g. produce fallas respiratorias, depresión del miocardio, edema pulmonar y estupor profundo. Daña al sistema nervioso, hasta provocar estado de coma e incluso la. de. muerte. [43]. Como es lógico cada día que transcurre crece el concepto de reciclar residuos sólidos. ca. tan contaminantes como las pilas. [44]. lio te. Países europeos han desarrollado infraestructuras de recolección y reciclaje de todo tipo de pilas y acumuladores portátiles. Dado que en sí, el proceso no es económicamente rentable, estos son financiados para conseguir el objetivo de. Bi b. minimizar la contaminación (Directiva de las Comunidades Europeas, 2006).. 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. 5. HIPOTESIS  Si una mescla de sales iónicas, se funde a baja temperatura y pueden. ica. reaccionar con metales pesados, entonces sería posible que estas sales. uí m. puedan lixiviar al zinc y manganeso presentes en las pilas alcalinas.. 6. OBJETIVOS. Q. Objetivo general. ie. lixiviación con sales iónicas.. In g. Determinar las proporciones de sales iónicas con punto de fusión bajo.. . en. Objetivos específicos . ría.  Extraer metales pesados de las pilas alcalinas por proceso de. Estudiar la influencia de la temperatura en el proceso de. de. lixiviación.. Determinar bajo qué condiciones el manganeso y zinc, se lixivian. ca. . Bi b. lio te. con las sales iónicas.. 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. II.. MATERIAL Y METODOS. ica. 2.1 MATERIALES. Para el acondicionamiento de la materia prima se emplearon los materiales y. uí m. equipos que a continuación se detallan.  Materiales Reciclado de Pilas en desuso.. ría. 2.1.1 Preparación del material de estudio. Q. . ie. Se utilizó las pilas alcalinas voltaicas, en desuso, recicladas de domicilios.. en. El proceso de recuperación de las pilas consistió en: clasificación, desmantelamiento, molienda y separación magnética, las pilas requieren este. acuosa.. In g. tratamiento previo con el fin de mejorar la disolución de los metales en la fase. En la etapa de clasificación, las pilas de marca Panasonic es separado de otras. de. marcas de pilas, en el desmantelamiento, el polvo de la pila gastada es separada de la lata protectora, papel y plástico,. estos se cortaron. ca. manualmente con una tijera metálica.. lio te. El polvo de la pila agotada que consiste en la mezcla de los metales y de grafito, es chancado en un mortero para reducir su tamaño de partícula.. Bi b. Luego de la molienda, el polvo obtenido es mezclado con la lata, papel y plásticos, previamente cortados.. La masa que se obtiene al mezclar es pesada y posteriormente se extiende sobre una mesa, y se pasa un imán por encima de esta para extraer el fierro. Ya que el fierro es el contaminante principal en el tratamiento de la pila, luego se pesa la masa de fierro y la masa de la pila a tratar, siendo los pesos: 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.  Peso inicial:  W = 850 gramos de materia prima  W fe. = 191.25 gramos = 658.75 gramos. uí m.  W m.p a tratar. ica.  Peso final:. La materia prima obtenida es secada mediante una estufa a 75ºC por 15. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. minutos aproximadamente, y es almacenado en un desecador.. 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. 2.2 MÉTODOS. ica. 2.2.1 Metodología de trabajo.  Adaptación de los equipos para un buen funcionamiento.. uí m.  Preparación del material a usar..  Trituración de la pila hasta obtener una masa.. Q.  Se pesó la masa de la pila..  Se adicionó las sales iónicas a la masa de la pila a tratar y se. ría. colocó en un crisol.. ie.  Se calentó el sistema hasta que se fundió.. en.  Se dejó enfriar la masa a temperatura ambiente.  Se adicionó agua destilada y se dejó reposar por 24 horas, para. In g. extraer los metales.  Filtrar la muestra.. de.  El líquido obtenido se analizó zinc y manganeso por absorción. Bi b. lio te. ca. atómica y espectrofotometría respectivamente.. 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. 2.2.2 Ensayos experimentales. ica.  Volumen de H2O Para la determinación del volumen de agua se realizó ensayos a. cada ensayo se preparó de la siguiente manera:. uí m. volúmenes de 6, 50, 100, 150, 200 y 400 ml de agua destilada. Para. Q. Se pesó la materia prima y adiciona las sales iónicas en un crisol. Se calentó el sistema hasta una temperatura predeterminada. Terminada. ría. la reacción se deja enfriar a temperatura ambiente y luego se adiciono diferentes cantidades de agua destilada, se filtró y el líquido obtenido. ie. se analiza por espectrofotometría visible para el manganeso y. en. absorción atómica para el Zinc.. In g.  Temperatura de reacción. Para la determinación de la temperatura se realizó ensayos a 170, 190. de. y 220ºC.. ca.  Tiempo de reacción. Para la determinación del tiempo se realizó ensayos a 5, 15, 30, 60,. lio te. 180 minutos y temperaturas de 170, 190 y 220ºC.. Bi b.  Sales iónicas. Para determinar la influencia de las sales iónicas se realizó ensayos con porcentajes de 1, 15, 20, 25, 50 % a temperaturas de 170, 190, 220ºC.. 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. 2.2.3 Diagrama de flujo del tratamiento de las pilas. En la figura 1. Se muestra las etapas del proceso de tratamiento de las pilas, desde la. Desmantelamiento. Trituración. Q. Pila. uí m. ica. materia prima, la reacción con las sales iónicas hasta el análisis del producto final.. ría. Secar masa de la pila. Extracción del Fe con Imán. In g. Enfría. Análisis. Adición de H2O Lixiviación. Filtración. lio te. ca. de. Tratamiento Adición de sales. en. ie. Molienda. Bi b. Figura 1. Flujo de operaciones para el proceso de tratamiento de las pilas. 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. III.. RESULTADOS. ica.  Determinación de la proporción de sales iónicas:. El punto de fusión de las sales iónicas puras es muy elevado, pero mezclado en. uí m. proporciones adecuadas se pueden reducir el punto de fusión. En ese sentido, se. realizaron trabajos para establecer la proporción de las sales iónicas KNO3-. Q. NaNO3-KHSO4 que tengan el menor punto de fusión.. ría. Las sales utilizadas tienen muchas propiedades favorables como: alta estabilidad. ie. térmica, bajo costo y escasa toxicidad.. % de masa. In g. % de masa. en. Tabla 1. Temperatura de fusión de sales NaNO3-KNO3. KNO3. (°C). 100. -----. 307. -----. 100. 337. 90. 10. 260. 80. 20. 250. 70. 30. 245. 60. 40. 225. 50. 50. 235. 40. 60. 245. 20. 80. 255. 10. 90. 270. de. NaNO3. ca lio te Bi b. Temperatura. Fuente: datos experimentales realizados en Laboratorio de Catálisis Adsorbentes y Materiales de la Facultad de Ingeniería Química.. 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. 350 330 310. ica. 270 250 230. uí m. temperatura °C. 290. 210 190. 150 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. Q. 170 70. 80. 90. 100. ie. ría. → NaNO3 KNO3←. en. Figura 2. Temperatura de fusión de mezcla de sales NaNO3-KNO3. In g. Se realizaron ensayos para determinar la proporción entre las sales de NaNO 3KNO3, con la cual se obtiene el punto más bajo de fusión. Los resultados que se. de. muestran en la tabla 1 figura 2, indican que para la proporción de 60% de NaNO3 y 40% de KNO3, se requiere una temperatura de 225ºC. El valor obtenido. Bi b. lio te. ca. concuerda con el reportado por Bergman (45) quien indica el valor de 220ºC.. 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. Para el sistema ternario propuesto, se realizan ensayos a diferentes proporciones. ica. de KNO3, NaNO3, KHSO4, las cuales se presentan en la tabla 2.. uí m. Tabla 2. Temperatura de fusión de mezcla de sales NaNO3-KNO3- KHSO4. % de masa % de masa % de masa Temperatura KNO3. KHSO4. (°C). 100. -----. -----. 307. -----. 100. -----. -----. -----. 100. 195. 60. 20. 20. 145. 30. 20. 50. 140. 30. 10. 60. 130. 10. 30. 60. 115. 20. 20. 60. 125. 20. 70. 135. 10. 80. 150. 10. 337. ría. ie. en. In g. 10. Q. NaNO3. de. Fuente: datos experimentales realizados en Laboratorio de Catálisis. ca. Adsorbentes y Materiales de la Facultad de Ingeniería Química.. Los resultados muestran que para las proporciones en fracciones molares de 10%. lio te. NaNO3, 30% KNO3, 60% KHSO4 se alcanza la temperatura más baja de 115ºC, siendo ésta el punto eutéctico de la mezcla.. Bi b. Como se puede ver, adicionar KHSO4 al sistema de NaNO3-KNO3 la temperatura. de fusión de la mezcla binaria se reduce considerablemente de 225ºC a 115ºC.. 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. EXTRACCIÓN DEL ZINC  Solubilidad del zinc después de la reacción con las sales iónicas. ica. Tabla 3. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del. Volumen de. Materia. Temperatura. agua (mL). Prima (g). (°C). 6. 3,0001. 220. 50. 3,0001. 220. 100. 3,0006. 220. 150. 3,0007. 200. 3,0006. ría. uí m. zinc después de la reacción. % Zinc. 400. 3,0005. extraído. Q. 0,45 4,62 7,72. 13,07. 220. 21,53. 220. 25,64. In g. en. ie. 220. 100. de. 60. ca. % de Zn extraido. 80. lio te. 40. 20. 0. Bi b. 0. 50. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450. volumen (ml). Figura 3. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del zinc después de la reacción.. 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. Se estudia la cantidad de agua necesaria para lixiviar el zinc después de la etapa de reacción con las sales iónicas. Los resultados que se muestra en la tabla 3 y gráfica 3, Se observa que la. ica. extracción de zinc se incrementa en forma lineal a la cantidad de adición de agua,. hasta los 200 ml, en la cual presenta un punto de inflexión manteniéndose. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. uí m. constante hasta 400ml con una extracción promedio del 25% del zinc.. 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.  Influencia de la temperatura de reacción. El estudio de la temperatura es un factor importante desde el punto de vista de la. ica. cantidad de energía necesaria para hacer reaccionar las sales con la materia prima. uí m. y así recuperar el zinc como compuestos solubles en agua.. Como temperatura de referencia se considera a 190ºC y otras dos temperaturas de. Q. 170ºC y 220ºC.. 190. 40. 30 25. 22.6. 23.1. 170. 190. 21.5. lio te. % de Zinc extraido. ca. 35. 21,5. de. 50 45. 23,0. In g. 220. 22,5. en. 170. ie. ría. Tabla 4. Influencia de la temperatura en la extracción del zinc.. 20 15. Bi b. 10. 5 0. 220. Temperatura ºC. Figura 4. Influencia de la temperatura con la extracción del zinc. 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. Los resultados que se presentan en la tabla 4 y gráfica 4, muestran que, desde el punto de vista de la energía de activación que necesita la reacción, la energía que. ica. se suministra a 170ºC es suficiente, e incrementar más la temperatura no genera un incremento significativo en la extracción del zinc.. uí m. Desde el punto de vista cinético si el aumento de temperatura necesita mayor o. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. Q. menor tiempo se discutirá en el siguiente ítem.. 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.  Influencia de tiempo de reacción Se estudia el tiempo necesario para alcanzar la máxima extracción del zinc a. ica. diferentes temperaturas, de manera que el zinc pase a su estado soluble.. uí m. Tabla 5. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a temperatura de 170ºC. Materia Prima. Tiempo (min). extraído. Q. (g). % zinc. 18,51. 3,0004. 15. 3,0006. 30. 3,0001. 60. 3,0003. 180. 23,59. ría. 5. 22,56 24,1. 17,43. In g. en. ie. 3,0005. Tabla 6. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a. de. temperatura de 190ºC.. Materia Prima. Tiempo (min). extraído. 3,0003. 5. 17,59. 3,0006. 15. 22,64. 3,0005. 30. 23,07. 3,0012. 60. 18,45. 3,0007. 180. 25,64. Bi b. lio te. ca. (g). % zinc. 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. Tabla 7. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del zinc a. Materia. Tiempo (min). extraído. uí m. Prima (g). % zinc. ica. temperatura de 220ºC.. 5. 19,49. 3,0005. 15. 26,66. 3,0006. 30. 21,53. 3,0001. 60. 3,0001. 180. Q. 3,0002. 20,00. en. ie. ría. 18,97. 100. In g. 60. de. % Zn extraido. 80. 40. ca. 20. lio te. 0. 50. 100. 150. 200. tiempo (min) 170. 190. 220. Bi b. 0. Figura 5. Influencia del tiempo y temperatura de reacción en la extracción del zinc.. 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. Los resultados que se observan en la tabla 5, 6, 7 y figura 5 muestran que, la formación de compuesto de zinc soluble en agua, se da en los primeros 15. ica. minutos con un promedio de extracción de 25%, a mayores tiempos de reacción la extracción del zinc no se incrementa significativamente hasta los 180 minutos,. uí m. como se indicó anteriormente tampoco existe una diferencia significativa en la extracción del zinc entre las temperaturas de 170ºC y 220ºC. Esto probablemente. Q. se debe a que en los compuestos inorgánicos para la formación de nuevos. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. compuestos y/o fases se requieren mayor temperatura y tiempo de reacción.. 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.  Influencia de las sales iónicas en la extracción del zinc.. uí m. estudiar la influencia de las mismas en la extracción del zinc.. ica. Se realizaron experimentos con diferentes porcentajes de sales iónicas, para. Tabla 8. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción de 170ºC. Materia. % de sal. (min). Prima (g). 30. 3,0006. 50. 30. 3,0006. 25. 30. 3,0009. 20. 30. 3,0007. 30. 3. % zinc. Q. Tiempo. extraído. ría. 23,585. ie. 22,56. en. 5. 14,356 11,795. In g. 1. 16,585. de. Tabla 9. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción de 190ºC. Materia. (min). Prima (g). 30. 3,0004. 50. 28,201. 30. 3,0005. 25. 23,073. 30. 3. 20. 17,949. 30. 3,0001. 5. 8,718. 30. 3,0003. 1. 8,922. Bi b. lio te. ca. Tiempo. % de sal. % zinc extraído. 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. Tabla 10. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción de 220ºC. Materia. % de sal. (min). Prima (g). 30. 3. 50. 28,205. 30. 3,0006. 25. 21,534. 30. 3,0004. 20. 17,946. 30. 3,0007. 5. 14,868. 30. 3,0005. 1. 11,793. ría. Q. uí m. extraído. en. ie. 100. In g. 80. 60. 40. de. % de Zn extraido. % zinc. ica. Tiempo. ca. 20. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. % de sal 170. 190. 220. Bi b. lio te. 0. Figura 6. Extracción del zinc en función del porcentaje de sales y temperatura de reacción.. 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. Los resultados que se observan en la tabla 8, 9, 10 y figura 6 muestran que la lixiviación del zinc crece linealmente hasta una adición del 25% de las sales. ica. iónicas, alcanzando una de extracción del 22% de zinc, para adiciones de sales mayores de 25%, no hay un incremento significativo de extracción del zinc.. uí m. Si graficamos los mg zinc extraído/mg de sal utilizada, como se presenta en la tabla. 11, 12, 13 y figura 7, se observa que la eficiencia de las sales iónicas en el proceso. Q. de extracción decae exponencialmente para el zinc, desde 3 mg de extracción/mg de sal hasta 0.7 mg de extracción/mg de sal correspondiendo este último al 5% de la. ría. sal adicionada. A mayor incremento de adición de sal no se incrementa. ie. sustancialmente la extracción del Zinc.. en. Tabla 11. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc a temperatura de 170ºC.. % de sal 50 25 20 5 1. mg zinc extraído/mg sal 0,06 0,18 0,17 0,7 2,89. ca. de. In g. Tiempo (min) 30 30 30 30 30. lio te. Tabla 12. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción. Bi b. del zinc a temperatura de 190ºC. Tiempo (min) 30 30 30 30 30. % de sal 50 25 20 5 1. mg zinc extraído/mg sal 0,07 0,18 0,19 0,42 2,24. 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/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 13. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc a temperatura de 220ºC. Tiempo. % de sal. mg zinc. 50. 0,07. 30. 25. 0,17. 30. 20. 0,19. 30. 5. 0,72. 30. 1. 2,94. ie. ría. Q. 30. ica. extraído/mg sal. uí m. (min). en. 10. In g de. 6. 4. lio te. 2. ca. mg Zn extraido/mg sal. 8. 0. Bi b. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. % de sal. 170. 190. 220. Figura 7. Eficiencia de porcentajes de sales iónicas en la extracción del zinc.. 31 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/.

(43) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. EXTRACCIÓN DEL MANGANESO  Solubilidad del manganeso después de la reacción con las sales iónicas. ica. Tabla 14. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del. Materia Prima (g) 3,0001. Temperatura (°C) 220. 50. 3,0001. 220. 100. 3,0006. 220. 150. 3,0007. 220. 24,594. 200. 3,0006. 220. 33,487. 400. 3,0005. 19,826. ie. ría. 21,876. 35,567. en. 220. In g de. 80. % Mn extraido. % Manganeso extraído 5,641. Q. Volumen de Agua (mL) 6. 100. 60. uí m. manganeso después de la reacción.. ca. 40. lio te. 20. 0. Bi b. 6. 50. 100. 150. 200. 400. volumen (ml). Figura 8. Influencia del volumen de agua en la lixiviación del Manganeso después de la reacción.. 32 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/.

(44) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Como se observa en la figura 8 y la tabla 14, los resultados muestran que la extracción del manganeso aumenta linealmente conforme se adiciona el agua,. ica. hasta los 50mL, de allí en adelante presenta un punto de inflexión donde se mantiene constante hasta los 150mL, luego hay un incremento del 24.6%. uí m. manganeso al 33.5% manganeso hasta los 200mL, manteniéndose constante hasta los 400ml con una extracción de 35% manganeso.. Q. En los ensayos posteriores se utiliza 200mL de agua destilada para la lixiviación. Bi b. lio te. ca. de. In g. en. ie. ría. del manganeso, la cual es similar a la utilizada para el zinc.. 33 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/.

(45) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Influencia de la temperatura de reacción. % extracción. (°C). manganeso. 170. 22,56. 190. 25,98. 220. 33,49. ría. Q. uí m. Temperatura. ica. Tabla 15. Influencia de la temperatura con la extracción del manganeso.. 50. ie 25.98. 22.56. 20. de. 10. 0. en. 30. 33.49. In g. % Mn extraido. 40. 190. 220. Temperatura ºC. ca. 170. lio te. Figura 9. Influencia de la temperatura con la extracción del manganeso.. Los resultados que se presentan en la tabla 15 y figura 9, muestran que la. Bi b. extracción del manganeso crece proporcionalmente con el incremento de la temperatura, alcanzando una extracción de 33.49% manganeso a una temperatura de 220ºC. Por lo que, se puede asumir que a mayor temperatura, se incrementa la extracción del manganeso.. 34 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/.

(46) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Influencia del Tiempo de reacción. Tiempo. % manganeso. Prima (g). (min). extraído. 3,0005. 5. 14,357. 3,0004. 15. 16,408. 3,0006. 30. 22,555. 3,0001. 60. 21,196. 3,0003. 180. 19,143. ría. Q. uí m. Materia. ica. Tabla 16. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 170ºC.. Prima (g). % manganeso. (min). extraído. 5. 18,46. 3,0006. 15. 19,825. 3,0005. 30. 25,979. 3,0012. 60. 24,606. 3,0007. 180. 23,242. ca. de. In g. 3,0003. Tiempo. en. Materia. ie. Tabla 17. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 190ºC.. Bi b. lio te. Tabla 18. Influencia del tiempo de reacción en la extracción del manganeso a temperatura de 220ºC. Materia. Tiempo. % manganeso. Prima (g). (min). extraído. 3,0002. 5. 19,144. 3,0005. 15. 20,509. 3,0006. 30. 33,487. 3,0001. 60. 28,033. 3,0001. 180. 24,615. 35 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/.

(47) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 100. ica. 60 40. uí m. % Extraccion Mn. 80. 20. 0. 50. 100. 200. ría. Tiempo (min). 150. Q. 0. 190ªC. 220ªC. ie. 170ªC. Figura 10. Influencia de la temperatura y tiempo de reacción en la extracción del. In g. en. manganeso.. En la tabla 16, 17, 18 muestra las condiciones del tiempo y temperatura a las. de. cuales se realizaron los ensayos para la extracción del manganeso. Los resultados obtenidos que se presentan en la figura 10, muestra que la mayor. ca. extracción del manganeso, se alcanzó en un tiempo de 30 minutos y la. lio te. temperatura de 220ºC, con una extracción mayor al 30 % de manganeso, de allí en adelante, hay un punto de quiebre donde la extracción del manganeso decae en un 6% y posteriormente se mantiene constante. De acuerdo a estos resultados el. Bi b. tiempo necesario para la reacción de las sales iónicas con la materia prima es de 30 minutos, y que más tiempo de contacto no es necesario.. 36 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/.

(48) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Influencia de las sales iónicas en la extracción del manganeso. Tabla 19. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales. Tiempo. Materia. % de sal. %Manganeso. (min). Prima. 30. 3,0006. 50. 47,17. 30. 3,0006. 25. 22,56. 30. 3,0009. 20. 18,456. 30. 3,0007. 5. 10,938. 30. 3. 1. Q. uí m. extraído. ica. y temperatura de reacción a 170ºC.. ría. 8,205. ie. Tabla 20. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales. en. y temperatura de reacción a 190ºC. Materia. % de. %Manganeso. (min). Prima. sal. extraído. 3,0004. 50. 59,479. 3,0005. 25. 25,979. 3. 20. 19,145. 30. 3,0001. 5. 8,205. 30. 3,0003. 1. 9,572. 30 30. ca. de. 30. In g. Tiempo. lio te. Tabla 21. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales. Bi b. y temperatura de reacción 220ºC. Tiempo. Materia. % de sal. % Manganeso. (min). Prima. 30. 3. 50. 56,08. 30. 3,0006. 25. 33,487. 30. 3,0004. 20. 21,877. 30. 3,0007. 5. 18,457. 30. 3,0005. 1. 12,306. extraído. 37 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/.

(49) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ica. 100. uí m. 60 40. Q. % Mn extraido. 80. 0 10. 20. 30. 50. 60. 220. en. 170. % de sal 190. 40. ie. 0. ría. 20. Figura 11. Extracción del manganeso en función del porcentaje de sales y temperatura. In g. de reacción.. de. Los resultados obtenidos que se observan En la tabla 19, 20, 21 y figura 11, muestra que la extracción del manganeso crece en forma lineal a la adición de las. ca. sales iónicas, dando una extracción cerca del 60% manganeso con una adición del. lio te. 50% de sales, por lo que en este caso la adición de las sales iónicas influyen. Bi b. significativamente en la extracción del manganeso.. 38 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/.