Influencia de la relación de materia prima / solvente en la extracción de magneso de pilas alcalinas utilizando ácido acético y ácido cítrico

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. Qu. ím. ica. UN T. ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL. en ier ía. “INFLUENCIA DE RELACIÓN MATERIA PRIMA / SOLVENTE EN LA EXTRACCIÓN DE MANGANESO DE PILAS ALCALINAS UTILIZANDO ÁCIDO ACÉTICO Y ÁCIDO CÍTRICO”. TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO. de. In g. AMBIENTAL. Autor:. Asesor:. Dr. AGUILAR QUIROZ, CROSWEL EDUARDO. Bi. bli. ot. ec. a. Br. MEDINA LLERENA, JUANA. Trujillo 2014. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. ím. ica. UN T. JURADO CALIFICADOR. en ier ía. Presidente. Qu. Dr. Mario E. Reyna Linares. In g. Mg. Paul H. Esquerre Pereyra. Dr. Croswel E. Aguilar Quiroz. Asesor. Bi. bli. ot. ec. a. de. Secretario. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. i. Qu. ím. ica. UN T. DEDICATORIA. A Dios,. en ier ía. Que habita en cada uno de nosotros, quien nos muestra sus propósitos de maneras inesperadas pero que dan sentido a nuestras vidas, me has enseñado que todo pasa por algún motivo y que todo en esta vida es prestado, lo que das es lo que recibes. ¡Gracias por el regalo de la vida!. A mi madre Cita D.,. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. Gracias por tu gran sacrificio, perseverancia y dedicación, nos inculcastes sólidos valores y virtudes, todo ello hoy cosechan sus frutos. Gracias por todo tu cariño y amor. Has formado grandes hijos que hoy serán grandes profesionales, no lo dudes.. A mi padre Alejandro, Por ser un buen amigo, por comprenderme y aconsejarme en todo momento. Me enseñaste que lo material no perdura son nuestras acciones las que nos identifican a lo largo del tiempo y que a pesar de todas las vicisitudes, la vida nos enseña a comprender que lo bueno existe. A mis hermanos María de los Ángeles, Álex y Francisco. Para con ustedes por siempre mi corazón y mi agradecimiento.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. en ier ía. Qu. ím. ica. UN T. ii. A mi familia,. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. A mi abuelita María Angélica Alfaro Saldaña, por ser el pilar de fortaleza en todas adversidades, gracias por acogernos en los momentos difíciles siempre con tu amor y comprensión, a mis valerosas tías, tíos y primos por su apoyo incondicional.. A mi Asesor,. Por su emblemática labor de enseñanza, dedicación y orientación, por el tiempo prestado a la causa de la investigación en esta prestigiosa universidad y la de la presente tesis.. A mis Amigos, Por su apoyo desinteresado, su compañía y comprensión en todo momento; para con Uds. mi eterna gratitud, sinceridad y amistad.. Ahora puedo decir que esta tesis lleva mucho de todos ustedes, ¡Gracias por estar siempre a mi lado!. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. iii. AGRADECIMIENTOS. UN T. Expreso mi más profundo agradecimiento al apoyo que se me brindó para la realización. del presente trabajo de tesis, al Jefe de Laboratorio de Catálisis, Adsorbentes y Materiales de la Universidad Nacional de Trujillo, el Dr. Croswel Eduardo Aguilar. ica. Quiroz, quien se comprometió intensamente con esta investigación, y al técnico de. ím. Laboratorio de Catálisis, el Sr. Jorge Alcántara Castillo.. Qu. Trujillo, 11 de abril del 2014.. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Br. Juana Medina Llerena. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. iv. INDICE DE CONTENIDOS i iii iv v v vi vii viii. ica. UN T. DEDICATORIA AGRADECIMIENTOS INDICE DE CONTENIDOS INDICE DE FIGURAS INDICE DE TABLAS INDICE DE GRAFICOS RESUMEN ABSTRACT. ím. CAPITULO I INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 01. Equipos, Materiales y Reactivos ............................................................................ 12 Seguridad ................................................................................................................. 13 Procedimiento ......................................................................................................... 14 Diseño Experimental ............................................................................................... 18. en ier ía. I. II. III. IV.. Qu. CAPITULO II MATERIALES Y MÉTODOS....................................................................................... 12. CAPITULO III RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................... 19 ACIDO ACÉTICO. Variación del pH durante el tiempo de agitación .................................................... 19 Tiempo de reacción ................................................................................................ 22 Influencia de la relación de la materia prima/ agua ................................................. 27 Influencia de la concentración de ácido acético ...................................................... 30. In g. I. II. III. IV.. a. Variación del pH durante el tiempo de agitación ................................................... 32 Tiempo de Reacción ............................................................................................... 35 Influencia de la relación materia prima/ agua ........................................................ 37 Influencia de la concentración de ácido cítrico ....................................................... 39. ec. I. II. III. IV.. de. ACIDO CÍTRICO. ot. CAPITULO IV CONCLUSIONES .......................................................................................................... 41. bli. CAPITULO V RECOMENDACIONES ................................................................................................ 42. Bi. CAPITULO VI REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 43 CAPITULO VII ANEXO N° 1 ................................................................................................................. 46 ANEXO N° 2 ................................................................................................................. 55 ANEXO N° 3 ................................................................................................................. 56. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. v. INDICE DE FIGURAS. ím. INDICE DE TABLAS. ica. UN T. Figura N° 1 : Diagrama de la sección transversal de una batería alcalina .................... 05 Figura N° 2 : Tipos de pilas alcalinas ............................................................................ 14 Figura N° 3 : Diagrama del proceso físico de separación de los componentes de las pilas alcalinas ...................................................................................... 15 Figura N° 4 : Sistema de agitación materia prima / solvente ; filtración de la muestra ............................................................................................... 17 Figura N° 5 : Almacenamiento de muestras de ácido acético ........................................ 17. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. Tabla N° 1 : Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación ........................................................................................... 20 Tabla N° 2 : Variación de la extracción de Mn en función del pH final del sistema .............................................................................................. 21 Tabla N° 3 : Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación ............................. 22 Tabla N° 3A: Extracción de Mn a diferentes tamaños de partícula .............................. 24 Tabla N° 3B: Extracción de Mn con ácido sulfúrico y/o ácido ..................................... 25 Tabla N° 4 : Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de manganeso ............................................................................................... 28 Tabla N° 5 : Extracción de manganeso a diferentes concentraciones de ácido acético ...................................................................................................... 30 Tabla N° 6 : Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación ............................................................................................ 33 Tabla N° 7 : Variación de la extracción de Mn en función del pH final del sistema .............................................................................................. 34 Tabla N° 8 : Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación .............................. 35 Tabla N° 9 : Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de manganeso .............................................................................................. 37 Tabla N° 10: Extracción de manganeso a diferentes concentraciones de ácido cítrico ......................................................................................... 39. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. vi. INDICE DE GRÁFICOS. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. Qu. ím. ica. UN T. Gráfica N° 1 : Variación del pH Final del sistema a diferentes tiempos de agitación ................................................................................................ 20 Gráfica N° 2 : Variación de la Extracción de Mn en Función del pH Final del Sistema.............................................................................................. 21 Gráfica N° 3 : Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación ............................. 23 Gráfica N° 4 : Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de manganeso ............................................................................................. 29 Gráfica N° 5 : Extracción de manganeso a diferentes concentraciones de ácido acético .................................................................................................... 31 Gráfica N° 6 : Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación ................................................................................................ 33 Gráfica N° 7 : Variación de la extracción de Mn en función del pH final del sistema ............................................................................................. 34 Gráfica N° 8 : Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación ............................. 36 Gráfica N° 9 : Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de manganeso .............................................................................................. 38 Gráfica N°10: Extracción de manganeso a diferentes concentraciones de ácido cítrico ......................................................................................... 40. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. vii. UN T. RESUMEN. Se ha estudiado la extracción de Mn procedente de pilas alcalinas, utilizando los ácidos. orgánicos ácido acético y ácido cítrico. Los ensayos se realizaron en el Laboratorio de Catálisis, Adsorbentes y Materiales de la Facultad de Ingeniería Química. El proceso de. ica. extracción fue por lixiviación con los ácidos orgánicos, estudiándose la variación de pH,. tiempo de reacción, influencia de relación materia prima/agua y concentración de ácido. ím. orgánico. La concentración de Mn fue leída en un espectrofotómetro marca PRIM serie 3522 Los resultados muestran que el pH de la solución varía con el grado de extracción. Qu. de Mn, el Manganeso que se encuentra como Mn2+ es lixiviable, con 0.5 L de agua se alcanzan las mayores extracciones, siendo éste un punto de inflexión. Las mayores extracciones de Mn se alcanzan a 25° C, 125 rpm de agitación, 15 horas de contacto y. 0.43 M.. 7g/0.5L y 3.15 M, para el para el ácido cítrico 3g/0.5L y. en ier ía. para el caso del CH3COOH. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. Palabras clave: Lixiviación, Mn, ácido acético, ácido cítrico. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. viii. "RELATION FEEDSTOCK / SOLVENT INFLUENCE ON EXTRACTION MANGANESE WITH ACETIC ACID AND CITRIC ACID, FROM SPENT. UN T. ALKALINE BATTERIES ". ica. ABSTRACT. ím. It was studied Mn removal from spent batteries alkaline with acetic acid and citric acid as organic acids. Assays were performed in Laboratory of Catalysis, Adsorbents and. Qu. Materials, Chemical Engineering Faculty. The process extraction was leached with organic acids. It was studied influence of pH, reaction time, ratio influence feedstock / water and organic acid concentration. Mn concentration was read in. a. en ier ía. spectrophotometer Marca PRIM serie 3522. The results show that pH solution change with degree Mn extraction. It found that is leachable only Mn2+. The higher extraction is reached with 0.5 L of water and it is inflection point. The best conditions for Mn extraction were 25 °C,125 rpm agitation, 15 hours of contact and for CH3COOH 3.15M. de. In g. and 7g/0.5L, but for citric acid for 0.43 M and 3g/0.5L. Bi. bli. ot. ec. a. Keywords: Leaching, Mn, acetic acid, citric acid. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 1. CAPITULO I. UN T. INTRODUCCION. En las últimas décadas el hombre consume masivamente sus recursos en su afán expansionista, dejando como consecuencia una gran cantidad de material de. ica. desecho producto de sus actividades diarias, creándose hoy en día un problema. ím. inevitable en las todas las urbes denominado : “residuos sólidos”.. Los residuos sólidos son sustancias, productos o subproductos en estado sólido o. Qu. semisólido de los que su generador dispone, o está obligado a disponer, a través de un sistema que incluya procesos tales como: minimización de residuos,. en ier ía. segregación en la fuente, transporte, transferencia y disposición final, entre otros, siguiendo los lineamientos establecidos en la normatividad nacional y tomando en cuenta los riesgos que causan a la salud y el ambiente. (MINAM, 2011).. Las fuentes de generación de residuos sólidos: hogares, mercados, centros educativos, comercios, fábricas, centros educativos, comercios, fábricas, vías. In g. públicas, restaurantes, hospitales, entre muchos más.. de. En el Perú, actualmente el aumento de los residuos sólidos se debe al crecimiento poblacional con hábitos de consumo inadecuados y educación ambiental precaria, procesos migratorios desordenados, flujos comerciales insostenibles, inadecuado. a. manejo de gestión de residuos sólidos por parte de algunas municipalidades, entre El. alto. ec. otras.. crecimiento. urbano. de. la. población. genera. residuos. ot. aproximadamente del orden de 0.529 Kg./hab./día. (Fonam, 2013). bli. Según la normatividad peruana, Ley N° 27314, los residuos sólidos se clasifican. Bi. según su origen:. a. Residuos domiciliarios: tenemos a los residuos tales como vidrio, plástico, papel y cartón, materia orgánica, textiles, metales entre otros.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 2. b. Residuos. comerciales:. tenemos. residuos. emitidos. por mercados,. UN T. restaurantes, supermercados, bazares, bancos, oficinas y bares.. c. Residuos de limpieza de espacios públicos: tenemos barrido, limpieza de pistas, limpieza de plazas, limpieza de parques y de otras áreas públicas.. ica. d. Residuos industriales: están residuos de la industria manufacturera,. ím. minera, química y pesquera.. e. Residuos de Actividades de Construcción: desmontes de demolición,. Qu. residuos constructivos como puertas, ventanas, vigas, artefactos sanitarios, revestimientos y similares, todos desechados de obras antiguas.. en ier ía. f. Residuos Agropecuarias: son aquellos generados en el desarrollo de las actividades agrícolas y pecuarias. Estos residuos incluyen los envases de fertilizantes, plaguicidas, agroquímicos diversos, entre otros.. g. Residuos de establecimientos de salud: contienen residuos de hospitales,. In g. clínicas, centros de salud, laboratorios y consultorios.. h. Residuos de Instalaciones o Actividades Especiales: son aquellos residuos. de. generados de infraestructuras de gran dimensión y complejidad, tenemos a las plantas de tratamiento de agua para consumo humano, puertos,. a. aeropuertos, terminales terrestres, instalaciones navieras y militares,. ec. campañas sanitarias, etc.. ot. DIGESA, 2006; dentro la Gestión de Residuos Peligrosos en el Perú, establece la. bli. sub clasificación:. Bi. . . Residuos No Peligrosos: aquellos que al manipularse no representan riesgos a la salud y al ambiente.. Residuos Peligrosos: aquellos que por sus características intrínsecas representan riesgos a la salud y al ambiente y tienen las siguientes. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 3. características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o. UN T. biológico-infecciosas. A diferencia de la mayor parte de los residuos naturales de procesos de consumo, los desechos metálicos no pueden ser descuidados dado que estos no se desintegran por contener metales pesados como cromo, cobre, cadmio, mercurio,. ica. plomo, etc.. ím. Los principales generadores de residuos metálicos provienen del sector industrial: papel, imprentas, manufactura de cosméticos, agentes de limpieza, manufactura de. Qu. metales talleres mecánicos, etc., los cuales utilizan una grandes volúmenes de solventes, ácidos, pinturas, ácidos y bases que contienen metales pesados. (Zhang. en ier ía. et.al, 2012). A. Toxicidad de metales pesados:. 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. In g. síntomas son alucinaciones, olvidos y daños en los nervios, embolia de los pulmones y bronquitis, y en las plantas causa síntomas de toxicidad y deficiencia. Zinc: Causa Alteraciones hematológicas, Lesiones pulmonares en el Sistema. de. Respiratorio, Disturbios gastrointestinales, Lesiones en el páncreas. Cadmio: Agente causante de enfermedades respiratorias y su presencia afecta a. ec. a. los sistemas nervioso y cardiovascular. Es además un posible compuesto cancerígeno. En la naturaleza se concentra en la vegetación.. ot. Litio: Es un neurotóxico y es tóxico para el riñón. La intoxicación por litio. bli. produce fallas respiratorias, depresión del miocardio, edema pulmonar y estupor. Bi. profundo. Daña al sistema nervioso, hasta provocar estado de coma e incluso la. muerte.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 4. Uno de los residuos metálicos que comúnmente tenemos en nuestras casas son las pilas y/o baterías las cuales representan una fuente de materiales peligrosos. UN T. cuando se desechan sin tratamiento adecuado. Las pilas representan un serio contaminante en términos de contenido de metales pesados al ser descartados de. ica. manera inapropiada (El Nadi et.al., 2006).. ím. B. Baterías. Las baterías suministran energía en muchos dispositivos electrónicos como. y eléctricas incluso los coches híbridos.. Qu. teléfonos, radios, algunas herramientas inalámbricas, juguetes, lámparas de mano. en ier ía. Una batería es un dispositivo electroquímico que convierte energía química contenida en sus materiales activos convirtiéndola en energía eléctrica, proporcionando de esta manera una energía eléctrica portátil con un amplio uso en diversos productos.. In g. La estructura básica de una batería o pila consiste en dos electrodos, (ánodo y cátodo), introducidos en una disolución conductora de la electricidad. de. (electrolito).La energía de la reacción química producida por óxido-reducción en la pila, genera la corriente eléctrica. (Almeida et al, 2006). ec. a. C. Componentes de una Batería. ot. Están compuestas principalmente de materiales ferrosos y componentes inertes (papel, plástico, etc.). La pasta contiene principalmente Mn, Zn, C; que. bli. representan el 60 % de toda la pila y pequeñas cantidades de otros metales como. Bi. Cd, Cu, Ni, metales alcalinos (Na, K), metales alcalinos térreos (Ca, Mg), dióxido de Silicio (Si O2) y sales solubles en forma de electrolito (NH4Cl, ZnCl2, KOH) que en su mayoría son desprendidos durante el lavado con agua. (Buzatu et al., 2012). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 5. Veloso et al., (2007), mediante análisis de fluorescencia de rayos “X”, reporta que las pilas alcalinas están compuestas predominantemente por C, Mn, Zn y K,. UN T. además otros metales: Fe, Ti, Si, Cd, Al y S como óxidos en menor porcentaje respecto a la totalidad del polvo de pila.. La cantidad de Mn en las baterías alcalinas es variado, así tenemos que, Veloso et. ica. al., (2007), reporta entre el 26 a 33%, Bueno et al., (2004) reporta Mn en 45%.,. Belardi et al., el 40.9% de Mn, De Michelis et al., (2007) el 33.59% de Mn y. In g. en ier ía. Qu. ím. Furlani et al., (2009) el 27.65% de Mn.. Fuente: Shin M., Senanayake G., Kim T., 2009.. de. FigN°1.- Diagrama de la sección transversal de una batería alcalina (Zn-MnO2). a. D. Tipos de Pilas. ec. a) Pila Primaria. Son las pilas comunes generalmente de forma cilíndrica del tipo: zinc- carbón,. ot. litio y las alcalinas. Estas pilas no pueden ser recargadas, ya que se basan en. Bi. bli. sistemas electroquímicos irreversibles. Entre este tipo de pilas tenemos:. a.1.) Pila Leclanché o Pila Seca: Pila de zinc-carbono, que usa una celda llamada celda Leclanché seca, genera un voltaje nominal de 1,5 voltios, similar a las pilas alcalinas (debido a que ambas usan la misma combinación zinc-dióxido de manganeso).. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 6. UN T. a.2.) Pila Alcalina (Zn- MnO2): Es muy potente, tiene aproximadamente la capacidad de 3,5 pilas secas. Ha sido mejorado con el tiempo y ahora. posee mucho menor contenido de metales pesados que en sus comienzos.. Obtienen su energía de la reacción entre el zinc y el dióxido de. ica. manganeso (Zn/MnO2), empleando hidróxido de potasio como electrolito. Las semi-reacciones son: (. ( ). (). ( ). (). (. ). Qu. ( ). ). ím. ( ). a.3.) Pilas de Botón: Utilizados en aparatos muy pequeños o de bajo consumo de energía, por su poca capacidad. Hay varios tipos:. mercurio.. en ier ía. - Pila de zinc-óxido de mercurio: Conocida normalmente como pila de. - Pila de óxido de plata: La más utilizada es la pila de litio, es más grande y plana que las otras, además de ser más potente y duradera.. In g. b) Pila Secundaria. Están basadas en sistemas reversibles y pueden ser recargarse externamente. La. de. mayoría de los casos están compuestas por ácidos, álcalis, sales irritantes y metales. (Rogulski et al., 2006 ; Pereira et al., 2006).. a. b.1.) Pilas Níquel-Cadmio (Ni-Cd): Son los acumuladores estándar. Contienen. ec. entre 15% y 20% de cadmio y proporcionan una corriente de 1,2 V. Tienen una. ot. vida mucho más corta que los NiMH.. Bi. bli. Las Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd) operan de acuerdo a la reacción química: (. ). (. ). b.2.) Pilas Níquel-Metal-Hidruro (NiMH): El cadmio ha sido reemplazado por el hidrógeno, tienen una potencia energética entre 20 y 30 % mayor que los de. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 7. Ni-Cd. Presentan mayor longevidad y no tienen efecto memoria, es decir que. inconveniente de no soportar temperaturas superiores a 45ºC.. UN T. podemos recargarlos en cualquier momento sin que se malogren. Tienen el. Batería de níquel-metal hidruro (NiMH) funciona de acuerdo a la química: ). ica. (. b.3.)Pilas Ion-Litio (Li-Ion): Son utilizados para teléfonos móviles,. ím. ordenadores portátiles o cámaras de vídeo. Ofrecen una gran capacidad energética a pesar de su tamaño y peso. Tienen un alto costo económico de. en ier ía. Qu. producción. Una de las reacciones químicas de éste tipo de pilas es:. b.4.)Pilas Plomo-ácido. Normalmente utilizadas en automóviles, sus elementos constitutivos son ánodos de plomo y cátodos de óxido de plomo y ácido. In g. sulfúrico como medio electrolítico. La reacción química está representada por:. de. Independientemente de la clasificación, los tipos de pilas más usadas son las pilas de Zinc- Manganeso (Zn- Mn), Níquel- Cadmio (Ni-Cd) y Plomo- Ácido. Estas pilas. a. contienen metales peligrosos como Hg, Cd, Pb, Ni, Mn, que cuando se eliminan de. ec. forma inadecuada pueden lixiviarse por los residuos de un relleno sanitario filtrándose en las aguas subterráneas, por ello en Estados Unidos, Países Europeos y Japón las pilas. ot. y baterías (acumuladores), son considerados residuos peligrosos (Rogulski et al., 2006;. Bi. bli. De Michelis et al., 2007; Avraamides et al., 2006; Pereira et al., 2006).. En las últimas dos décadas, se han desarrollado diferentes procesos para reciclar los compuestos de las pilas. La mayor parte del contenido de la pila puede ser técnicamente extraída por procesos de recuperación de metales. (Silva et al., 2005). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 8. Tratamientos previos de las pilas antes de proceder a recuperar los metales pesados son descritos por:. UN T. Silva et al., 2005, el tratamiento previo consiste en un proceso de separación. física de las pilas que incluye: desmantelamiento de la pila, separación el polvo. de los otros componentes (trozos de hierro, plástico y papel), trituración y. lixiviación (por métodos hidrometalúrgicos).. ica. molienda del polvo para homogenizar la muestra, luego realizar las etapas de. ím. Buzatu et al., 2012, las baterías usadas son cortadas y trituradas, luego se realiza una separación magnética del Fe. La fracción no magnética de la pasta se. Qu. hace pasar por diferentes tamaños de tamices. Al final se tiene un material magnético y otro no magnético, trabajándose esencialmente con el material no. en ier ía. magnético.. Los procesos utilizados para la recuperación de los metales en pilas son básicamente procesos de tipo Pirometalúrgico y/o Hidrometalúrgico.. In g. E. Procesos Pirometalúrgicos. Trabajos que utilizan procesos Pirometalúrgicos son: Rogulski et al. , 2006, define este proceso como aquel que se asocia a la. de. producción de aleaciones de ferromanganeso u otras aleaciones metalúrgicas. Este tratamiento utiliza altas temperaturas y bajas presiones en unos hornos. a. especiales para pirolisis. Con ello eliminan compuestos orgánicos y mercurio de. ec. los residuos de las baterías.. ot. Ferella et,al., 2008, reciclan todo tipo de batería excepto las de Ni-Cd. Estas baterías son pirolizadas a una temperatura de 700ºC y el mercurio se recupera. bli. por destilación. Los componentes metálicos se reducen y se funde en el horno a. Bi. 1500 ºC a lo cual llaman proceso BATREC. Industria Batrec AG (Suiza), opera una planta industrial para el reciclaje de las pilas secas usadas, con una capacidad de producción de alrededor de 3,200 toneladas al año. El proceso BATREC es utilizado para recuperar Cd de las. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 9. baterías de Ni-Cd por volatilización a temperaturas de 900ºC con una pureza de 95%, pero los metales de níquel y cobalto generalmente no se recuperan.. UN T. Belardi et al., 2012, recuperan Zn y Mn a partir de pilas de Zn-C y pilas alcalinas después de un tratamiento físico preliminar seguido de la eliminación. de mercurio por medio de un tratamiento térmico a 1200 º C por un tiempo de 30. ica. minutos. La recuperación de estos metales fueron de un 99% para Zn y un 86-. ím. 87% para Mn.. Qu. F. Procesos Hidrometalúrgicos. Los procesos Hidrometalúrgicos para extraer los metales pesados de las pilas son: Salgado et al., 2003, utiliza un proceso que implica el desmantelamiento de la. en ier ía. pila seguido por secado, molienda, tamizado y la lixiviación con 1% ácido sulfúrico. La extracción de Zn es cercana al 100% y la de manganeso del 40%. De Souza y Tenorio, 2004, describen otro procedimiento donde el Zn y dióxido de Mn se recuperan por extracción electrolítica simultánea, partir de la. In g. lixiviación de soluciones acuosas en ácido sulfúrico diluido, el cual está contenido en el mezclador magnético y con sistema de calefacción del polvo de pilas (previamente triturado); en el rango de temperatura entre 25º y 40º C. La. de. recuperación del Zn es total y del Mn en 40%. Silva et al., 2005, han propuesto un proceso en el que los metales son lixiviados. a. por ácido sulfúrico y peróxido de hidrogeno, siendo el Mn y Zn precipitados. ec. selectivamente. Se recupera un 60-70% del Zn y 40% para Mn, en este trabajo.. ot. Avraamides et al., 2006, emplea la lixiviación ácida con ácido sulfúrico en. presencia del peróxido de hidrógeno, recuperando 93% de Zn y 82% de Mn a. bli. 25ºC. Mientras la lixiviación alcalina la realiza con hidróxido de sodio. Bi. recuperando solo 80% de Zn. De Michelis et al., 2007, en sus estudios obtiene recuperación de Zn y Mn de las pilas alcalinas y de Zn-C en base a un proceso hidrometalúrgico. de. recuperación simultanea de ambos metales en presencia de ácido sulfúrico y. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 10. acido oxálico como reductor, obteniendo rendimientos de 70 % de Mn y de Zn mayores a 96 %.. UN T. Ferella et al., 2008, Recupera Zn y Mn de pilas alcalinas y pilas Zn-C con. soluciones de ácido sulfúrico a diferentes concentraciones y tiempos. Se alcanza 99% de extracción de Zn y 20% de Mn en dicho estudio.. ica. Shin et al., 2009, utiliza la vía hidrometalúrgica para la extracción de Zn a. partir de una lixiviación selectiva con hidróxido de sodio. En este proceso se. ím. obtiene una recuperación de Zn de 88% aproximadamente.. Provazi et al., 2010, utilizan la vía hidrometalúrgica para baterías Zn-Mn y Zn-. Qu. C; en donde comparan la precipitación selectiva con hidróxido de sodio y la extracción líquido- líquido con Cyanex 272 . Los mejores resultados se. de Zn y 88% de Mn.. en ier ía. obtuvieron a partir de la extracción líquido- líquido con una extracción del 99%. Buzatu et al., 2012, estudiaron la extracción de Zn y Mn de pilas alcalinas y ZnC por lixiviación en medio ácido y alcalino. Utilizando hidróxido de sodio como reactivo de lixiviación, se logra una extracción del 82% de Zn en pilas Zn- C y. In g. 64% de Zn en pilas alcalinas. Con ácido sulfúrico se obtuvo una extracción de Zn y Mn del 96%.. Furlani et al., 2009, trabajaron con una lixiviación ácida reductora del polvo de. de. baterías gastadas usando carbohidratos como agentes reductores. Según este. a. estudio, se obtiene una extracción completa de Zn y Mn.. ec. Sayilgan et al., 2009, investigan la eficacia reductora del ácido oxálico para la lixiviación de Mn y Zn procedente de pilas alcalinas y de Zn-C en ácido. ot. sulfúrico o ácido clorhídrico. Para la solución de ácido sulfúrico se obtuvo una extracción de 91% Mn y cercanas al 100 % para Zn. Para la solución de ácido. bli. clorhídrico se obtuvieron extracciones aproximadamente del 86% de Mn y 95%. Bi. de Zn. Zhu X. et al., 2013, propone un tratamiento de los componentes de las baterías gastadas tales como plomo en una solución acuosa de ácido acético. En este estudio PbO, PbO2 y PbO4 componentes principales de una pasta de pilas en cuanto a Pb se refiere, se hicieron reaccionar con una mezcla acuosa de citrato. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 11. de sodio y solución ácido acético. De acuerdo con los resultados experimentales se obtuvo una recuperación de contenido de “plomo” del 97%.. UN T. Como puede observarse en los procesos Pirometalúrgicos se utilizan altas temperaturas, mientras que los procesos Hidrometalúrgicos están basados en su mayoría en una lixiviación con ácido sulfúrico, que es contaminante.. ica. Es necesario generar alternativas tecnológicas innovadoras que utilizando procesos pirometalúrgicos y/o hidrometalúrgicos, permitan extraer de los. ím. metales en condiciones de menor consumo de energía, recursos y sobre todo minimizar la contaminación ambiental.. Qu. Así el daño ambiental puede evitarse si los desechos metálicos y otros residuos no recuperables son reciclados de manera adecuada, incentivando a que algunas. en ier ía. organizaciones se dediquen a la extracción y/o recuperación de metales a partir de estos residuos metálicos reciclados. Sin embargo, el problema de nuevas tecnologías de extracción no es investigado en nuestro país, siendo necesario trabajar en ello.. El Mn es un metal estratégico con usos en la fabricación de acero, aleaciones no. In g. ferrosos, pilas y/o baterías, entre otros. Entre el 85 al 90% de Mn se consume en la producción de acero inoxidable y aleaciones de hierro: ferromanganeso y silicomanganeso (Zhang et al., 2012); así mismo es utilizado en aleaciones para. de. evitar la corrosión de aluminio, aumentar el octanaje de combustibles, etc.. a. En el presente trabajo se propone extraer manganeso de las pilas, por lixiviación. ec. a condiciones ambientales con ácido acético o ácido cítrico. Estudiándose las variables: relación materia prima/ solvente, la materia prima son pilas y/o. ot. baterías alcalinas gastadas, recicladas domésticamente, marca PANASONIC tipo. Bi. bli. D, C, AA, AAA y DURACELL tipo D, C y AA.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 12. CAPITULO II. I.. UN T. MATERIALES Y MÉTODOS EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS Equipos 1 Balanza analítica OHAUS, sensibilidad 0.1 g.. . 4 Cocinas de agitación CIMAREC- Barnstead/Termolyne.. . 1 Campana extractora de gases.. . 1 Espectrofotómetro PRIM Light & Advanced, Secomam / Wavelength. ím. ica. . Qu. range 545nm. Serie 3522.. 1 Ph metro marca OAKTON pHMeter serie 35615.. . 1 Estufa marca THELCO mode 14.. Pilas en desuso, Panasonic tipo C,D, AA, AAA y Duracell tipo C,D, AA.. . Agua destilada.. . 05 Matraces de 150 mL marca PYREX.. . 05 Fiolas de 100 mL marca DURAN.. . 01 Pipeta de 5 mL marca LABBOX ± 0.25 ..   . 04 Lunas de reloj marca PYREX.. . 03 Probetas 25, 100, 500 mL marca PYREX.. . 08 Pliegos de papel filtro.. In g. . de. Materiales. en ier ía. . 04 Vasos de precipitación de 150, 400 y 600 mL marca PYREX ± 5% .. Bi. bli. ot. ec. a. 04 Crisoles pequeños marca COORS .. . 05 Embudos de plástico marca NALGENE PR. NALGE CO.. . 01 Piseta de plástico de 250 mL marca Fisher Cientific C.O.. . 02 Tijeras metálicas marca KAMASA.. . 02 Morteros de mano marca COORS.. . 02 Varillas de agitación (vidrio).. . 50 Botellas de vidrio de 475 mL.. . 04 Agitadores magnéticos de plástico.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 13. 01 Cubeta de plástico para espectrofotómetro.. . 10 Mascarillas y pares de guantes quirúrgicos.. . 07 Cintas de teflón.. UN T. . Reactivos. . Sulfito de sodio (G.R. y 99% pureza).. . Meta- peryodato de potasio (G.R. y 99% pureza).. . Ácido fosfórico (G.R. y 85 % pureza).. . Ácido Acético (G.R. y 99.98% pureza).. . Ácido Cítrico Monohidratado (G.R. y 91.4 % pureza).. Qu. ím. ica. Sulfato de potasio (G.R. y 97% pureza).. en ier ía. II.. . SEGURIDAD. El proceso representa un tratamiento previo de las baterías, que consistió principalmente en el desmantelamiento de las mismas. Es por ello que son muy. In g. importantes el uso de guantes, mascarilla, guardapolvos y lentes de protección que van a evitar que el material particulado desprendido durante el manejo de la materia prima se introduzca en las vías respiratorias y ojos, de igual manera con. de. el ácido acético cuyos vapores causan irritaciones severas a la vista, al aparato respiratorio y piel, de igual manera ocurre con la manipulación del ácido cítrico que en contacto directo con la piel puede causar una dermatitis aguda. Otro. ec. a. equipo de seguridad utilizado fue un extintor, pues en el laboratorio existen todo. Bi. bli. ot. tipo de materiales inflamables, este sirvió de prevención contra incendios.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 14. III.. PROCEDIMIENTO. UN T. 3.1. Obtención de materia prima. Se utiliza como materia prima pilas alcalinas gastadas, recicladas. domésticamente, marca PANASONIC tipo D, C, AA, AAA y. en ier ía. Qu. ím. ica. DURACELL tipo D, C, AA.. Fuente: Adaptación de Mexico.newark.com y Enciclopedia Wikipedia. In g. Fig. N°2.- Tipos de Pilas alcalinas: (a) pila duracell de 4.5V, (b) pila duracell tipo “D”, (c) pila duracell tipo “C”, (d) pila duracell tipo “AA”, (e) pila duracell tipo “AAA”, (f) pila duracell tipo “AAA”, pila duracell de 9V, (g) pila tipo botón Panasonic 3V.. de. 3.2. Tratamiento preliminar de las pilas alcalinas. a) Desmantelar pila , retirar y cortar: capa metálica, cartón y plástico que la. a. cubierta. ec. b) Extraer el polvo de la pila, obteniendo una mezcla de los diferentes tipos de baterías utilizadas.. ot. c) Cortar la cubierta metálica hasta reducirlo a trozos muy pequeños.. bli. d) Triturar el polvo de la pila en un mortero, para reducir tamaño de partícula.. Bi. e) Mezclara la cubierta metálica (ya cortada) con el polvo de pila triturada. f) Secar la mezcla en estufa a 75ºC por 15 min, y guardarlo en el desecador.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. 15. ica. Desmantelamiento. en ier ía. Material No- Utilizado. Qu. ím. Separación de Componentes. de. In g. Cartón y plástico. Material Utilizado. Cubierta Metálica. Masa de la pila Cátodo de Óxido de Manganeso. Colector de Corriente del Cátodo (Carbono). Ánodo de Zinc. Masa de la pila. Preparación de la “Muestra”. Secado, trituración y mezcla de la masa de pila + material metálico. Bi. bli. ot. ec. a. Masa deMetal la pila Base de. Fig N°3.- Diagrama del proceso físico de separación de los componentes de las pilas alcalinas.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 16. 3. 3 Lixiviación 3.3.1. Lixiviación con Ácido Acético o Ácido Cítrico. agua destilada en volúmenes predeterminados. b) Adicionar la materia prima a tratar (polvo de pilas). c) Mezclar y agitar por un determinado tiempo.. UN T. a) En un vaso de precipitación diluir el ácido acético o ácido cítrico con. ica. d) Luego filtrar la solución y almacenar por 24 horas.. e) Analizar la concentración de Mn en la solución por espectrofotometría. Qu. 3.3.2. Análisis del Mn. ím. visible.. La determinación de Mn se realizó por espectrofotometría:. en ier ía. a) Extraer una alícuota de 2 mL de la muestra en un matraz y agregarle 50ml de agua destilada.. b) Adicionar 1 g de sulfato de potasio. c) Adicionar 0.1 g de sulfito de sodio.. d) Se trasvasa a una fiola de 100mL y se afora.. Blanco. In g. e) Realizar el blanco y la muestra para lectura.. de. a) Extraer 25 mL de la muestra. b) Adicionar 5 mL de ácido fosfórico al 84% de pureza.. ec. a. c) Enrasar a 100 mL con agua destilada.. Lectura en el espectrofotómetro, marca PRIM serie 3522. Bi. bli. ot. a) Extraer 25 mL de muestra b) Adicionar 5 mL de ácido fosfórico. c) Agregar 0.25 g de meta-peryodato de potasio, agitar. d) Calentar la muestra entre 80 a 85ºC por 10 min aprox., hasta que cambie de color. e) Trasvasar a una fiola de 100 mL y aforar con agua destilada. f) Lectura de las muestras por espectrofotómetro marca PRIM a 545nm.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. Qu. ím. ica. UN T. 17. de. In g. en ier ía. Fig. N° 4.-Sistema de agitación (Derecha); Filtración de la muestra (Izquierda).. Bi. bli. ot. ec. a. Fig. N° 5.- Almacenamiento de muestras (previamente filtradas).. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 18. 3.4. Diseño Experimental. UN T. Se diseñó por el método factorial la matriz experimental del número de ensayos a realizar, para el estudio de las variables del proceso.. Materia prima. ica. 3.4.1. Diseño Experimental para la relación materia prima/solvente con Ácido Acético MP2 7g. Ác. Acético 1 (4 mL). 3 :4 MP1 / Ac. Ace 1. 7 :4 MP1 / Ac. Ace 1. 15 :4 MP1 / Ac. Ace 1. Ác. Acético 2 (18 mL). 3 :18 MP1/ Ac. Ace 2. 7 :18 MP2/ Ac. Ace 2. 15 :18 MP3, Ac. Ace 2. Ác. Acético 3 (36 mL). 3 :36 MP1/ Ac. Ace 3. 7 :36 MP2/ Ac. Ace 3. 15 :36 MP3/ Ac. Ace 3. Ác. Acético 4 (72 mL) Ác. Acético 5 (100 mL). 3 :72 MP1/ Ac. Ace 4. 7 :72 MP2/ Ac. Ace 4. 15 :72 MP3/ Ac. Ace 4. 3 :100 MP1/ Ac. Ace 5. 7 :100 MP2/ Ac. Ace 5. 15 :100 MP3/ Ac. Ace 5. Qu. en ier ía. Solvente. ím. MP1 3g. MP3 15 g. In g. 3.4.2. Diseño Experimental para la relación materia prima/solvente con Ácido Cítrico. Materia prima Solvente. MP2 7g. MP3 15 g. 3:1 MP1/ Ac. Cit 1. 7 :1 MP2/ Ac. Cit 1. 15 : 1 MP3/ Ac. Cit 1. 3 : 4.5 MP1/ Ac. Cit 2. 7 :4.5 MP2/ Ac. Cit 2. 15 : 4.5 MP3/ Ac. Cit 2. 3:9 MP1/ Ac. Cit 3. 7:9 MP2/ Ac. Cit 3. 15: 9 MP3/ Ac. Cit 3. Ác. Cítrico 4 (18 g). 3 : 18 MP1/ Ac. Cit 4. 7: 18 MP2/ Ac. Cit 4. 15 : 18 MP3/ Ac. Cit 4. Ác. Cítrico 5 (36 g). 3 : 36 MP1/ Ac. Cit 5. 7: 36 MP2/ Ac. Cit 5. 15 : 36 MP3/ Ac. Cit 5. de. Ác. Cítrico 1 (1 g) Ác. Cítrico 2 (4.5 g) Ác. Cítrico 3 (9 g). a ec ot bli Bi. MP1 3g. La temperatura de trabajo fue en todos los casos 25 °C, así mismo se realizaron ensayos a diferentes tiempos de agitación.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 19. CAPITULO III. UN T. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. El contenido de Mn de la muestra de polvo de pilas se realizó en el laboratorio. de Ensayos Técnicos LABMIN - Trujillo, siendo del 35 %. Valor que se. ica. encuentra en el rango de % Mn reportado por otros investigadores: Veloso et al., (2007), entre 26 a 33% Mn, Bueno et al., (2004) reporta 45% Mn, Belardi et. ím. al.,(2011) del 40.9% Mn, De Michelis et al., (2007) 33.59% Mn y Furlani et. en ier ía. A.- ENSAYOS CON ACIDO ACETICO. Qu. al., (2009) 27.65% Mn y Mauricio D., (2013) 30%.. I.. Variación del pH durante el tiempo de agitación El pH durante el tiempo de agitación (48h) se incrementó desde 2.98 a 3.44, como se muestra en la Tabla N°1 y Gráfica N°1. Aunque en general se conserva la naturaleza ácida del sistema, sin embargo, tiende a un pH neutro.. In g. El manganeso que se encuentra formando un compuesto de naturaleza ácida, posiblemente como ión Mn2+, al ser extraído con el ácido acético estaría formando una sal: acetato de manganeso que tiene un pH neutro, por lo tanto aumento del pH indicaría que hay la. de. aumenta el pH de la solución. Este. formación de una sal neutra de Mn, es decir que el manganeso se lixivia con. a. ácido acético.. ec. Al graficar el pH en función de la extracción de Mn, (Tabla N° 2 y Gráfica N°2), se observa que efectivamente la extracción de Mn se incrementa desde 5.3% a. ot. pH 2.98, hasta el 55.1% a pH 3.44, es decir que hay una relación directa entre el incremento del pH y la extracción de Mn. El pH en éste proceso un indicador. Bi. bli. del grado de extracción de manganeso.. Reacción: Mn2+ +. 2 CH3COOH. Ión. ácido acético. . (CH3COO)2 Mn acetato de Mn. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 20. Tabla N° 1: Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación. 4.5 4 3.5 3 2.5. ica. In g. pH Final. ím. en ier ía. 5. pH Final 2.98 3.16 3.29 3.35 3.39 3.44. Qu. Tiempo (h) 1 5 8 15 24 48. UN T. (T° = 25°C, [CH3COOH = 3.15M], relación sólido/líquido = 3g/ 200 mL, rpm= 125). 2 1.5. de. 1. 0.5. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. 50. Tiempo (h). ot. ec. a. 0. Gráfica N° 1: Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación. Bi. bli. (T°= 25°C, [CH3COOH= 3.15M], relación sólido/líquido= 3g/200mL, rpm= 125). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 21. Tabla N° 2 : Variación de la extracción de Mn en función del pH final del. UN T. sistema ( T°= 25°C, [CH3COOH= 3.15M], relación sólido/líquido= 3g/200mL,. 90 80 70 60. In g. % Extraccion de Mn. ím. en ier ía. 100. % Extracción Mn 5.3 18.1 36.3 45.8 44.5 55.1. Qu. pH Final 2.98 3.16 3.29 3.35 3.39 3.44. ica. rpm= 125). 50 40. de. 30 20. a. 10. ec. 0. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. pH- final. bli. ot. 2.9. Bi. Gráfica N°2: Variación de la extracción de Mn en función del pH final del. sistema ( T°= 25°C,. [CH3COOH= 3.15M], relación sólido/líquido= 3g/200mL,. rpm= 125). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 22. II.. Tiempo de Reacción. UN T. Los resultados de extracción de manganeso en el tiempo que se muestran en la Tabla N°3 y Grafica N°3, muestran que durante las primeras 15 horas la. extracción es de tipo exponencial 5.3% (1h) hasta 45.8% (15h), posteriormente. hay tendencia a incrementarse ligeramente alcanzando 55 % a las 48 horas, y. ica. después disminuir al 49% a las 72h. Puede considerarse que el incremento de extracción del manganeso después de 15 h, no es muy significativo en relación. ím. al tiempo de reacción empleado.. Qu. Tabla N°3: Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación. ( T°= 25°C,. en ier ía. [CH3COOH= 3.15M], relación sólido/líquido= 3g/200mL, rpm= 125, 15h). % Extracción Mn 5.4 18.1 36.3 45.8 44.5 55.1 49.1. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. Tiempo (h) 1 5 8 15 24 48 72. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 23. UN T. 100 90. 70. ica. 60 50 40. ím. % Extracción de Mn. 80. 30. 10 0 0. 10. 20. 30. Qu. 20. 40. 50. 60. 70. 80. en ier ía. Tiempo (h). Gráfica N° 3: Extracción de Mn a diferentes tiempos de agitación ( T°= 25°C,. In g. [CH3COOH= 3.15M], relación sólido/líquido= 3/200, rpm= 125). Se plantean dos hipótesis para describir este comportamiento:. de. a) Que el Mn2+ que está “superficialmente” es extraído rápidamente en las primeras 15 h, en cambio el que se encuentra en el “interior” de la masa. a. requeriría de más tiempo, por lo tanto, el factor controlante pasa de ser. ec. químico a difusional.. Bi. bli. ot. b) Que la extracción esté relacionada con el estado físico del Mn en la materia prima. Así, para el Mn que está en forma iónica (Mn2+) se lixivia con ácido. acético rápidamente el cual es de tipo exponencial. Sin embargo, para el Mn en otra forma de compuesto (no iónico), se requiere más tiempo de contacto para la lixiviación o es refractario al ácido acético.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 24. Para corroborar estas hipótesis, se realizaron ensayos adicionales: Se clasificó la materia prima a diferentes tamaños de. partícula. UN T. i). utilizando mallas Tyler 50, 100 y 150. A cada fracción se realizó ensayos de extracción de Manganeso.. Los resultados que se muestran en la tabla 3A, indican que la mayor. ica. extracción de Mn se encuentra en las partículas de tamaño superior a 0.297 mm, y a medida que el tamaño de partícula disminuye, también. ím. disminuye la extracción de Mn en las mismas.. Esto implica que en la materia prima inicial, el Mn se encuentra. Qu. preferentemente en las partículas grandes antes que en las más pequeñas.. Además que aun siendo las partículas de tamaño más grande se. en ier ía. obtienen mayores extracciones, debido posiblemente a que el Mn se encuentra más “en la superficie de la partícula, que la parte interna de la misma”.. Estos resultados indicarían que el tamaño de partícula en el rango trabajado no es un factor que influya en la extracción de Mn, es decir. In g. que la parte difusional no es un factor condicionante para la reacción.. Trabajos de extracción de Mn proveniente de pilas a diferente tamaño. de. de partícula reportan que el tamaño de partícula no influye en la extracción de manganeso. (De Michellis et al., 2007 y Veloso et al,. ec. a. 2005).. Bi. bli. ot. Tabla N° 3A: Extracción de Mn a diferentes tamaños de partícula.. Malla Tyler + 50 -50 +100 -100 +150 -150. Abertura (mm) +0.297 -0.297 a +0.149 -0.149 a +0.105 -0.105. % Extracción Mn 52.9 36.3 29.7 23.4. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 25. ii) Se realizan ensayos utilizando un solvente que puede reaccionar con diferentes compuestos de Mn como óxidos iónicos, etc., como es el. UN T. caso del ácido sulfúrico. Los resultados de los ensayos realizados con. H2SO4, bajo las mismas condiciones que con ácido acético que se presentan en la Tabla 3B, muestran que la extracción con H2SO4 es. TABLA 3B.- Extracción de. Mn. con. ácido. ica. mayor en 21.0 % con respecto al que se obtiene con al ácido acético.. sulfúrico y/o ácido. % Extracción Con H2SO4. % Extracción con CH3COOH. en ier ía. Tiempo (h). Qu. [H2SO4= 3.5 M] o [CH3COOH= 3.5M]). ím. acético. ( T° = 25°C, relación sólido/líquido= 3g/500 mL, rpm= 125, 72h,. 48. 76 %. 55 %. El ácido sulfúrico es un solvente muy fuerte para la lixiviación de compuestos bajo diferente forma. En el caso particular de compuestos de Mn provenientes. In g. de pilas, las reacciones que se producen con H2SO4 son las siguientes: (Buzatu et. al, 2012, Veloso et al., 2005). de. 1. Mn2+ + H2SO4  MnSO4 + 2H+ 2. MnO + H2SO4  MnSO4 + H2O. a. 3. Mn2O3 + H2SO4  MnSO4 + MnO2+ H2O. ec. 4. Mn3O4 + 2 H2SO4  2MnSO4+ MnO2+ 2H2O. ot. 5. MnO2 + H2SO4  MnSO4 + H2O + ½ O2. bli. Buzatu et al (2012), indican que la lixiviación del MnO3 y Mn3O4 presentes en. Bi. pilas alcalinas es parcial, en cambio el manganeso en forma de MnO es total, sugiriendo utilizar agentes reductores para reducir la insolubilidad del Mn4+.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 26. Esto significa que la lixiviación con ácido acético estaría relacionado principalmente con compuestos en el cual el Mn está en estado iónico,. UN T. alcanzando un 55 % de extracción. En cambio con H2SO4 por su propia naturaleza lixivia al Mn que se encuentra en estado iónico y no iónico. Sin. embargo, aún queda Mn que es refractario a ambos solventes (ácido acético y. ica. ácido sulfúrico).. Tentativamente podemos establecer que la cantidad de Mn que se encuentra en. ím. estado iónico sería del 55 % Mn+2 , lixiviable con solvente más fuerte como el. Mn2O3, Mn3O4 y MnO2.. Qu. ácido sulfúrico un 21% MnO y refractario a los solventes utilizados un 24 %. Por lo tanto, de las hipótesis planteadas, el problema no es difusional sino de la. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. en ier ía. naturaleza química del compuesto de Mn y del tipo de lixiviante utilizado.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 27. III.. Influencia de la Relación Materia Prima/Agua. UN T. Los resultados de extracción de Mn empleando diferentes relaciones materia prima/agua, se muestran en la Tabla N°4 y Gráfica N°4, donde se observa:. a) Una tendencia que a bajas relaciones de materia prima/agua la extracción. ica. del Mn es de tipo exponencial, y posteriormente disminuye al incrementarse la relación materia prima/agua. Así tenemos que, en ensayos con 3g de. ím. materia prima, se alcanza una extracción del 49.5% para una relación 3g/0.1L, ésta se incrementa ligeramente hasta 55.3% para 3g/0.5 L y. Qu. posteriormente disminuye al 41% para 3g/1 L. Situación similar se observa cuando se utilizan 7g y 15 g de materia prima, alcanzándose las mayores extracciones para relaciones de 7g/0.5L del 58.7% y para 15g/0.5L del. en ier ía. 56.2%.. b) Cuando se utiliza 0.5L de agua, se alcanza la mayor extracción de Mn, independientemente de la cantidad de materia prima utilizada, y a su vez representa el punto de inflexión a partir de la cual a mayores diluciones la. In g. extracción de Mn disminuye.. de. Trabajos de lixiviación de Mn presente en pilas utilizando diferentes relaciones sólido/líquido, muestran que:. a. Buzatu, et al. (2012), utilizando H2SO4 encontraron que el aumento de la. ec. relación sólido/ líquido favorece la extracción de Mn aunque disminuye la. ot. eficiencia de la extracción. Xie et al. (2013), en la lixiviación de Mn proveniente de polvos de fundición,. bli. encuentran que hay una relación óptima líquido/sólido a la cual se obtiene la. Bi. mayor lixiviación de Mn con H2SO4, la cual constituye un punto de inflexión, siendo menores las extracciones para cualquier relación líquido/sólido diferente al punto de inflexión. También indican que la eficiencia de lixiviación del Mn aumenta hasta antes del punto de inflexión y luego disminuye a mayores relaciones líquido/sólido. Proponen que cuando la relación líquido/sólido es. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 28. mayor al óptimo, hay una reducción de la cantidad de ácido sulfúrico en consecuencia un menor contacto del ácido con el sólido reduciendo su capacidad. UN T. extractiva.. Veloso et al. (2005) en la extracción de Mn con H2SO4 de polvo de pilas alcalinas encuentran que la lixiviación de Mn es mayor a menores relaciones de. ica. sólido/líquido. Los resultados obtenidos, son más concordantes con los trabajos realizados por. ím. Xie et al (2013), con un punto de inflexión, en el cual la reacción de lixiviación a mayores volúmenes de agua se desfavorecida por una menor cantidad de ácido. Qu. acético y por la difusión del ácido hacia el sólido (un menor contacto).. en ier ía. Tabla N° 4: Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de manganeso ( T° = 25°C, relación de sólido/líquido= 3g/200 mL;. 7g/200 mL;. 15/200 mL, rpm= 125, 15 h). In g. Volumen de Agua (L). 3g. 7g. 15g. 35.9 49.5 51.5. 32.1 39.1 56.5 58.7 39.9. 14.0 29.1 44.2 56.2 56.5. 55.3 41.0. ec. a. de. 0.05 0.1 0.2 0.5 1. % Extracción Mn. Como puede observarse en el estudio de la relación sólido/liquido en la. ot. extracción de Mn hay una tendencia a tener un punto de inflexión, como. Bi. bli. obtenido en este trabajo.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. UN T. 29. 100 90. ica. 70 60. ím. 50 40 30. Qu. % Extraccion de Mn. 80. 20. 0 0. 0.2. en ier ía. 10 0.4. 0.6. 0.8. 1. 3g 7g 15 g. 1.2. Volúmen de Agua (L). Gráfica N° 4 : Influencia de la relación materia prima / agua en la extracción de. In g. manganeso. (T°= 25°C, relación de sólido/líquido= 3g/200 mL ; 7g/200 mL;. Bi. bli. ot. ec. a. de. 15g/200 mL, rpm= 125, 15 h). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 30. IV.. Influencia de la Concentración de Ácido Acético. UN T. Los resultados que se presentan en la Gráfica N°5 y Tabla N°5, muestran en general que la extracción del Mn relativamente no es función de la concentración del ácido acético en el rango estudiado,. desde 0.35M hasta. 8.75M, alcanzando un promedio del 40.5 %, con excepción de la concentración. ica. de 1.58M cuya extracción es del 49%. Por lo tanto el proceso no requiere el uso de elevadas concentraciones de ácido acético.. ím. Este comportamiento es diferente a los reportados por Buzatu, et al. (2012) y Veloso et al. (2005) quienes encontraron que al incrementar la concentración de Esto posiblemente se debería a. Qu. H2SO4 aumenta la extracción de Mn.. mecanismos diferentes de lixiviación o a que mientras el ácido sulfúrico reacciona simultáneamente con diferentes especies de Mn presentes en el polvo. en ier ía. de la pila alcalina, el ácido acético es más selectivo y lo hace fundamentalmente con la especie que está en forma iónica.. Tabla N° 5: Extracción de manganeso a. diferentes. concentraciones. de. Ac. Acético [M] 0.35 1.58 3.15 6.30 8.75. % Extracción Mn 40.1 43.5 49.0 40.9 37.7. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. ácido acético. (T°= 25°C, relación sólido/líquido= 3g /200 mL, rpm= 125 , 15 h).. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 31. 100. UN T. 90 80 % Extraccion de Mn. 70. ica. 60 50. ím. 40 30. 10 0 1. 2. 3. 4. 5. 6. en ier ía. 0. Qu. 20. 7. 8. 9. 10. Ácido Acético [M]. Gráfica N° 5: Extracción de. manganeso. a. diferentes. concentraciones. de. Bi. bli. ot. ec. a. de. In g. ácido acético. (T°= 25°C, relación sólido/líquido= 3g/200 mL, rpm= 125, 15 h).. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 32. B.- ENSAYOS CON ACIDO CITRICO Variación del pH durante el tiempo de agitación. UN T. I.. El pH durante el tiempo de agitación (48h) se incrementó desde 2.74 a 3.22, como se muestra en la Tabla N°6 y Gráfica N°6. Aunque se conserva la naturaleza ácida del sistema, sin embargo, tiende a un pH neutro.. ica. El manganeso que se encuentra formando un compuesto iónico de naturaleza ácida que al ser extraído con ácido cítrico, estaría formando la sal citrato de. ím. manganeso, el cual tiene un pH neutro, por lo tanto, el aumento del pH indicaría. Qu. la formación de una sal de Mn.. en ier ía. Reacción. 3 Mn2+ +. ácido cítrico. citrato de Mn. In g. Ion Mn. . Al graficar el pH en función de la extracción de Mn, (Tabla N° 7 y Gráfica N°7),. de. se observa que la extracción de Mn se incrementa en una primera etapa del 11.8% a pH 2.74 hasta 33.9% a pH 3.01. Sin embargo, a mayores valores de. a. pH la extracción tiende a mantenerse constante con una ligera disminución del. ec. 3% (30.0 % a pH 3.22). Es decir que no hay un incremento en la extracción de Mn. Posiblemente el ácido cítrico solamente reacciona con compuestos de Mn. ot. que están en forma iónica como se discutió anteriormente para el caso del ácido. Bi. bli. acético.. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola 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. 33. Tabla N° 6: Variación del pH final del sistema a diferentes. tiempos de. UN T. agitación. (T°= 25°C, [C6H8O7= 0.086 M], relación sólido/líquido= 3g/500mL,. 5. ím. en ier ía. 4.5 4 3.5 3 2.5 2. In g. pH Final. pH Final 2.74 2.98 3.01 3.11 3.15 3.22. Qu. Tiempo (h) 1 5 8 15 24 48. ica. rpm= 125). 1.5 1. de. 0.5. 0. 10. 20. 30. 40. 50. 60. Tiempo (h). ec. a. 0. ot. Gráfica N°6: Variación del pH final del sistema a diferentes tiempos de agitación. (T°= 25°C, [C6H8O7= 0.086 M], relación sólido/líquido= 3g/500mL,. Bi. bli. rpm= 125). Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.