UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

DETERMINACIÓN DEL pH Y TAMAÑO DE PARTICULA ÓPTIMOS PARA LA REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON DOLOMITA DEL AGUA POTABLE DE

JAUJA METROPOLITANA

Tesis

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO QUÍMICO Presentado por:

Bach. LUCAS ROSALES, JORGE JONATHAN.

Bach. ROMERO DAMAS, LIZ ROCIO.

HUANCAYO, PERÚ

2015

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ii

DEDICATORIA

A mi hijo Joaquin JORGE

A la persona más importante en mi vida mi hijo Joaquin.

LIZ

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iii ASESOR

MS. MARCO ANTONIO MEZA PÉREZ PALMA

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iv

AGRADECIMIENTO

Deseamos expresar nuestro más profundo agradecimiento por la colaboración prestada para la realización de este proyecto:

 A Dios por darnos la vida y la oportunidad de poder lograr nuestras metas.

 A nuestros padres por su apoyo incondicional y su amor que nos impulsa a continuar en el camino de la vida.

 Al señor Hilmer Misayauri y la señora Gladys Damas por el financiamiento para la realización de este proyecto.

 A la señora Berta Damas, al señor Román Damas, y la señora Alejandrina Joaquin por su apoyo incondicional en los momentos difíciles.

 Al señor Fidel y al señor Pelayo por su apoyo para la realización de este proyecto.

 A nuestros familiares por estar siempre presentes en los momentos difíciles.

 Un especial agradecimiento a nuestro asesor Ms. Marco Antonio Meza Pérez Palma por apoyo, compromiso y dedicación al realizar nuestra tesis.

 A los ingenieros por influir positivamente en el desarrollo del presente trabajo y facilitarnos equipos y materiales.

 Finalmente a todos los docentes de nuestra Facultad de Ingeniería Química de la UNCP que nos brindaron sus conocimientos y consejos para la culminación de nuestra carrera universitaria.

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v RESUMEN

La presente tesis “DETERMINACIÓN DEL pH Y TAMAÑO DE PARTICULA ÓPTIMOS PARA LA REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON DOLOMITA DEL AGUA POTABLE DE JAUJA METROPOLITANA” tiene como objetivo principal determinar el pH y el tamaño de partícula óptimos en la remoción de arsénico con dolomita del agua potable de Jauja Metropolitana. Para lo cual se realizó la caracterización del agua potable de Jauja Metropolitana, se determinó el pH óptimo para la adsorción de arsénico con dolomita, el tamaño óptimo de partícula para la adsorción de arsénico con dolomita y el porcentaje de adsorción de Arsénico del agua potable de Jauja Metropolitana en dolomita.

La caracterización del agua potable de Jauja Metropolitana, se realizó mediante un análisis de ICP-MS en el laboratorio ALS CORPLAB LIMA- PERÚ. La concentración de arsénico hallada (0,0543 mg As/L) sobrepasa el LMP que es solo 0,01 mg/L según el Reglamento de la Calidad del Agua para Consumo Humano (DS Nº 031-2010-SA). De la tamización del adsorbente se eligió trabajar con 10 gramos de dolomita en 250 mL de muestra de agua potable de Jauja Metropolitana. A partir de esto, se realizó el estudio de la influencia del pH y tamaño de partícula en el proceso de adsorción.

Los análisis se realizaron mediante el fundamento absorción atómica.

Confirmándose así que lo propuesto en la presente tesis es una alternativa para el tratamiento del agua Potable con arsénico.

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vi

INTRODUCCION

La presencia de arsénico en aguas de consumo ha ocasionado la diseminación del hidroarsenicismo crónico regional endémico, enfermedad crónica que se manifiesta principalmente por alteraciones dermatológicas, evolucionando hacia patologías más graves como distintos tipos de cáncer. Las poblaciones más afectadas habitan, por lo general, en países con bajos niveles de ingreso. En América Latina, se estima que la población en riesgo supera los 14 millones de personas, con elevada incidencia en casi todos los países de la región. La problemática también está teniendo relevancia en España y en el norte y centro de Portugal.

La presencia de altos niveles de arsénico en el agua es un tema prioritario de preocupación ambienta y social, que limita el uso del recurso para agua potable. Por otra parte, la mayor proporción de la población afectada por la presencia de As en agua de bebida y alimentos habita en regiones rurales o en núcleos de población rural o urbana dispersa, no conectada a redes de agua potable, y en condiciones socioeconómicas que impiden la instalación de grandes plantas de tratamiento. Por ello, es fundamental el desarrollo y propuesta a punto de tecnologías económicas de abatimiento de As que sean eficientes y económicas.

Esta tesis se perfila como una buena opción para remover este metal pesado del agua potable de Jauja Metropolitana; primero, porque el adsorbente puede adquirirse a un precio conveniente y segundo, porque el porcentaje de adsorción alcanzado es óptimo.

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vii

Finalmente, la presente tesis se divide en tres capítulos: El capítulo I, comprende los antecedentes y la investigación bibliográfica relevantes. El capítulo II, incluye la parte experimental, que abarca desde el muestreo del agua potable de Jauja Metropolitana y la caracterización de la misma, y la descripción del proceso de adsorción donde se estudia la influencia del pH y tamaño de partícula en el proceso. Finalmente en el capítulo III, se muestra los resultados obtenidos, la discusión y conclusiones. Se espera que la presente tesis contribuya positivamente en la futura disminución de contaminación de arsénico del agua potable, y en consecuencia evitar posibles problemas de salud al consumidor.

(8)

viii OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar el pH y el tamaño de partícula óptimos en la remoción de arsénico con dolomita del agua potable de Jauja Metropolitana.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 Caracterizar el agua potable de Jauja Metropolitana

 Determinar el pH óptimo para la remoción de arsénico con dolomita del agua potable de Jauja Metropolitana

 Determinar el tamaño óptimo de partícula para la remoción de arsénico con dolomita del agua potable de Jauja

 Determinar el porcentaje de adsorción de Arsénico del agua potable de Jauja Metropolitana en dolomita

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ix

NOMENCLATURA

 As: Arsénico.

 %A: Porcentaje de adsorción

 A1252: Muestra A con tamaño de partícula de 125 micras y un pH de 2

 Asr1: % de adsorción de arsénico de 125 micras y pH 2

 B1252: Muestra B con tamaño de partícula de 125 micras y un pH de 2

(10)

x

 C1252: Muestra C con tamaño de partícula de 125 micras y un pH de 2

 Ci: Concentración inicial.

 Ce: Concentración del adsorbato en el equilibrio o concentración residual (mg/L).

 Ce1I: Concentración residual de 2 gramos de dolomita para el tratamiento de agua potable para la isoterma de adsorción

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xi

 q: Capacidad de adsorción del metal (mg/g).

 CaO: Oxido de calcio

 °C: Grados centígrados

 Cfinal A: Concentración final de la repetición A

 Cfinal B: Concentración final de la repetición B

 Cfinal C: Concentración final de la repetición C

 Exp A: Experimentos A

 Exp B: Experimentos B

 Exp C: Experimentos C

 E.P.S.M: Empresa Prestadora de Servicios Mantaro

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xii

 g: gramos

 h: Horas.

 HNO₃: Acido nítrico

 HCL: Acido clorhídrico

 ICP-MS: Espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo

 K y n : Constantes del sistema de adsorción (L/mg).

 LMP: Límites máximos permisibles.

 Min: Minutos

 M1-2: Muestra 1 con 2 gramos de dolomita para tratar agua potable para isoterma de adsorción

(13)

xiii

 M1: Muestra 1 con peso de 2 gramos para el tratamiento de agua potable para la dosificación de masa

 m.s.n.m: Metros sobre el nivel del mar

 M: Molaridad

 mL: mililitros

 mg: miligramos

 MgO: Oxido de magnesio

 NaOH: Hidróxido de sodio

 ppm: Partes por millón

 ppb: Partes por billón

(14)

xiv

 qmax: Cantidad máxima en mg de adsorbato captado sobre la saturación completa de la superficie por gramo de material adsorbente (mg/g).

 q1I: Capacidad de adsorción del M1-2

 Rpm: Revoluciones por minuto

 UNCP: Universidad Nacional del Centro del Perú.

 V: Volumen en litros

 W: Peso seco del adsorbente en gramos

(15)

xv

INDICE DE CONTENIDO

DEDICATORIA ... ii

AGRADECIMIENTO ... iv

RESUMEN ... v

INTRODUCCION ... vi

OBJETIVOS ... viii

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ... viii

NOMENCLATURA ... ix

INDICE DE CONTENIDO... xv

INDICE DE FIGURAS ... xxi

INDICE DE TABLAS ... xxiii

CAPÍTULO I ... 26

MARCO TEÓRICO ... 26

1.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ... 26

1.2. AGUA ... 32

1.2.1. AGUA POTABLE ... 33

1.3. ARSÉNICO ... 34

1.3.1. ESPECIES DE ARSÉNICO EN EL AGUA ... 34

1.3.2. ARSENICO - EFECTOS EN LA SALUD ... 36

1.3.3. QUÍMICA DEL ARSÉNICO Y ANTIMONIO. ... 39

(16)

xvi

1.3.4. PARAMETROS DE CALIDAD Y LIMITES MAXIMOS

PERMISIBLES DE ARSENICO EN EL AGUA ... 40

1.4. CAL DOLOMITA ... 42

1.4.1. GRUPO DE LA DOLOMITA ... 43

1.4.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LA DOLOMITA 44 1.4.3. VARIEDADES DE DOLOMITA ... 47

1.4.4. USOS DE LA DOLOMITA:... 47

1.4.5. PROPIEDADES QUÍMICAS. ... 48

1.4.6. YACIMIENTOS DE DOLOMITA ... 50

1.5. ADSORCIÓN ... 51

1.5.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ADSORCIÓN ... 51

1.5.1.1. EFECTO DE LA TEMPERATURA ... 52

1.5.1.2. EFECTO DEL PH ... 52

1.5.1.3. EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA ... 52

1.5.1.4. PRESENCIA DE OTROS IONES ... 53

1.5.2. ADSORBENTES ... 53

1.6. ISOTERMAS DE ADSORCION ... 53

1.6.1. MODELACIÓN MATEMATICA DE ADSORCION ... 58

1.6.2. MODELO DE FREUNDLICH. ... 59

1.6.3. MODELO DE LANGMUIR ... 60

1.7. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO ... 62

1.7.1. TAMIZAJE ... 62

(17)

xvii

1.8. ANOVA ... 64

1.8.1. DISEÑO FACTORIAL DE DOS FACTORES ... 64

1.8.1.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL MODELO CON EFECTOS FIJOS ... 64

1.9. TECNICAS ANALITICAS ... 70

1.9.1. ESPESTROSCOPIA DE ABSORCION ATOMICA ... 70

CAPÍTULO II ... 79

PARTE EXPERIMENTAL ... 79

2.1. METODOLOGÍA ... 79

2.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 80

IDENTIFICACION DEL PROBLEMA ... 80

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 80

PROBLEMA GENERAL... 80

PROBLEMAS ESPECÍFICOS ... 80

2.3. TIPO DE INVESTIGACION ... 81

2.4. POBLACION Y MUESTRA ... 81

2.4.1. POBLACIÓN DE ESTUDIO ... 81

2.4.2. TAMAÑO DE MUESTRA ... 82

2.4.3. METODO DE MUESTREO DE AGUA ... 82

2.4.4. METODO DE PRESERVACIÓN DE MUESTRAS DE AGUA ... 83

2.4.5. METODO DE TEMPERATURA DE ALMACENAMIENTO DE MUESTRA ... 84

2.5. VARIABLES ... 84

(18)

xviii

2.5.1. NIVELES DE VARIABLES INDEPENDIENTE ... 85

2.5.2. CONSTANTES ... 85

2.5.3. DISEÑO ... 86

2.6. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS UTILIZADOS ... 87

2.6.1. EQUIPOS ... 87

2.6.2. MATERIALES ... 87

2.6.3. REACTIVOS ... 88

2.7. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ... 89

2.7.1. MUESTREO Y CARACTERIZACION DEL AGUA POTABLE DE JAUJA UBICACIÓN DEL RESERVORIO DEL AGUA POTABLE DE JAUJA 89 2.7.1.1. MUESTREO DEL AGUA POTABLE DE JAUJA ... 90

2.7.1.2. CARACTERIZACION QUIMICA Y FISICOQUIMICA DEL AGUA 91 2.7.2. PROCESO DE ACTIVACIÓN DE LA DOLOMITA... 91

2.7.3. PROCESO DE OBTENCIÓN DE LOS DIFERENTES TAMAÑOS DE PARTICULAS DE LA DOLOMITA ... 92

2.7.4. DOSIFICACIÓN DEL ADSORBENTE ... 92

2.7.5. PROCESO PARA REGULAR EL pH DEL AGUA DE JAUJA METROPOLITANA ... 94

2.7.6. PROCEDIMIENTO PARA LA ADSORCIÓN DE ARSÉNICO DEL AGUA POTABLE DE JAUJA METROPOLITANA ... 94

2.7.7. ISOTERMA DE ADSORCION ... 95

CAPITULO III ... 97

RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 97

(19)

xix

3.1. CARACTERIZACIÓN DEL AGUA POTABLE DE JAUJA

METROPOLITANA ... 97

3.2. CARACTERIZACION DE LA DOLOMITA BLANCA ... 100

3.3. ENSAYOS BATCH ... 100

3.3.1. DOSIFICACIÓN DEL ADSORBENTE ... 100

3.3.2. ADSORCIÓN DE ARSENICO DEL AGUA POTABLE DE JAUJA METROPOLITANA CON DOLOMITA ... 103

3.3.3. EFECTO DEL pH Y TAMAÑO DE PARTICULA EN LA ADSORCIÓN DE ARSENICO CON DOLOMITA ... 105

3.3.4. EFECTO DEL pH ... 106

3.3.5. EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTICULA ... 108

3.3.6. NIVELES MAS ADECUADOS DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES DEL PROCESO DE ADSORCION ... 109

3.3.7. ISOTERMAS DE ADSORCION ... 110

3.3.8. RESULTADOS DEL ANALISIS DEL MODELO ISOTERMICO DEL PROCESO DE ADSORCION ... 112

3.3.8.1. MODELAMENTO DE LANGMUIR. ... 112

3.3.8.2. MODELAMIENTO DE FREUNDLICH ... 115

3.3.9. ANOVA DE LAS VARIABLES (PH Y TAMAÑO DE PARTICULA) 119 3.3.9.1. ANÁLISIS DE VARIANZA DEL pH ... 122

3.3.9.2. ANÁLISIS DE VARIANZA DEL TAMAÑO DE PARTICULA . 122 3.3.9.3. ANÁLISIS DE VARIANZA DE LA INTERACCIÓN DEL PH Y EL TAMAÑO DE PARTICULA ... 123

3.3.10. MODELAMIENTO DEL PROCESO DE ADSORCIÓN DE As. . 125

(20)

xx

3.3.10.1. ELECCION DE LOS NIVELES MINIMOS Y MAXIMOS DE

LAS VARIABLES INDEPENDIENTES. ... 125

3.3.10.2. CONSTRUCCIÓN DE LA MATRIZ DE DISEÑO. ... 127

3.3.10.3. MODELO MATEMÁTICO CODIFICADO ... 131

3.3.10.4. MODELO MATEMÁTICO DECODIFICADO A ESCALA NATURAL 134 CONCLUSIONES ... 140

RECOMENDACIONES ... 142

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ... 143

ANEXO A ... 147

ANEXO B ... 151

ANEXO C ... 163

(21)

xxi

INDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Diagrama de estabilidad para el arsénico inorgánico. 35

Figura 1.2. Estructura de la dolomita. 44

Figura 1.3. Isoterma de adsorción, concentración en equilibrio (Ce) vs Capacidad de adsorción (q). 54

Figura 1.4. Representación esquemática de las isotermas de adsorción. 56

Figura 1.5. Ejemplos de isotermas de adsorción compuestas para la adsorción de líquidos. 57

Figura 1.6. Gráfico de variación de la absorbancia en función de la concentración de analito. 70

Figura 1.7. Esquema de un arreglo de FIA típico. 75

Figura.2.1. Ubicación del reservorio de Agua potable de Jauja Metropolitana. 89

Figura 3.1. Curva de masa de dolomita Vs. Porcentaje de remoción. 102

Figura 3.2. pH y Tamaño de partícula respecto al porcentaje de adsorción de As. 105

Figura 3.3. Efecto del pH en el proceso de adsorción de As. 107

(22)

xxii

Figura 3.4. Efecto del tamaño de partícula en el proceso de adsorción de As. 109

Figura 3.5. Isoterma de Langmuir para la adsorción para el As. 113 Figura 3.6. Isoterma de Freundlich para la adsorción para el As. 116

(23)

xxiii

INDICE DE TABLAS

Tabla N°1.1. Límites máximos permisibles (LMP) referenciales de los parámetros de calidad de agua. 41

Tabla N°1.2. Propiedades químicas y físicas de la dolomita. 46

Tabla N°1.3. Variedades de rocas dolomíticas. 47

Tabla N°1.4. Principales yacimientos de dolomita en el Perú. 50

Tabla N° 1.5. Arreglo general de un diseño factorial de dos factores. 64

Tabla N° 1.6. Número de grados de libertad asociado con cada suma de cuadrados.66

Tabla N° 1.7. Tabla de análisis de varianza para el diseño factorial de dos factores, modelo con efectos fijos. 68

Tabla N° 2.1. Variables dependientes e independientes. 84

Tabla N° 2.2. Variables dependientes e independientes. 85

Tabla N°2. 3. Variables constantes. 85

Tabla N°2. 4. Matriz de experimentos. 86

Tabla N° 2.5. Valores para el estudio de las isotermas. 96

Tabla N° 3.1. Características Fisicoquímicas del agua potable de Jauja

(24)

xxiv

Metropolitana. 98

Tabla N° 3.2. Características Químicas del agua potable de Jauja Metropolitana por el análisis ICP-MS (espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo). 99 Tabla N° 3.3. Análisis químico de la dolomita blanca por fluorescencia de rayos X (ARL). 100

Tabla N° 3.4. Resultados de la dosificación del adsorbente en la remoción de arsénico. 101

Tabla N° 3.5 resultados del diseño experimental. 103 Tabla N° 3.6. Porcentaje de remoción del arsénico para cada nivel. 104

Tabla N° 3.7. Niveles más adecuados de las variables independientes del proceso de adsorción. 110

Tabla N° 3.8. Resultados de los cinco experimentos según los niveles más adecuados de las variables independientes mediante el análisis adsorción atómica.111

Tabla N° 3.9: Valores de la isoterma de Langmuir para el As. 113

Tabla N° 3.10. Valores de la isoterma de Freundlich para el As. 116

(25)

xxv

Tabla N° 3.11. Constantes de Langmuir y Freundlich para la adsorción de Arsénico. 118

Tabla N° 3.12 Análisis de Varianza. 119

Tabla N° 3.13. Tabla de datos de los experimentos. 120

Tabla N° 3.14. Tabla de datos de los experimentos. 121

Tabla N° 3.15: Niveles de las variables independientes del proceso de adsorción. 125

Tabla N° 3.16: Porcentajes de adsorción a los niveles mínimos y máximos del pH y tamaño de partícula. 126

Tabla N° 3.17: Matriz de diseño k=2. 127

Tabla N° 3.18: Matriz de variables independientes. 128

Tabla N° 3.19: Producto matricial y efectos de las variables independientes. 130

Tabla N° 3.20: Tabla los coeficientes del modelo codificado. 131

Tabla N° 3.21: Tabla de los residuales. 133

Tabla N° 3.22: Tabla de los valores de Z⁰, ∆Z y ε. 135

Tabla N° 3.23: Tabla de comparación de datos experimentales y del modelo matemático. 137

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26 CAPÍTULO I

MARCO TEÓRICO

1.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

(Salameh Y., Albadarin A., Allen S., Walker G. M. y M Ahmad M. 2014), realizaron la eliminación de arsénico de soluciones acuosas en dolomita térmicamente procesado se investiga. La dolomita se procesa térmicamente (carbonizada) a temperaturas de 600, 700 y 800 ° C durante 1, 2, 4 y 8 h.las isoterma de los experimentos se llevaron a cabo en estas muestras sobre un amplio rango de pH. Una eliminación de arsénico completa se logró en el rango de pH estudiado cuando se utiliza la dolomita carbonizado 800 ° C. Sin embargo, a esta temperatura, la degradación térmica de la dolomita debilita su estructura debido a la descomposición del carbonato de magnesio, dando lugar a una disolución parcial. Por esta razón, el sorbente dolomítica elegido para futuras investigaciones fue el 8 h a 700 ° C el material. Isoterma estudios indicaron que el modelo de Langmuir tuvo éxito en la

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27

descripción del proceso a una mejor medida que el modelo de Freundlich para los As (V) de adsorción en la dolomita carbonizado seleccionado. Sin embargo, para la adsorción de As (III), el modelo de Freundlich fue más exitoso en la descripción del proceso. Las capacidades máximas de adsorción de dolomita carbonizado de iones de arsenito y arseniato son 1,846 y 2,157 mg / g, respectivamente. Se encontró que tanto la primera y la pseudo segundo orden modelos cinéticos son capaces de describir los datos experimentales (R²>0,980). Los datos sugieren que el proceso de carbonización permite la disociación de la dolomita a carbonato de calcio y óxido de magnesio, que acelera el proceso de óxido de arsénico y precipitación de carbonato de arsénico.

(Tejada, Tovar, Villabona A. y Ortiz. 2014), realizaron la bioadsorción de materiales de bajo costo obtenidos a partir de diferentes biomasas provenientes de la flora microbiana, algas y residuos agroindustriales ha sido investigada para reemplazar el uso de métodos convencionales en la remoción de contaminantes, tales como los metales pesados. Entre los metales de mayor impacto al ambiente por su alta toxicidad y difícil eliminación se encuentran el cromo, níquel, cadmio, plomo y mercurio. Concluyeron que el uso de la adsorción en la remoción de contaminantes en solución acuosa mediante el uso de biomasa residual es aplicable a estos procesos de descontaminación evitando problemas subsecuentes como la generación de lodos químicos, y generando un uso alternativo a materiales considerados como desechos.

Se identifica además que factores como el pH de la solución, tamaño de partícula, temperatura y la concentración del metal influye en el proceso.

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28

(Chávez S. L., Flores, Luna E. G. Zegarra, Moleros O. 2014), Trabajaron el proceso de neutralización y adsorción con dolomita sin tratar para efluentes mineros, metalúrgicos y aguas de mina y el proceso de neutralización y adsorción con dolomita tratada para efluentes mineros, metalúrgicos y aguas de mina para determinar el uso óptimo de la dolomita sin tratar en el proceso de neutralización y adsorción para efluentes mineros, metalúrgicos y aguas de mina, y neutralizar y adsorber con dolomita sin tratar para efluentes mineros, metalúrgicos y aguas de mina.

(Tabelin C. B., Mar K. K., Putra D.P.E., Igarashi T. and Yoneda T. 2013), describieron la adsorción de arsénico (As) en el lignito bajo constantes saturadas condiciones de flujo estatales. La curva de avance de As de la columna de lignito sin lavar mostró ambas regiones lixiviación y adsorción. La parte de lixiviación de esta curva podría atribuirse a los efectos combinados del pH muy ácido y altas concentraciones de carbono orgánico disuelto (DOC). Lavado de lignito antes del experimento de adsorción elimina esta región inicial de lixiviación, pero reduce ligeramente la capacidad de adsorción global Como de la muestra. Aunque como la migración fue mal simulada por la advección-dispersión unidimensional con la ecuación de adsorción lineal, los rangos estimados del coeficiente de distribución (KD) eran potencialmente útil ara aplicaciones prácticas.

(Mara, Karnawati, Sarto, Putra, Igarashi & Tabelin, 2013), compararon la adsorción de arsénico en tres adsorbentes; Lignito, Bentonita, Shale, y Magnetita. El tiempo de contacto utilizado para su experimento fue de 24 horas. De las pruebas de la influencia del pH en el proceso, concluyeron que la adsorción Arseniato es favorable

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entre pH 4 y pH casi neutros, pero que por encima de estos valores la adsorción decrece su eficiencia. Es preciso resaltar que la máxima adsorción para Lignito y Bentonita fue en un pH cercano a 5,5, mientras que la adsorción con Shale y Magnetita, si bien tienen mejores resultados en este rango de pH, no fue favorable.

(Silvana, Luzmila, Flores, Chávez, 2013), La dolomita funciona como adsorbente de cobre y otros iones generadores de acidez en Efluentes Metalúrgicos de Flotación y de Lixiviación. Las Pruebas experimentales del Tratamiento de Remediación se basaron en el fundamento de la cinética de reacción de primer orden de regresión polinómica, empleando la Dolomita Natural de Tingo María y Dolomita Comercial de Agregados Calcáreos en estado sin calcinar y dolomita en estado calcinado.

(Yousef Salameh, Mohammad Ahmad, Steven Allen, Gavin Walker, Ahmad Albadarin and Nassir Al-Lagtah, 2010), analizaron la viabilidad de la absorción de arsénico en dolomita bruta, que se considera que es un potencial adsorbente barato.

Se llevaron a cabo experimentos cinéticos y termodinámicos para evaluar la capacidad y la velocidad de absorción a medida que la dolomita cruda. Los datos experimentales se describen matemáticamente utilizando modelos de pseudo segundo orden pseudo primer orden y termodinámicos. Los resultados indican que la adsorción sigue un proceso de quimisorción exotérmica. Los datos experimentales indican eliminación con éxito de Cromo ion (V) de la solución acuosa que indica que la dolomita ser utilizado como un proceso de tratamiento de bajo costo.

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(Romero Alfonso, Flores Silvana y Arévalo Walter 2010), realizaron el trabajo de tratamiento de efluentes de la industria minera con dolomita, con la finalidad de reducir la concentración de metales pesados, tales como el cobre presente en efluentes minero metalúrgicos, para la realización de este trabajo se utilizó la dolomita natural y la dolomita comercial, en el caso de la dolomita natural el porcentaje de reducción de cobre es de 95,18% y para la dolomita comercial tratada el porcentaje de reducción de cobre es de 95,18%., por ello llegan a la conclusión que más efectiva es la dolomita comercial tratada.

(Deedar, Irfan & Ishtiaq, 2008), vieron que un efecto del pH en el rango ácido no afectaba la adsorción de As (V), pero que una disminución en la adsorción era evidente cuando el pH estaba por encima de 7. En este caso el tiempo utilizado para los experimentos fue de 24 horas.

(Oke, Olarinoye, & Adewusi, 2007), encontraron que el pH óptimo en la adsorción de arsénico fue de 7,2 mientras que el tiempo de equilibrio fue de 8 horas, el porcentaje de remoción de As(V) alcanzado a estas condiciones fue de 99,0%; el adsorbente utilizado fue cascara de huevo debidamente acondicionada (molido y tamizado).

(Yoann Glocheux Prof. Stephen Allen, Dr. Gavin Walker, 2006), La modificación física de dolomita mejora altamente la capacidad de eliminación de la dolomita para alta concentración de arsénico, pero el proceso implicado es principalmente debido a la precipitación de CaO y MgO. El pH se eleva durante el proceso, hasta 12, por lo

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que esta operación inviable para un tratamiento continúo. El dopaje de hierro de la dolomita en bruto mostró muy poca mejora de la capacidad de eliminación de arsénico, debido al contenido de hierro de baja (<0,5%). La dolomita carbonizado Fe recubierto mostró una buena eliminación de arsénico, llegando a la final Como valor inferior a 10 ppb de As (V). El lento aumento de pH hasta 12 es sin embargo un inconveniente importante, así como la debilidad física y la pérdida de integridad de estos adsorbentes cuando se utiliza en el proceso.

(María de Lourdes Rivera Huerta y Martín Piña Soberanis, 2002), Del análisis de la influencia de factores (pH, masa de zeolita y tiempo de contacto) sobre la eficiencia de remoción de arsénico, sobresale el efecto que causa el cambio de pH. Valores de pH ácidos entre 5,5 y 6,5, producen las mayores eficiencias de tratamiento. La experimentación en línea con un lecho de zeolita recubierta con óxidos de hierro, por evaporación de una solución de cloruro férrico, mostró que es posible tratar 212 litros de agua por cada litro de lecho empacado, produciendo agua cuya concentración de arsénico es inferior al límite máximo permisible (0,040 mg/L) establecido en la NOM127-SSA1-1994 de agua para uso y consumo humano. La concentración de arsénico en el agua cruda fue de 0,5 mg/l.

(Lenoble, Bouras, Deluchat, Serpaud, Bollinger, 2002) investigaron la adsorción de arsénico con montmorilonitas pilareadas por un periodo de 4 horas en volúmenes de 50ml con 200 rpm de agitación. Las conclusiones muestran que la adsorción con montmorilonita pilareada del tipo Alx(OH) y es muy baja, mientras que para los otros adsorbentes (Na-Mont, Fex(OH) y-Mont, TixH y-Mont) la adsorción en condiciones

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acidas de pH 3 – 5 fue total, por otro lado en el rango de pH 6 – 8 el arsenito fue mejor adsorbido y para valores básicos de pH>10 las arcillas pilareadas fueron dañadas y la eliminación de arsénico de la fase liquida decreció.

(Carrillo & Drever, 1997), trabajaron con un adsorbente de composición compleja (Cuarzo, Feldespato, Calcita, Clorito, Illita y Magnetita/Hematita. En sus experimentos de adsorción usaron 24 horas para el tiempo de agitación. Así mismo, sus experimentos muestran que una adsorción total de arsénico fue obtenida a pH 7.

1.2. AGUA

Es el factor abiótico más importante de la tierra y uno de los principales constituyentes del medio en que vivimos y de la materia viva.

Aproximadamente un 71% de la superficie terrestre está cubierto por agua en estado líquido, que se distribuye por cuencas saladas y dulces, formando los océanos, mares, lagos y lagunas. El 97% del agua está en los océanos. Se la encuentra además como gas constituyendo la humedad atmosférica, las nubes y también en forma sólida como nieve o hielo.

El agua constituye lo que llamamos hidrosfera, sin límites precisos con la atmósfera y la litosfera porque se compenetra con ellas. La vida depende del agua tanto para los organismos que viven en ambientes acuáticos como para aquellos que viven en ecosistemas aeroterrestres. Los organismos vivos están compuestos de agua en una gran proporción, desde un 45% en insectos, pasando por un 70% en mamíferos y en

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algunos, como en las medusas, compone el 95% de sus cuerpos. Por lo tanto es el componente inorgánico más abundante de los seres vivos.

El agua, debido a su composición química y su estructura dipolar, forma puentes de hidrógeno que son los responsables de las características tan especiales que tiene y que han hecho posible la vida sobre la Tierra.

1.2.1. AGUA POTABLE

Se denomina agua potable o agua para el consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción debido a que, gracias a un proceso de purificación, no representa un riesgo para la salud. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales.

En la Unión Europea la normativa 98/83/EU establece valores máximos y mínimos para el contenido en minerales, diferentes iones, como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsénico, entre otros, además de los gérmenes patógenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 9,5. (Dr. Lee Jong-wook, Director General, Organización Mundial de la Salud.)

(34)

34 1.3. ARSÉNICO

El arsénico es un metaloide, un elemento que tiene propiedades intermedias o combinadas de un metal y un no metal, con un radio atómico de 133 pm. Cabe recordar que el arsénico es el 33vo elemento de la tabla periódica en el grupo 15, junto al Nitrógeno, Fosforo, Antimonio y Bismuto. Además, los estados de valencia más comunes del arsénico son -3, 0, +3 y +5 (Henke, 2009).

Tanto (Henke, 2009), (Frankengerger, 2002) y (Bundschuh, 2005) sostienen que el arsénico es el veinteavo elemento más abundante en la superficie terrestre con una concentración promedio de 2-3 mg/kg.

1.3.1. ESPECIES DE ARSÉNICO EN EL AGUA

El arsénico se presenta en aguas naturales mayormente como arsénico trivalente y pentavalente. Estas especies son comúnmente llamadas arsenito y arseniato, respectivamente. La Figura 1.1 muestra el diagrama de estabilidad para el arsénico inorgánico (según Ferguson y Gavis 1972, Baldauf 1995). El agua natural comúnmente está entre pH 5-9 y Eh -0,50V a +0,50V. A estas condiciones son dos las especies dominantes, As (III) en medios reductores y AS (V) bajo condiciones oxidantes. (Bundschuh, 2005).

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Figura 1.1. Diagrama de estabilidad para el arsénico inorgánico

Fuente: Ferguson & Gavis, 1972, Baldauf 1995. A review of the arsenic cycle in natural waters.

Bajo condiciones oxidantes y de pH neutro, el As (III) inorgánico puede oxidarse lentamente a As (V) inorgánico. Es importante saber que, As (III) es difícilmente removido del agua por sorción, intercambio iónico, y otras tecnologías de tratamiento, mientras que el As (V) bajo condiciones de pH 4 - 9 puede ser removido del agua por una variedad de sorbentes y otros químicos. (Henke, 2009). Esto último es confirmado por Lin y Puls, quienes en el año 2000 concluyeron que el As (V) es adsorbido preferentemente sobre el As (III) en superficies arcillosas. Observándose que la adsorción es largamente afectada por el pH del sistema, se observó que las

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especies de As (V) son más probablemente cargadas negativamente y, por lo tanto, más adsorbibles en cualquier arcilla cargada positivamente en el rango de pH de 5,5 – 7,5.

1.3.2. ARSENICO - EFECTOS EN LA SALUD Las vías más ligadas con los modos de exposición son:

 Por ingestión

 Por inhalación

 Dérmica

Los efectos agudos más destacados de la intoxicación aguda por arsenicales inorgánicos son:

 Daño severo gastrointestinal con dolores, vómitos y diarrea.

 Vasodilatación, caída de la presión sanguínea, shock.

 Daño renal glomerular y tubular con reducción de volumen urinario y anuria final.

 Depresión y parálisis de la respiración. Esta es frecuentemente la causa de muerte.

 Pérdida de movimientos voluntarios y parálisis de origen central.

 Hipotermia.

 Contracciones musculares.

 Anormalidades cardíacas.

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La toxicidad de los compuestos de arsénico es altamente dependiente de su forma química:

Los efectos crónicos son:

a) Tipo general.

b) Teratogénesis.

c) Mutagénesis.

d) Carcinogénesis.

Los efectos de tipo general

 Desbalance electrolítico, pérdidas excesivas desde sangre a tejidos y tracto intestinal.

 Depresión hematopoyética, disminución de leucocitos y ocasionalmente anemia aplásica.

 Inflamación de ojos y tracto respiratorio.

 Pérdida de apetito y peso.

 Daño hepático de distinto grado: ictericia, cirrosis, etc.

 Alteraciones sensoriales.

 Dermatosis: hiperpigmentación, hiperqueratosis palmo-plantar, descamación y caída del cabello. (Indicadores de intoxicación crónica).

 Estrías blancas en uñas.

 Isquemia de miocardio.

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 Enfermedades vasculares periféricas (enfermedad del “pie negro”).

Los efectos de Teratogénesis

 Alteración estructural y funcional del desarrollo que impide la formación armónica del individuo. En casos extremos puede conducir a la muerte del embrión. El As y algunos de sus compuestos han demostrado tener propiedades teratogénicas. Se ha demostrado tanto en humanos como en animales, aunque en humanos los datos son escasos. Por ejemplo se observó mayor incidencia de malformaciones múltiples en hijos de empleadas de fundiciones de metales expuestas a As, que en niños nacidos en el vecindario.

Los efectos de Mutagénesis

 Consiste en una modificación de las bases que constituyen el ADN. El As ha demostrado ser mutágeno en humanos y en animales de experimentación

Los efectos de Carcinogénesis

 Desde fines del siglo XIX, el As fue una de las primera sustancias reconocida como carcinógeno humano. En poblaciones humanas expuestas, el As está asociado a tumores de piel y pulmones, pero también puede asociarse con tumores de vejiga, riñón e hígado. A pesar de ser claramente un carcinógeno humano, su carcinogenicidad continúa siendo un enigma. De hecho, es el

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39

único agente que la IARC2 considera un carcinógeno humano, a pesar de que son “inadecuadas” las evidencias de su potencial carcinogénico en animales.

1.3.3. QUÍMICA DEL ARSÉNICO Y ANTIMONIO.

El arsénico y antimonio están presentes en solución en cualquiera de las formas el trivalente (+3) ó pentavalente (+5) como: arsenitos, arseniatos, antimonitos y antimoniatos. La química del arsénico y antimonio son similares y los mismos procesos de tratamiento son usados para su remoción.

El comportamiento químico de éstos metales es considerablemente diferente que los metales pesados tales como: zinc y cobre. El arsénico y antimonio pueden ser removidos con cal como arseniatos de calcio a pH>12 como sigue:

2𝐻₃𝐴𝑠𝑂₄+ 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂ → 𝐶𝑎₃(𝐴𝑠𝑂₄)₂+ 6𝐻₂𝑂 (1.1)

La solubilidad del arseniato de calcio se incrementa dramáticamente cuando el pH disminuye, que hace que estas especies sean propensas a lixiviar de las pozas de almacenamiento de lodos. La solubilidad del arseniato de calcio es mejorada notablemente por el contacto con dióxido de carbono, que deprime el pH para formar CaCO3 con la posterior liberación de ión arseniato en solución como la descrita por la siguiente reacción:

𝐶𝑎₃(𝐴𝑠𝑂₄)₂+ 3𝐻𝐶𝑂³⁺ → 3𝐶𝑎𝐶𝑂_3(𝑠)+ 2𝐻𝐴𝑠𝑂₄²⁻+ 𝐻⁺ (1.2)

(40)

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La mayoría de lodos estables de arsénico pueden estar formados por la coprecipitación con ión férrico en cualquier simple sistema de tratamiento de neutralización y adsorción con dolomita. El proceso de la coprecipitación de arsenato férrico que puede ser descrito por dos reacciones simultáneas:

2𝐻₃𝐴𝑠𝑂₄+ 𝐹𝑒₂(𝑆𝑂₄)₃+ 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂ → 2𝐹𝑒𝐴𝑠𝑂₄. 𝐻₂𝑂 + 3𝐶𝑎𝑆𝑂₄. 2𝐻₂𝑂 (1.3)

𝐹𝑒₂(𝑆𝑂₄)₃+ 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂+ 6𝐻₂𝑂 → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)₃+ 3𝐶𝑎𝑆𝑂₄. 2𝐻₂𝑂 (1.4)

La etapa de neutralización de alto contenido de arsénico se alimenta con sales férricas ácidas, tales como: sulfato férrico, anterior a la neutralización final que puede mejorar la eficiencia de remoción de arsénico global. (Chávez 2014)

1.3.4. PARAMETROS DE CALIDAD Y LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES DE ARSENICO EN EL AGUA

El agua potable, también llamada para consumo humano, debe cumplir con las disposiciones legales nacionales, a falta de éstas, se toman en cuenta normas internacionales.

Los límites máximo permisibles (LMP) referenciales (**) para el agua potable de los parámetros que se controlan actualmente, se indican en el cuadro siguiente.

(41)

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Tabla N°1.1. Límites máximos permisibles (LMP) referenciales de los parámetros de calidad de agua

Fuente:

http://www.sunass.gob.pe/doc/normas%20legales/legisla%20web(cambio)/normas/c alidad%20de%20agua/Oficio%20677.pdf

Notas:

(1) Valores tomados provisionalmente de los valores guía recomendados por la Organización Mundial de la Salud (1995)

(2) Valores establecidos en la norma nacional “Reglamento de Requisitos Oficiales físicos, químicos y bacteriológicos que deben reunir las aguas de bebida para ser consideradas potables”, aprobado por Resolución Suprema del 17 de Diciembre de 1946

(42)

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(3) En el caso de los parámetros de conductividad y dureza, considerando que son parámetros que afectan solamente la calidad estética del agua, tomar como referencia los valores indicados, los que han sido propuestos para la actualización de la norma de calidad de agua para consumo humano especialmente para aguas subterráneas.

(*) Compuestos tóxicos

(**) Oficio Circular No 677-2000/SUNASS-INF.

Mediante este oficio la SUNASS estableció los valores límite máximo permisibles referenciales de los parámetros de control; ello originado por la carencia de una norma nacional actualizada, ya que la vigente data del año 1946 y no considera varios parámetros, como turbiedad, coliformes, pH, aluminio, nitratos, cadmio, mercurio, cromo, entre otros: para los cuales se ha tomado los valores guía que recomienda la Organización Mundial de la Salud, OMS.

1.4. CAL DOLOMITA

Es un mineral bastante común en las rocas sedimentarias continentales y marinas, se puede encontrar en capas de varios cientos de metros, y es uno de los minerales más difundidos en las rocas sedimentarias carbonatadas; se forma por la acción del agua rica en magnesio, sobre depósitos calcáreos, en donde se produce una progresiva substitución del calcio por el magnesio; a este proceso se le denomina dolomitización, y es un caso concreto de los procesos de sustitución en general o metasomatismo (sustitución de una sustancia por otra), también se forma por actividad hidrotermal.

(43)

43 1.4.1. GRUPO DE LA DOLOMITA

El grupo de la dolomita incluye la dolomita, CaMg(CO₃)₂, la ankerita, CaFe(CO₃)₂ y la kutnahorita, CaMn(CO3)2. Estos tres carbonatos son isoestructurales. La estructura de la dolomita es semjante a la de calcita, pero con capas de Ca y Mg alternando a lo largo del eje c. La gran diferencia en tamaño de los iones Ca²⁺ y Mg²⁺ (33%) ocasiona un ordenamiento catiónico con los dos catión es en niveles separados y específicos de la estructura. Con la no equivalencia de las capas de calcio y magnesio, los ejes de simetría binaria de la calcita no existen y la simetría es reducida a la clase romboédrica. (Cornelis, 1997)

La composición de la dolomita es intermedia entre CaCO₃ y MgCO₃ con Ca:Mg = 1:1. Sin embargo, la ocurrencia de este compuesta ordenado no implica que exista un a solución sólida entre CaCO₃ y MgCO₃. Especialmente en la estructura de la dolomita a bajas temperaturas, cada uno de los dos cationes divalentes ocupa una posición estructuralmente diferente. A mayores temperaturas (por encima de 700° C) la dolomita presenta pequeñas desviaciones respecto a la composición Ca:Mg = 1:1.

Este diagrama muestra también que a temperaturas elevadas, la calcita que coexisten con la dolomita se hace más magnesiana. De igual modo, la dolomita presente en los pares dolomita-calcita se hace algo más cálcica. A temperaturas superiores a 1000- 1100°C existe una solución sólida completa entre la calcita y la dolomita, pero no entre la dolomita y la magnesita.

Cristalografía: para la dolomita hexagonal. Los cristales están formados generalmente por el rombohedro fundamental (figura 1.a). Otras veces por un

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rombohedro agudo y una base (figura 1.c). Caras curvas con frecuencia, algunas tanto que forman cristales en forma de silla de montar (figura 1.b). Las otras formas son raras, aparecen en masas exfoliables granuladas gruesas o finas y compactas.

Figura N° 1.2. Estructura de la dolomita

Fuente. Cornelis, 1997. Manual de mineralogía, Volumen 2

1.4.2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LA DOLOMITA La dolomita es un carbonato doble de calcio y magnesio, su fórmula química es CaMg (CO₃)₂, fue descubierto en 1788/1789 por el geólogo y Mineralogista francés Déodat de Dolomieu, y en cuyo honor se le da el nombre de Dolomita al mineral. Por lo general este mineral reacciona levemente al aplicársele ácido clorhídrico diluido al 5% pero en forma distinta que el carbonato de calcio puro. La dolomita es más que una simple variante de caliza, contiene el 30.41% de CaO, 21.86% de MgO y el 47.73% de CO₂, en su forma más pura. Normalmente se presenta en cristales romboédricos y por lo general estos cristales son de hábito deformado, muy aplastados, curvos en forma de silla de montar o en formas masivas, compactas o bien

(a) (b) (c)

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en forma de pequeñas geodas (en dolomías). A menudo se encuentra como masas granulares. Como impurezas puede contener hierro y manganeso. Su color varía entre blanco, gris rosado, rojizo, negro, a veces con matices amarillento, parduzco o verdusco, predominando el incoloro o blanco grisáceo. Presenta un aspecto vítreo a perlado y es de transparente a translúcida. Tiene una dureza de 3,5 a 4, un peso específico de 2,9g/cm³ y forma la roca denominada dolomita. Este mineral con alto grado de pureza es muy importante particularmente para aplicaciones como dolomita refractaria y vidrio plano; otras aplicaciones importantes son como fundente en metalurgia; en la manufactura de cerámica, pinturas y cargas blancas; en la agricultura, la dolomita al igual que la calcita, es una fuente de magnesio y calcio que constituye un fertilizante indispensable al modificar el pH del suelo, logrando regular su acidez, mejorándolo e incrementando el rendimiento de los cultivos; en la industria química, para la preparación de sales de magnesio y como mena de magnesio (Mg) metálico; como material de construcción, para cementos especiales y como piedra ornamental; de interés científico y coleccionista; es un excelente aislante térmico y es utilizada también para desacidificar el agua. Dada la relación entre la caliza y la dolomita, a continuación se presenta un cuadro comparativo de sus propiedades:

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Tabla N°1.2. Propiedades químicas y físicas de la dolomita

Fuente: coordinación de minería y dirección general de desarrollo minero México

(47)

47 1.4.3. VARIEDADES DE DOLOMITA

Según la composición mineral de las rocas carbonatadas se reconocen dos grandes grupos: las calcáreo-dolomíticas; motivo de este estudio, y las margosas.

Las rocas calcáreo-dolomíticas se dividen en cuatro tipos (Teodorovich, 1958) y son mostrados en la siguiente tabla:

Tabla N°1.3. Variedades de rocas dolomíticas

Fuente: coordinación de minería y dirección general de desarrollo minero

1.4.4. USOS DE LA DOLOMITA:

La CAL DOLOMITA alta en magnesio, es una alternativa eficaz para corregir suelos ácidos y sobre todo para corregir la relación calcio - magnesio en algunos suelos, la cual no debe ser mayor de 2/1 respectivamente.

La CAL DOLOMITICA neutraliza la toxicidad del aluminio soluble, desinfecta el suelo y lo nutre con calcio, magnesio y fosforo. La presencia de altas concentraciones de aluminio en el suelo aumenta la acidez, hace que la raíz de la planta se atrofie y se

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48

desarrolle pobremente, quedando las cosechas limitadas en productividad y rendimiento.

1.4.5. PROPIEDADES QUÍMICAS.

A. COMO FUENTES DE CAL.

La dolomita posen una propiedad por la cual ha sido conocida y utilizada por siglo:

cuando se calientan, ellos pierden dióxido de carbono y rinden cal. Es decir, la dolomita al ser sometida a tratamiento de tostación (calcinación) se descompone en compuestos de caliza, óxido de magnesio, hidróxido de magnesio y óxido de calcio (cal apagada) e hidróxido de calcio (cal hidratada). (Chávez 2014)

Las fórmulas pueden ser escritas:

CaCO₃. MgCO₃ + calor → CaO + MgO + CO₂ (5)

Estas simples reacciones son la base de la industria de la cal.

En síntesis, se puede afirmar que la cal es producida por la calcinación de la dolomita por la exposición directa a la flama, en un horno de eje ó rotatorio a la temperatura requerida entre 1000°C-1 100°C.

Se debe señalar que durante este proceso de tostación (calcinación), la dolomita pura (90-99,8%) pierde 48% de su peso en el proceso, por lo tanto, la piedra de alta pureza es la deseada, cuando la proporción de sílice, alúmina y otras impurezas en la piedra original será aproximadamente el doble en la cal.

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49

En ese sentido, el proceso de la producción de la cal es reversible, y de tal manera que la cal que provenga del horno (cal viva) tenga una fuerte afinidad para el dióxido de carbono. También tiende a combinar con el agua, con la evolución del calor.

Por éstas razones, la cal viva en almacén ó tránsito debe ser ampliamente protegida contra la humedad. Aproximadamente, un tercio de la cal producida es procesada a cal hidratada, Ca(OH)₂, una forma en la cual es estable.

La cal es un material esencial en dos grandes campos. En las industrias de construcción, es usado en el yeso y el mortero; y en la manufactura y las industrias químicas, es el más común y barato de los químicos de álcali y es usado en series de aplicaciones.

Es en ese sentido, que cada uno de los nuevos compuestos derivados de la dolomita es particularmente eficaz y eficiente en la remoción y disminución de la concentración de los metales pesados disueltos en los efluentes metalúrgicos y aguas de mina. Es por esa razón que éstos nuevos compuestos derivados de la dolomita tratada, tales como: la caliza (CaCO3) y la cal (CaO) o Ca(OH)2, hacen posible el amplio uso de la dolomita debido al costo y la disponibilidad.

Cabe resaltar que principalmente la cal hidratada puede ser vendida, a un alto costo, y añadida directamente al reactor de neutralización. Este costo más elevado es compensado para algún grado por la eliminación del costo y la complejidad operacional del deslamado en el lugar. Vendiendo cal hidratada puede ser más

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efectiva en aplicaciones donde el consumo de la cal es menor de 5,6 Ton/día. (Chávez 2014)

1.4.6. YACIMIENTOS DE DOLOMITA

La dolomita aparece principalmente en masas rocosas extensas formando las calizas dolomíticas y su equivalente cristalino, el mármol dolomítico. Se supone generalmente que la dolomita, como roca, es de origen secundario, formado a partir de la caliza ordinaria, reemplazando parte de Ca por Mg. El reemplazamiento puede ser solamente parcial y así la mayor parte de las rocas dolomíticas son mezclas de dolomita y calcita. También aparece como mineral filoniano hidrotérmico, principalmente en los filones de plomo y zinc que atraviesan las calizas, asociado a fluorita, calcita, baritina y siderita. (Cornelis, 1997)

Tabla N°1.4. Principales yacimientos de dolomita en el Perú

Fuente: Ministerio de Energía y Minas Atlas Minería y Energía en el Perú 2001

UNIDAD EMPRESA DISTRITO PROVINCIA DEPARTAMENTO Industria Freundt Orihuela

Victor

Santa Ana De Tusi

D.A. Carrion Pasco

Geologos Del 2000

Smrl.Calderon N° 2 De Lima

Gorgor Cajatambo Lima

Por Si Acaso N°

10

Smrl.Por Si Acaso N° 10 De Lima

Gorgor Cajatambo Lima

Maria Cia.Nac.De

Marmoles S.A.(Cnm)

Marcona Nazca Ica

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51 1.5. ADSORCIÓN

Es difícil definir o limitar el fenómeno de la adsorción. En algunos casos, la adsorción es muy semejante a la reacción química, pero en casos extremos es muy diferente de ésta. A veces tiene lugar la adsorción cuando difícilmente podría esperarse una reacción química. Las fuerzas que intervienen en los fenómenos de adsorción son distintas de las que se encuentran en las reacciones químicas y en los compuestos químicos ordinarios.

La adsorción puede deberse a la acción de esas fuerzas de valencias parciales. Ese punto de vista haría posible. Si se estudia la relación entre la cantidad adsorbida y la concentración de la solución, y la cantidad de sustancia tomada de la solución, ó sea, la cantidad adsorbida sobre la superficie de un sólido adsorbente, se transporta a una gráfica en función de la concentración de la solución, se obtienen curvas cóncavas con respecto al eje de la concentración denominadas isotermas de Langmuir que propuso que las fuerzas que actúan en la adsorción son de clase semejante a las que intervienen en la combinación química.

1.5.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ADSORCIÓN

La adsorción en fase liquida-sólido se debe a las interacciones entre el soluto en solución y los sitios activos en la superficie del adsorbente; la capacidad de adsorción dependerá de todos aquellos factores que influyan en estas interacciones, relacionados a las características del adsorbente y la solución. Los principales factores son: pH,

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tiempo de contacto, presencia de otros metales, temperatura y características fisicoquímicas del adsorbente.

1.5.1.1. EFECTO DE LA TEMPERATURA

Un aumento elevado de la temperatura puede causar un cambio en la textura del sorbente y un deterioro del material que desembocan en una pérdida de capacidad de sorción. (Tejada, 2014)

1.5.1.2. EFECTO DEL PH

El pH de la solución acuosa es un importante parámetro que controla los procesos de adsorción de metales en diferentes adsorbentes, debido al hecho, de que los iones hidrógeno se constituyen en un adsorbato fuertemente competitivo. La adsorción de iones metálicos depende tanto de la naturaleza de la superficie adsorbente como de la distribución de las especies químicas del metal en la solución acuosa. El valor del pH de la fase acuosa es el factor más importante tanto en la adsorción de cationes como de aniones, siendo el efecto distinto en ambos casos. Así, mientras que la adsorción de cationes suele estar favorecida para valores de pH superiores a 4,5, la adsorción de aniones prefiere un valor bajo de pH, entre 1,5 y 4. (Tejada, 2014)

1.5.1.3. EFECTO DEL TAMAÑO DE PARTÍCULA

La adsorción tiene lugar fundamentalmente en el interior de las partículas, sobre las paredes de los poros en puntos específicos. La cantidad de adsorbato (soluto) que se puede adsorber es directamente proporcional al volumen, y es bien conocido que este volumen es directamente proporcional al área externa y también que una partícula

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pequeña tiene mayor área superficial, o sea mayor área de la superficie interna por su cantidad de poros por unidad de masa. (Tejada, 2014)

1.5.1.4. PRESENCIA DE OTROS IONES

La presencia de iones en la disolución hace que estos puedan competir con el metal en el interés de las zonas de sorción. (Tejada, 2014)

1.5.2. ADSORBENTES

Los adsorbentes como la dolomita, separan los sólidos por atracción superficial y permiten su fácil filtración. Estas sustancias de carácter químico sirven para separar impurezas en dispersión por emulsión que no pueden sedimentarse ni ceden a la centrifugación.

Los reactivos químicos no producen a menudo una completa eliminación cuando se usan para la precipitación de sustancias coloidales de líquidos. Estas reacciones dependen de condiciones estrechamente definidas de temperatura, pH, etc., alterándose en muchos casos el punto de equilibrio en sentido opuesto al deseado por variaciones pequeñas e incontrolables de las mismas.

1.6. ISOTERMAS DE ADSORCION

La isoterma de adsorción es la representación matemática de la relación entre la masa del soluto adsorbido por unidad de masa del adsorbente y la concentración del soluto en la solución cuando se ha alcanzado el equilibrio a una determinada temperatura.

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Figura 1.3. Isoterma de adsorción, concentración en equilibrio (Ce) vs Capacidad de adsorción (q)

Fuente: Cooney, 1998. Adsorption Design for Wastewater Treatment.

La forma típica de las isotermas de adsorción se ha estudiado ampliamente en el caso de la adsorción de gases. Las isotermas se clasifican en cinco formas y estos son como se muestra en la Figura 1.4. (Mendoza, 2012).

 TIPO I. La isoterma es cóncava respecto al eje de la presión relativa (p/p0), aumenta rápidamente a baja presión (p/p0<1x10^-3) y posteriormente alcanza la saturación horizontal. Esta clase de isotermas es característica de materiales microporosos. La alta energía de adsorción de los microporos produce que el gas se adsorba a bajas presiones. Una vez que se ha completado todo el volumen de los microporos la isoterma permanece en un valor casi constante sobre un amplio rango de presiones.

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 TIPO II A bajas presiones es cóncava respecto al eje de la presión relativa (p/p₀), luego aumenta linealmente y finalmente se vuelve convexa. Puede ser interpretada como la formación de una capa adsorbida cuyo espesor es incrementado progresivamente a medida que aumenta la presión.

 TIPO III. Es convexa al eje de la presión relativa (p/p0) en todo el rango de presión. Esta característica es indicativa de interacciones débiles entre el adsorbato y el adsorbente.

 TIPO IV. A bajas presiones se comporta como la del tipo II, siendo el rasgo distintivo de la isoterma de un lazo de histéresis. Es característica de los sólidos mesoporosos. La aparición del ciclo de histéresis se debe a que el proceso de llenado de los mesoporos está gobernado por el fenómeno de condensación capilar y por las propiedades percolativas del sólido.

 Tipo V. del mismo modo que las de tipo III, esta clase de isotermas se obtiene cuando las interacciones entre el adsorbato y el adsorbente son débiles. La presencia del lazo de histéresis está asociado con el mecanismo de llenado y vaciado de los poros. En la práctica es poco usual encontrase con este tipo de isotermas. (Mendoza, 2012).

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Figura. 1.4. Representación esquemática de las isotermas de adsorción

Fuente: Mendoza, 2012. Remoción De Pb (II) De Soluciones Mediante Carbón Activado.

Según kipling (1965), las isotermas de adsorción de líquidos pueden presentar formas distintas a las obtenidas para gases cuando se realizan los estudios de adsorción en un amplio intervalo de concentraciones.

Las isotermas de adsorción de líquidos pueden tener pueden tener la forma que se muestra en la figura 1.5.

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Figura.1.5. Ejemplos de isotermas de adsorción compuestas para la adsorción de líquidos.

Fuente: Izquierdo, 2010. Eliminación de metales pesados en aguas mediante bioadsorcion evaluación de materiales y modelación del proceso.

La isoterma con la forma representada en la figura 1.5 (a) corresponden a datos experimentales obtenidos con concentraciones de soluto tales que la disolución inicial soluto-solvente es homogénea y que únicamente se produce adsorción de soluto. En cambio, si se obtienen datos experimentales en un amplio intervalo de concentraciones pueden obtenerse curvas con la forma representada en la figura 1.5 (b) y figura 1.5 (c) en la que se observa la aparición de valores de adsorción negativos. Estas isotermas se denominan isotermas compuestas o isotermas de cambio de concentración (Kipling, 1965) y son el resultado de la adsorción del solvente a concentraciones elevadas. Algunos de los modelos más utilizados en adsorción son el modelo de Langmuir, el modelo de Freundlich, el modelo BET (Brunauer- Emmett-Teller) y el modelo de Redlich-Peterson. Los parámetros de estos modelos suelen ser fuertemente dependientes de las condiciones en las que se realicen

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los ensayos y, como consecuencia, tienen una capacidad predictiva limitada. Son modelos que se han utilizado tanto para la adsorción desde fase líquida como gaseosa, y tanto para compuestos orgánicos como para especies iónicas.

Existen numerosos ejemplos en la bibliografía de aplicaciones de los modelos matemáticos en estudios de adsorción. De hecho, más del 50% de las publicaciones referenciadas en la base de datos científica ¨Web of Science with¨ Conference Proceedings, incluyen modelación para representar el equilibrio de adsorción en sistemas liquido-sólido, de los cuales los más usados son los de Freundlich y Langmuir. (Cooney, 1998).

1.6.1. MODELACIÓN MATEMATICA DE ADSORCION

El proceso de adsorción del arsénico puede estudiarse mediante la realización de experimentos en discontinuo o en continuo. La mayoría de los trabajos publicados que contienen experimentos discontinuos son un proceso batch que consiste en mezclar y agitar una cantidad de adsorbente con una solución de arsénico en una determinada concentración. Los estudios en discontinuo permiten determinar la influencia de diversos parámetros como el pH, la temperatura y el tiempo de contacto sobre el proceso de adsorción para determinar la capacidad de adsorción.

A partir de la concentración de As⁵⁺ medida antes y después de la adsorción (Ci y Ce, respectivamente en mg/L) el peso seco del adsorbente (W) en g y el volumen de solución acuosa (V en litros), la capacidad de adsorción en el equilibrio del metal (q) fue calculada usando la siguiente ecuación: (Mendoza, 2012).

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𝑞(𝑚𝑔 𝑔⁄ ) =^𝐶^𝑖_𝑊^−𝐶^𝑒𝑉 (1.6)

El porcentaje de adsorcion (%A) es definido como la proporción de diferencia entre la concentración del metal antes y después de la adsorción (Ci – Ce) sobre la concentración inicial de la solución de As⁵⁺ acuoso, esta puede calcularse usando la siguiente ecuación: (Mendoza, 2012).

%𝐴 =^𝐶^𝑖^−𝐶_𝐶 ^𝑒

𝑖 𝑥100