Estudio experimental de alternativas para la oxidación de As (III) a As (V) en soluciones de lixiviación de residuos de plantas de ácido

Abstract

El procesamiento de minerales de cobre con contenidos de arsénico, tales como la enargita y la tenantita, tienen como principal problemática el método de tratamiento de residuos debido a la consideración del arsénico como un residuo contaminante y tóxico. El proceso de estabilización de arsénico está regulado por decreto por organismos del gobierno y determina la deposición de éste como un sólido estable. Actualmente, el proceso más utilizado para la estabilización de arsénico es la precipitación con calcio como arsenito y arseniato de calcio, sin embargo estudios han determinado que el comportamiento de este compuesto cambia en condiciones de mayor humedad, tiende a solubilizarse y con ello expone al arsénico en una solución acuosa. Por este motivo, el interés de diseñar un proceso alternativo se ha convertido en un desafío importante a afrontar. Los procesos de estabilización de arsénico que mejores resultados presentan son el proceso de precipitación de escorodita y el proceso ferrihidrita. Estos procesos contemplan una etapa de oxidación del arsénico de su estado III a V. Para tomar la decisión de tratar los residuos arsenicales y bajo qué condiciones, radica en la viabilidad medioambiental, técnica y económica; es importante considerar que el proceso ferrihidrita y el proceso escorodita son procesos que tienen un gasto económico considerable. El desafío está en diseñar un proceso alternativo que pueda presentar un gasto económico menor y con resultados satisfactorios. En este estudio, se evaluó el diseño de un proceso alternativo para la oxidación de arsénico presente en una solución de lixiviación de arsenito y arseniato de calcio, comparando distintos agentes oxidantes, evaluando su eficiencia y analizando las variables involucradas en cada proceso con el fin de determinar las mejores condiciones para propiciar la oxidación. Los agentes oxidantes analizados fueron peróxido de hidrógeno, una mezcla de dióxido de azufre y oxígeno, ozono, hipoclorito de sodio y oxígeno en presencia de carbón activado. Además, se realizó un análisis termodinámico de cada proceso para determinar las condiciones de pH y potencial de equilibrio necesario para producir la oxidación, y si estas condiciones se presentaban en la práctica. Con el trabajo experimental se determinaron las condiciones óptimas para cada proceso realizado. En el proceso de lixiviación con ácido sulfúrico, las condiciones óptimas son temperatura a 60°C y 75 gpL de concentración de ácido. Para las pruebas de oxidación con peróxido de hidrógeno se obtuvieron las condiciones óptimas a mayor concentración de peróxido y temperatura 60°C. Para la oxidación con SO2/O2 no se obtuvo resultados satisfactorios, llegando solo a un 9,20% de oxidación. En el método de oxidación con hipoclorito de sodio las condiciones de mayor eficiencia se obtuvieron a temperatura 20°C y con mayor dosificación de hipoclorito alcanzando eficiencias mayores a 90%; el pH no fue una variable que afectara de forma determinante en los rangos trabajados. Para la oxidación con el método de O2 en presencia de carbón activado se obtuvo mayores eficiencias de oxidación a temperatura 80°C y mayor concentración de carbón activado, siendo estas dos variables las más importantes en el proceso; la reutilización de carbón activado no afectó el desempeño de la oxidación en una 2da etapa. Finalmente para el método de oxidación con ozono los mayores porcentajes de oxidación se alcanzaron con temperatura 60°C y mayor tiempo de ozonización, llegando a 85,86% de oxidación. Los métodos que se recomiendan para su análisis, son el proceso de oxidación con hipoclorito de sodio y el proceso con carbón activado. El primero por su viabilidad económica considerando el valor comercial del hipoclorito de sodio y que la temperatura óptima es a 20°C; y el segundo método para analizar si con una mayor reutilización de carbón activado se obtienen los mismos resultados, además si es posible un menor gasto energético disminuyendo la temperatura óptima.