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LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

Tarea No 10 (20-24/02/2012)

Tratamiento de Aguas Acidas I.- INTRODUCCIÓN

El estudio realizado tiene como finalidad determinar los parámetros de operación (Concentración, Caudal, Consumo de CAL) del tanque de disolución de Cal en el proceso de neutralización de aguas ácidas, para lo cual se desarrollaron pruebas de consumo de Cal obteniendo como resultado que la concentración ideal de Cal para el agua ácida es de 4.2 g/L para obtener un PH=7.66. La información que nos brinda estas pruebas nos puede permitir estimar las condiciones de operación optima, obteniendo los siguientes resultados:

t=

6 h

Q1=Q2

0.5 L/s

Q4 (L/s)

Consumo de Cal (sacos)

5

15

10

30

15

45

t=

12 h

Q1=Q2

0.25 L/s

Q4 (L/s)

Consumo de Cal (sacos de Cal)

5

30

10

60

15

90

II.- FUNDAMENTO TEORICO

LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

Lechada de cal: La forma de obtener el máximo aprovechamiento de la cal en un proceso determinado es adicionando en solución mezclada con agua, ya que así es más lenta de sedimentar, la cal adicionada directamente es más lenta de reaccionar. Esta solución de lechada de Cal puede ser preparada mezclándola con más de 10 partes de agua para contener un alto contenido de sólidos en suspensión dado a que esto ayuda a evitar problemas de incrustación que se originan ya sea por una mala preparación como por un mal manejo de la lechada. La Cal hidratada es el más económico y eficaz para la neutralización sin embargo se debe alimentar controladamente y a una densidad promedio de 1280 g/L. Reacción simplificada de la neutralización con cal: Ca(OH)2 + H2SO4

CaSO4 + 2H2O

Ca(OH)2 + FeSO4

Fe(OH)2 + CaSO4

3Ca(OH)2 + Fe(SO4)3

2Fe(OH)3 + 3CaSO4

El Fe(OH)3 es sólido color anaranjado oscuro

Floculación: La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma su decantación y posterior filtrado. Es un paso del proceso de potabilización de aguas de origen superficial y del tratamiento de aguas servidas domésticas, industriales y de la minería.

Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser: 

Sólidos en suspensión;



Partículas coloidales (menos de 1 micra), gobernadas por el movimiento browniano; y,

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

Sustancias disueltas (menos que varios nanómetros).

El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele hablar de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión y de las partículas coloidales. 

La coagulación es la desestabilización de las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí;



La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este fin, denominados sedimentadores.

Los factores que pueden promover la coagulación-floculación son el gradiente de la velocidad, el tiempo y el pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte el pH es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes. La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas limpias y la formación de lodos espesos se determina por pruebas, ya sea en laboratorio o en el campo. En la minería, los floculantes utilizados son polímeros sintéticos de alto peso molecular, cuyas moléculas son de cadena larga y con gran afinidad por las superficies sólidas. Estas macromoléculas se fijan por adsorción a las partículas y provocan así la floculación por formación de puentes interpartículas.

III.- PARTE EXPERIMENTAL

LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

Materiales usados: 2 Vasos de precipitados de 2000mL. 1 Vaso de precipitados de 500mL. 1 Piceta con agua destilada. 1 Agitador. 1 PHmetro. 1Balanza. 1 Cronometro. Cal viva. Muestras de agua ácida.

Procedimiento: Determinación de Concentración de Cal en Agua ácida: 

Se toma una muestra de 1000ml de agua ácida en el vaso de 2000mL, se mide el PH y



se lleva a agitación. Se adiciona 0.2g de cal viva a la muestra manteniéndola en agitación por un tiempo de

 

2 minutos. Proceder a medir el PH de la muestra en agitación. Repetir los dos pasos anteriores hasta completar una concentración que nos brinde



una lectura de PH entre 7 y 8. Anotar los consumos de Cal y sus respectivas lecturas de PH.

Determinación de Concentración de Lechada de Cal:  

Se toma una muestra de 500mL de agua ácida en un vaso de 2000mL. Con la concentración ideal de cal en agua ácida determinamos la concentración de



lechada de Cal mediante la relación de dilución : C Lechada de CalxVLechada de Cal=CCalxVagua ácida Adicionamos 500mL de Lechada de Cal a los 500mL de agua ácida y lo llevamos a



agitación. Medimos el PH de la solución el cual debe darnos un valor entre 7 y 8.

IV.- RESULTADOS

Para las pruebas realizadas obtuvimos los siguientes resultados Tabla No 1

C4 (g/L)

PH

Log PH

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0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 4.10 4.20 4.30 4.40 4.50

2.21 2.31 2.43 2.53 2.63 2.72 2.78 2.82 2.84 2.90 3.02 3.14 3.58 4.10 4.43 4.96 5.44 5.60 5.73 6.13 6.65 7.03 7.66 8.39 9.40 10.55

0.364 0.386 0.403 0.420 0.435 0.444 0.450 0.453 0.462 0.480 0.497 0.554 0.613 0.646 0.695 0.736 0.748 0.758 0.787 0.823 0.847 0.884 0.924 0.973 1.023

Para el tratamiento de los resultados obtenidos graficamos, para poder obtener nuestras líneas de tendencia que nos brindaran el comportamiento de las concentraciones con respecto al PH

Graficas

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C4 vs PH 12.00 10.00 C4 vs PH

8.00 6.00

Logarithmic (C4 vs PH)

f(x) = 1.52x + 0.99 R² = 0.84 f(x) = 2.2 ln(x) + 3.25 R² = 0.57

Logarithmic (C4 vs PH) Linear (C4 vs PH)

4.00 2.00 0.00 0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

C4 Lin vs ea rLo

C4 vs Log PH (Cg 4PH vs f(x) = 0.14x + 0.27 Lo 5.00 R² = 0.94 g 0.00 PH )

Tiempo de vaciado de tanque de lechada de cal. Diagrama de flujo

CAL AGUA

11 M3

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LECHADA DE CAL

V=

11m3

=

11000 litros

Para determinar el tiempo de vaciado del tanque de Lechada de Cal obtuvimos: Tabla No 2 QLECHADA DE CAL (L/s) 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.25 0.20 0.10 0.05

T(h) 0.31 0.34 0.38 0.44 0.51 0.61 0.76 1.02 1.53 3.06 3.40 3.82 4.37 5.09 6.11 7.64 10.19 12.22 15.28 30.56 61.11

Para estos resultados obtuvimos la relación en función de Q (caudal) vs Tiempo (h) Grafica

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Diagrama de flujo del circuito de neutralización de aguas ácidas

CAL AGUA 1

11 M3 lechada de cal

AGUA ACIDA

3 LECHADA DE CAL

2

AGUA PH=7-8 4

Q1: Corriente de alimentación de agua al tanque de lechada de Cal. Q2: Corriente de descarga de lechada de Cal.

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Q3: Corriente de agua ácida. Q4: Corriente de agua ácida neutralizada. C2: Concentración de descarga de lechada de Cal. C4: Concentración de agua ácida neutralizada. Resultados de simulación de alimentación de Lechada de Cal para condiciones optimas de operación.

Caso 1:

Para;

PH =

7.66

C4=

4.20 g/L

Q2=

0.50 L/s

t=

6.11 h

(tiempo de descarga de tk lechada de cal)

Teniendo un caudal: Q4=Q3

Tabla No 3 Q4

C2

Peso Cal (Kg)

#sacos Cal

2.00

16.80

184.80

6

3.00

25.20

277.20

9

4.00

33.60

369.60

12

5.00

42.00

462.00

15

6.00

50.40

554.40

18

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7.00

58.80

646.80

22

8.00

67.20

739.20

25

9.00

75.60

831.60

28

10.00

84.00

924.00

31

10.20

85.68

942.48

31

10.40

87.36

960.96

32

10.60

89.04

979.44

33

10.80

90.72

997.92

33

11.00

92.40

1016.40

34

11.20

94.08

1034.88

34

11.40

95.76

1053.36

35

11.60

97.44

1071.84

36

11.80

99.12

1090.32

36

12.00

100.80

1108.80

37

12.20

102.48

1127.28

38

12.40

104.16

1145.76

38

12.60

105.84

1164.24

39

12.80

107.52

1182.72

39

13.00

109.20

1201.20

40

13.20

110.88

1219.68

41

13.40

112.56

1238.16

41

13.60

114.24

1256.64

42

13.80

115.92

1275.12

43

14.00

117.60

1293.60

43

14.20

119.28

1312.08

44

14.40

120.96

1330.56

44

14.60

122.64

1349.04

45

14.80

124.32

1367.52

46

15.00

126.00

1386.00

46

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Graficas

Caso 2: Para;

C4=

4.20 g/L

Q2=

0.25 L/s

t=

12.22 h

(tiempo de descarga de tk lechada de cal)

Teniendo un caudal: Q4=Q3 PH =

7.66

Tabla No 4 Q4 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00

C2 33.60 50.40 67.20 84.00 100.80 117.60 134.40 151.20 168.00

Peso Cal (Kg) 369.60 554.40 739.20 924.00 1108.80 1293.60 1478.40 1663.20 1848.00

#sacos Cal 12 18 25 31 37 43 49 55 62

LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

10.20 10.40 10.60 10.80 11.00 11.20

171.36 174.72 178.08 181.44 184.80 188.16

1884.96 1921.92 1958.88 1995.84 2032.80 2069.76

63 64 65 67 68 69

11.40

191.52

2106.72

70

11.60

194.88

2143.68

71

11.80

198.24

2180.64

73

12.00

201.60

2217.60

74

12.20

204.96

2254.56

75

12.40 12.60

208.32 211.68

2291.52 2328.48

76 78

12.80

215.04

2365.44

79

13.00

218.40

2402.40

80

13.20 13.40

221.76 225.12

2439.36 2476.32

81 83

13.60 13.80 14.00 14.20 14.40 14.60 14.80 15.00

228.48 231.84 235.20 238.56 241.92 245.28 248.64 252.00

2513.28 2550.24 2587.20 2624.16 2661.12 2698.08 2735.04 2772.00

84 85 86 87 89 90 91 92

Graficas

Estimados de operación para la neutralización de de aguas ácidas

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Vtk=

11000 L

Q2 =

0.5 L/s

C4=

4.2 g/L

Q4 =

5 L/s

t=

6 h

T(h)

V1 (L)

Vlechada de cal (L)

Ctk (g/L)

C2 (sacos/tanque)

C4 (g/L)

PH

0 1 2 3 4 5 6

0 1800 3600 5400 7200 9000 10800

11000 9200 7400 5600 3800 2000 200

42.00 35.13 28.25 21.38 14.51 7.64 0.76

15 13 10 8 5 3 0

4.2 3.5 2.8 2.1 1.5 0.8 0.1

7.36 6.32 5.27 4.23 3.19 2.15 1.10

Vtk=

de Cal 0 3 5 8 10 13 15

11000 L

Q2=

0.5 L/s

C4=

4.2 g/L

Q4=

10 L/s

t=

Vtk=

Consumo

6 h T(h)

V1 (L)

Vlechada de cal (L)

Ctk (g/L)

C2 (sacos/tanque)

C4 (g/L)

PH

0 1 2 3 4 5 6

0 1800 3600 5400 7200 9000 10800

11000 9200 7400 5600 3800 2000 200

84.00 70.25 56.51 42.76 29.02 15.27 1.53

31 26 21 16 11 6 1

4.2 3.5 2.8 2.1 1.5 0.8 0.1

7.36 6.32 5.27 4.23 3.19 2.15 1.10

11000 L

Q2 =

0.5 L/s

C4=

4.2 g/L

Q4 =

15 L/s

Consum

de Ca 0 5 10 15 20 25 30

LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

t=

6 h T(h)

V1 (L)

Vlechada de cal (L)

Ctk (g/L)

C2 (sacos/tanque)

C4 (g/L)

PH

0 1 2 3 4 5 6

0 1800 3600 5400 7200 9000 10800

11000 9200 7400 5600 3800 2000 200

126.00 105.38 84.76 64.15 43.53 22.91 2.29

46 39 31 24 16 8 1

4.2 3.5 2.8 2.1 1.5 0.8 0.1

7.36 6.32 5.27 4.23 3.19 2.15 1.10

Vtk=

0.25 L/s

C4=

4.2 g/L

Q4=

5 L/s

Q2=

de Cal 0 8 15 23 30 38 45

11000 L

Q2=

Vlechada de cal

T(h)

V1 (L)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900

11000 10100 9200 8300 7400 6500 5600 4700 3800 2900 2000 1100

84.00 77.13 70.25 63.38 56.51 49.64 42.76 35.89 29.02 22.15 15.27 8.40

12

10800

200

1.53

Vtk=

Consumo

11000 L 0.25 L/s

(L)

Ctk (g/L)

C2

Consumo

C4 (g/L)

PH

31 28 26 23 21 18 16 13 11 8 6 3

4.2 3.9 3.5 3.2 2.8 2.5 2.1 1.8 1.5 1.1 0.8 0.4

7.36 6.84 6.32 5.79 5.27 4.75 4.23 3.71 3.19 2.67 2.15 1.62

0 3 5 8 10 13 15 18 20 23 25 28

1

0.1

1.10

30

(sacos/tanque)

de Cal

LUIS SANTIAGO GUTIERREZ FALCON PRACTICANTE PREPROFESIONAL PLANTA DE PROCESOS

C4=

4.2 g/L

Q4=

10 L/s Vlechada de cal

T(h)

V1 (L)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900

11000 10100 9200 8300 7400 6500 5600 4700 3800 2900 2000 1100

168.00 154.25 140.51 126.76 113.02 99.27 85.53 71.78 58.04 44.29 30.55 16.80

12

10800

200

3.05

Vtk=

(L)

Ctk (g/L)

C2

Consumo

C4 (g/L)

PH

62 57 52 46 41 36 31 26 21 16 11 6

4.2 3.9 3.5 3.2 2.8 2.5 2.1 1.8 1.5 1.1 0.8 0.4

7.36 6.84 6.32 5.79 5.27 4.75 4.23 3.71 3.19 2.67 2.15 1.62

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

1

0.1

1.10

60

(sacos/tanque)

de Cal

11000 L

Q2=

0.25 L/s

C4=

4.2 g/L

Q4=

15 L/s Vlechada de cal

T(h)

V1 (L)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800

(L) 11000 10100 9200 8300 7400 6500 5600 4700 3800 2900 2000 1100 200

Ctk (g/L) 252.00 231.38 210.76 190.15 169.53 148.91 128.29 107.67 87.05 66.44 45.82 25.20 4.58

C2 (sacos/tanque) 92 85 77 70 62 55 47 39 32 24 17 9 2

C4 (g/L)

PH

4.2 3.9 3.5 3.2 2.8 2.5 2.1 1.8 1.5 1.1 0.8 0.4 0.1

7.36 6.84 6.32 5.79 5.27 4.75 4.23 3.71 3.19 2.67 2.15 1.62 1.10

Consumo de Cal 0 8 15 23 30 38 45 53 60 68 76 83 91

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V.- CONCLUSIONES



Esta prueba nos permite estimarla concentración ideal de lechada de cal para neutralizar muestra de agua ácida.



La cal no solo neutraliza el agua ácida también contribuye a la floculación de metales suspendidos en el agua, lo que contribuye con el proceso de tratamiento.



La lechada de cal debe mantenerse en agitación constante, para obtener un rendimiento optimo se requiere una disolución total de cal para obtener la concentración deseada.

VI.- RECOMENDACIONES

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Para dosificar la cal al tanque se recomienda un clasificador (como el usado enplanta) y mantener a agitación constante.

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Se recomienda monitorear el consumo de cal en función del pH para incrementar o disminuir dicho consumo.