EFECTO DEL LA CANTIDAD DE CROMO HEXAVALENTE

EFECTO DEL LA CANTIDAD DE CROMO HEXAVALENTE Y EL pH EN LA
REMOCION DE Cr 6+ EN UN REACTOR ELECTROQUIMICO
DE ELECTRODOS ROTATORIOS.
Miriam G. Rodríguez R., Sergio A. Martínez D., y Luis Tello P.
Universidad Autonóma Metropolitana - Azcapotzalco.
Dpto. Energía, Av. San Pablo No. 180 Col. Reynosa Tamps, C.P. 02200. México, D.F.
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RESUMEN
En este trabajo se exponen las investigaciones relacionadas con la remoción de cromo
hexavalente (Cr6+ ) de aguas de enjuague de la industria de galvanoplastía mediante
tratamiento electroquímico en un reactor de electrodos rotatorios de acero al carbón. Se
trabajo en reactores por lote, con capacidad de 8, 12 y 16 L de volumen de operación.
Los resultados muestran que, en las condiciones de experimentación, el tiempo de
remoción de Cr6+ no depende de la concentración para la misma cantidad de gramos
de cromo hexavalente disueltos en el agua residual. Para diferentes volúmenes de
operación a la misma concentración de cromo hexavalente, el tiempo para alcanzar
concentraciones de Cr+6 menores a 0.5mg/L incrementa al ser mayor el volumen de
operación. Se obtuvo también que el pH en el que se desarrolla el proceso, es
determinante, encontrándose que a pH ácido la reacción es más rápida que a pH =7.0.
INTRODUCCIÓN
El tratamiento electroquímico para remover cromo hexavalente, se presenta como un
proceso alternativo; este proceso consiste en la reducción del Cr6+ a cromo trivalente
(Cr3+), que lleva a cabo el ion ferroso (Fe2+) liberado por el desgaste del ánodo al paso
de una corriente directa a través de electrodos de acero al carbón.
La reacción que ocurre en la solución durante el proceso (Cenkin, 1985), es la siguiente:
6Fe2+ + Cr2O72- + 14H1+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H20
También es posible que en el cátodo exista una reducción parcial del cromo
hexavalente (Golub, 1988).
Durante el proceso se forman sales (Beck, 1982) que pasivan los electrodos. En los
sistemas estáticos, es decir sin agitación del líquido o sin movimiento de los electrodos
se presentan problemas de poca homogeneidad y de pasivación, que incrementan los
consumos de energía hasta en un 50% (Martínez et al., 1998). En otros trabajos
(Martínez et al., 1999) se mostró que con electrodos rotatorios es posible reducir los
consumos de energía y los tiempos de tratamiento, así como mantener un sistema
homogéneo.
En el presente trabajo se utilizó un sistema de electrodos rotatorios para evaluar el
efecto de la concentración y masa de cromo hexavalente, así como pH en el
desempeño del sistema.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para las experimentaciones se preparó agua sintética con diferentes concentraciones y
masas de Cr6+, utilizando dicromato de potasio. Las pruebas se realizaron por lote en
reactores electroquímicos de 8, 12 y 16 L de volumen de operación, al cual se le
introdujo una flecha con 14 electrodos, 7 ánodos y 7 cátodos paralelos, en forma de
anillos, de pulido de acero al carbón, con un diámetro interior de 11.5 cm. Los
electrodos estaban separados por un espacio de 1.0 cm y colocados alternadamente
es decir, un ánodo seguido de un cátodo. Cada electrodo tenía un área superficial de
68.1 cm2 y el área total del ánodo fue 476.7 cm2 . Se utilizó una fuente de corriente
directa con la cual se aplicó un amperaje de 5.0 A y voltajes entre 2.75 a 4.5 V. La
densidad de corriente que se manejo durante las experimentaciones fue de 7.95
mA/cm2. La flecha con los electrodos se conectó a un motor de revoluciones variables
y se realizaron pruebas a 150 revoluciones por minuto (r.p.m.). El pH durante el proceso
se mantuvo en 2.0 para las pruebas con diferentes concentraciones y masas de Cr6+ .
Se tomaron muestras a diferentes tiempos a las que se les ajustó el pH a 8.5 para
precipitar el Cr3+ y Fe3+; al sobrenadante se le determinó la concentración de Cr6+
mediante el método de la difenilcarbazida. La curva teórica de variación del Cr+6
residual en función del tiempo se obtuvo utilizando la constante de Faraday, con la que
se calcularon los gramos del ion ferroso (Fe+2) liberado del ánodo por el paso de
corriente directa, que reaccionan en cantidad estequiométrica con el Cr+6 de la solución,
suponiendo que la reacción es instantánea (Groterud, 1986).
RESULTADOS
Remoción de Cr6+ para reactores de diferente volumen
La gráfica 1 muestra la variación de la concentración residual de Cr+6 en función del
tiempo de tratamiento para los reactores de diferente volumen (8, 12 y 16 L), con una
concentración inicial de cromo hexavalente de 130 mg/L. Se observa que aunque se
tiene la misma concentración inicial, el tiempo para alcanzar concentraciones menores
a 0.5 mg/L (máxima permitida por la legislación mexicana), incrementa al aumentar el
volumen de operación esto es, para un volumen de 8 L se requieren 22 minutos, para
12 L son 32 minutos y 60 minutos para el reactor con 16 L. En todas las pruebas, se
puede observar que el tiempo experimental, para cada volumen, es menor que el
teórico; 16 minutos, 25 minutos y 17 minutos respectivamente. Por otra parte, la
diferencia entre el tiempo experimental y el teórico es similar para el volumen de 8 L
(42%) y 12 L (44%), sin embargo para el reactor de 16 L, esta diferencia es menor
(22%), es decir, se acerca más al comportamiento teórico.
140
teórica 16 L
16 L
teórica 12 L
12 L
teórica 8 L
8L
mg Cr6+ residual/L
120
100
80
60
40
20
0
0
20
40
tiempo (min)
60
80
Figura 1.- Remoción de Cr6+ para reactores de diferente volumen
a una concentración inicial de 130 mg/L.
Lo anterior se puede explicar debido a que la relación área del electrodo/volumen de
operación (Ae/Vop) para 16L es la menor (0.0595cm-1 para 8L, 0.0397cm-1 para 12 L y
0.0297cm-1 para 16 L), por lo que la difusión por convección forzada e interacción de
iones se reduce para bajas Ae/Vop.
Efecto del la masa de Cr6+ en la velocidad de remoción
Con base en los resultados obtenidos, se puede observar que el proceso es
independiente de la concentración de Cr6+ en el agua residual, sin embargo, es
dependiente de la masa de Cr6+ presente en el reactor, como se muestra en la Figura 2.
Los resultados muestran que para reactores de diferente volumen de operación, con la
misma masa y diferentes concentraciones de Cr6+, el tiempo de tratamiento para
alcanzar concentraciones menores a 0.5 mg de Cr6+/L, son similares, es decir para una
masa de 2080 mg de Cr6+, en un reactor de 16 y 8 L , equivalentes a 130 mg de Cr6+/L y
260 mg de Cr6+ /L, respectivamente el tiempo de tratamiento fue de 65 minutos para
ambos casos; para una masa de 1560 mg de Cr6+, en un reactor de 12 y 8 L,
equivalentes a 130 mg de Cr6+/L y 195 mg de Cr6+ /L, respectivamente el tiempo de
tratamiento fue de aproximadamente 32 minutos, también para ambos casos.
Efecto del pH en la remoción de Cromo hexavalente
La figura 3 muestra los resultados de la remoción de Cromo hexavalente para
diferentes pH. Se observa que la velocidad de remoción es mayor a pH ácido que a pH
neutro. Esto se debe a que el ion ferroso,que reduce al cromo hexavalente, es insoluble
2500
mg de Cr6+ residual
2080 mg Cr6+/16L, 130 mg/L
2080 mg Cr6+/8L, 260 mg/L
2000
1560 mg Cr6+/12L, 130mg/L
1560 mg Cr6+/8L, 195mg/L
1500
1000
500
0
0
20
40
tiempo (min)
60
80
Figura 2.- Efecto del la masa de Cr6+ en la velocidad de remoción
a pH =7.0. En estas condiciones, parte de estos iones forman sus respectivos
hidróxidos, los cuales no reducen al cromo hexavalente. Esta perdida de iones ferroso
que forman hidróxidos, debe ser compensada con un mayor tiempo de tratamiento, con
la finalidad de liberar mas iones de hierro.
1
C/Co
0.9
0.8
pH7, 150rpm
pH2, 150rpm
Teórica
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
10
20
30
40
50
tiempo (min)
Figura 3.- Efecto del pH en la remoción de Cromo hexavalente
(Concentración inicial de Cr6+ = 130 mg/L).
CONCLUSIONES
Con base en los resultados obtenidos, se muestra que la remoción de cromo
hexavalente, es independiente de la concentración. La relación área de
electrodo/volumen de operación afecta inversamente al tiempo de tratamiento del
proceso, es decir al disminuir la relación se incrementa el tiempo de tratamiento. Por
otra parte, el proceso depende directamente de la masa de cromo hexavalente disuelto
en el agua residual. Por último, se observó que la eficiencia en el proceso se
incrementa al disminuir los valores de pH, es decir la velocidad de remoción a pH
ácidos es mayor.
BIBLIOGRAFÍA
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Electrochemical Society 129: 2412-2418.
Cenkin, V. E. and Belavtsev, A..N. (1985). Electrochemical treatment of industrial
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Groterud, O. and Smoczynski, L. (1986). Phosphorous removal from water by means of
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Golub, D and Oren Y.(1988). Removal of chromium from aqueous solutions by
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Martínez, S., Rodríguez M., Alarcón, C. y Romero, M. (1998). Remoción de Cromo
Hexavalente de las Aguas de Enjuague de la Industria de Galvanoplastia
Mediante Procesos Electroquímicos. Memorias CIMA'97. Ed. Equinoccio.
Martínez, S., Rodríguez M. (1999). Remoción de Cromo Hexavalente de las Aguas en
un Reactor Electroquímico de Electrodos Rotatorios. Memorias XX Encuentro de
AMIDIQ.