5 II. ANTECEDENTES II.1. Procesos aplicados para el tratamiento

II. ANTECEDENTES
II.1. Procesos aplicados para el tratamiento de residuos acuosos con metales
pesados
Los metales pesados se encuentran entre los principales compuestos tóxicos presentes
en las aguas residuales provenientes de las descargas industriales, los cuales debido a
que no pueden degradarse, deben ser inmovilizados o removidos durante los procesos
de tratamiento (Palmer et al., 1994).
Antes de iniciar o aplicar un tratamiento para la remoción de metales, es importante
conocer su comportamiento, el cual es determinado por su forma química en vez de su
comportamiento total. Debido a lo cual, es importante introducir y comprender el
termino de la especiacion química ya que de ello dependerán parámetros como su
solubilidad, reactividad y biodisponibilidad, y con ello poder establecer cual elemento o
especie elemental podría ser importante para el cuidado de la salud y el medio ambiente
(Ochoa et al., 2001). Un ejemplo de ello se tiene en los compuestos del cromo, (VI),
cuyo comportamiento en el medio ambiente depende de su estado de oxidación. En su
estado de oxidación, (VI), es toxico para una gran variedad de organismos terrestres y
acuáticos y presenta movilidad en los sistemas suelo/agua, mucho mas que el estado de
oxidación de cromo, (III), el cual es considerado la forma mas estable y menos tóxica
(Ulrich, 1987).
En general son tres los principales mecanismos y/o procesos que se involucran en el
tratamiento de aguas y aguas residuales para evitar la contaminación ambiental (Losi et
al., 1994):
1.- Procesos físicos.
Dependen esencialmente de las propiedades físicas de los residuos por ejemplo: la
gravedad específica, la viscosidad, el tamaño de partícula, entre otros. Ejemplos típicos
de este tipo de procesos son el cernido, sedimentación, filtración y trasferencia de gases
(Kadirvelu y Namasivayam, 2003).
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2.- Procesos químicos.
Dependen de las propiedades químicas de las impurezas o de las propiedades químicas
de los reactivos añadidos. Ejemplos de esos mecanismos son la coagulación,
precipitación e intercambio iónico (Losi et al., 1994).
3.- Procesos biológicos.
Utilizan reacciones bioquímicas para remover impurezas solubles o coloidales,
generalmente orgánicas. Aunque también se ha reportado su uso para la remoción de
metales. En algunas situaciones, un procedimiento de tratamiento sencillo podría ofrecer
el cambio de composición deseada pero en la mayoría de los casos se hace necesario
combinar varios procesos a la vez (Tebbutt, 1999).
Dentro de estas tecnologías están las que utilizan mecanismos físicos como la
adsorción. El principio de esta tecnología es la acumulación de sustancias disueltas en
una solución sobre la superficie de una partícula de adsorbente. Debido a que la
adsorción es un fenómeno de superficie, los mejores adsorbentes tiene una estructura
altamente porosa que hacen que la relación área de superficie/volumen sea muy grande.
El adsorbente más popular es el carbón activado el cual es producido de madera o
fuentes de fibra vegetal. La ventaja del carbón activado es que puede ser usado en el
residuo sin un tratamiento previo siendo considerado un método eficiente,
económicamente redituable aunque presenta la desventaja de que no es específico
(Kadirvelu y Namasivayam, 2003).
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II.2. WOLLASTONITA
La wollastonita es un mineral del grupo de los silicatos. Recibe su nombre en honor al
inglés Sir W. H. Wollaston (1766 - 1828).
La wollastonita presenta las propiedades físicas siguientes:
Fórmula: CaSiO3 - Ca3 [Si3O9]
Densidad: 2.8 – 3.1 g/ml
Punto de fusión: 1.540 ºC
Dureza según la escala de Mohs: 4.5 – 5.0
Sistema cristalino: triclínico (en raras ocasiones como parawollastonita
en sistema monoclínico)
Color: blanco a grisáceo traslúcido
Color de raya en placa de porcelana: blanca
pH: 8.0 – 9.0
Los iones de calcio se encuentran en un entorno octaédrico rodeados de 6 átomos de
oxígeno. Una pequeña parte del calcio puede ser sustituida por iones de manganeso,
hierro o magnesio (Figura 1).
Figura 1. Estructura de la Wollastonita
La wollastonita se ha consolidado como un importante mineral industrial. Es un
ingrediente necesario en la cerámica refractaria y utilizado como aditivo en pinturas
(como antioxidante y anticorrosivo), siendo para ello tratado superficialmente con
xilanos. En el sector cerámico sirve para rebajar el punto eutéctico de gresificación,
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incrementa de forma sensible la resistencia mecánica y mejora la permeabilidad sin
producir desprendimientos gaseosos. Se utiliza también en el sector cementero y en la
industria del papel. Su característica como mineral bioactivo le confiere una nueva
aplicación en los implantes de huesos sintéticos, especialmente como efectivas prótesis
vertebrales, donde se necesita una fuerte capacidad de sustentación (Encinas et al.,
2008).
Actualmente ha adquirido un importante papel como mineral con importantes
características que le confieren el calificativo de "ecológico", ya que su utilización en la
industria cerámica permite la incorporación del ion calcio a la pasta sin la introducción
de carbonatos y, consiguientemente, sin desprendimientos de dióxido de carbono en las
emisiones a la atmósfera por ese concepto. Asimismo, reduce de forma muy importante
los tiempos del ciclo de cocción, con los consiguientes ahorros energéticos y de
emisiones gaseosas. Ello le confiere un interés indudable ante el problema del
denominado cambio climático por el aspecto positivo que le confiere su apoyo al
denominado Protocolo de Kioto (http://es.wikipedia.org/wiki/Wollastonita).
Por otra parte, su cualidad de "adsorción química" lo constituye como un mineral utilizable junto con los carbonatos que lo acompañan en los yacimientos- en los
procesos de corrección y restauración ambiental, ya que hace que precipiten los metales
pesados originados por el drenaje acido de minas y los fija de forma permanente a su
estructura, impidiendo su redisolución posterior aunque perduren las condiciones ácidas
de las aguas afectadas (http://es.wikipedia.org/wiki/Wollastonita).
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III.3. CROMO
El cromo Cr, fue descubierto en 1798 por Vauquelín, quien le dio su nombre derivado
del griego ―croma‖, color por la cantidad de colores vivos que dan sus sales. El cromo
es un elemento duro, blanco brillante, que por su densidad elevada (7.19 g/cm3 a 20 ºC)
pertenece al grupo de los metales pesados. Con su configuración electrónica 3d5 4s1
pertenece a los metales de transición y se halla dentro de la tabla periódica en el bloque
d, en el grupo VIA. Su estado de oxidación más alto es el (VI), aunque estos
compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación (IV) y (V) son poco
frecuentes, mientras que los estados más estables son (II) y (III). También es posible
obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación más bajos, pero
son bastante raros. El cromo (VI) es fuertemente oxidante y el más tóxico. Los dos
estados de oxidación más frecuentes en el ambiente, Cr (VI) y Cr (III), son fácilmente
ínter convertibles, dependiendo la dirección de esta conversión fundamentalmente del
pH del medio, de la presencia de condiciones aeróbicas o anaeróbicas y de la
temperatura. El Cromo aparece naturalmente en el medio ambiente en su estado de
valencia (III) (forma estable), mientras que el Cromo (VI) y el Cromo (0) son
producidos generalmente mediante procesos industriales. El cromo metálico, es un
sólido gris con un alto punto de fusión, que se usa principalmente en manufacturas de
acero y otras aleaciones (Losi et al., 1994).
El cromo Cr (II) es muy inestable ya que se oxida rápidamente al estado crómico (III) lo
que limita el empleo de los compuestos cromosos. El cromo trivalente es estable y
forma muchos compuestos con aplicaciones comerciales, como el caso de la cromita,
usado en la fabricación de ladrillos para alta temperatura (refractarios), también como
curtiente de pieles, pigmentos y otros (Losi et al., 1994).
El cromo hexavalente, es el de mayor aplicación industrial por sus propiedades ácidas y
oxidantes y su capacidad para formar sales muy coloreadas e insolubles. Los
compuestos hexavalentes más importantes son: el dicromato sódico, el dicromato
potásico y el ácido crómico, a partir del dicromato sódico se fabrican los demás
compuestos hexavalentes. Algunas de sus aplicaciones son: cromado, fabricación de
pigmentos y colorantes, conservador de maderas. En pequeñas cantidades, en lodos para
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lubricación de perforaciones, textiles y en máquinas de copiado con toner (Deparment
of Health and Human Services U.S., 2007).
El cromo presente en el aire, suelo o agua, resulta de procesos naturales y actividades
humanas. Las emisiones del mismo por chimeneas, sólidos y aguas industriales, pueden
incrementar su contenido en el medio ambiente. Los compuestos de cromo soluble
pueden permanecer por largo tiempo en el agua antes de sedimentar (Deparment of
Health and Human Services U.S., 2007).
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II.3.1. Aspectos tóxicos del cromo
Los efectos del cromo y sus diferentes formas para la salud son variados porque cada
forma causa una clase de toxicidad diferente. El cromo (VI) y sus compuestos han sido
clasificados como carcinógenos por el Programa Nacional de Toxicología porque se ha
comprobado que causan cáncer. La exposición a largo plazo al cromo (VI) en el aire del
lugar de trabajo ha ocasionado cáncer pulmonar (U.S. National Library of Medicine,
Deparment of Health and Human Services U.S., 2007).
La ingestión accidental o intencional de grandes cantidades de cromo (VI) puede causar
la muerte, lesiones hepáticas o renales y úlceras. La ingestión de pequeñas cantidades de
cromo (VI) puede causar pérdida del conocimiento, convulsiones, vómito, diarrea,
mareo y dolor abdominal. La inhalación de elevadas concentraciones de cromo (VI)
puede irritar la nariz y causar hemorragia, úlceras, orificios en el tabique nasal y crisis
de asma. El contacto de la piel con los compuestos de cromo (VI) puede causar úlceras
o alergias de la piel. La exposición industrial prolongada a los compuestos de cromo
puede causar bronquitis o sinusitis crónicas. La exposición industrial a los vapores del
cromo puede causar ―fiebre por vapores metálicos‖, que es una enfermedad similar a la
influenza, acompañada de sabor metálico, fiebre, escalofrío, dolores, opresión en el
pecho y tos. La exposición a largo plazo al cromo (0) puede dañar el tejido pulmonar
(U.S. National Library of Medicine, Deparment of Health and Human Services U.S.,
2007).
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