“recuperaciÓn de plomo a partir de soluciones de
Post on 17-Jul-2022
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Ciudad de México Junio 2018
Yhm 8,
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería en Química e Industrias
Extractivas
“RECUPERACIÓN DE PLOMO A PARTIR DE
SOLUCIONES DE LIXIVIACIÓN DE GALENA EN UN
MEDIO DE NITRATOS”
T E S I S
Para obtener el título de: Ing. en Metalurgia y Materiales
Presenta:
Zendejas Chávez Rosario Angélica
Director de Tesis: Dr. Francisco Javier Juárez Islas
AGRADECIMIENTOS
Doy gracias a Dios por permitirme terminar mi carrera y así mismo lograr concluir
este proceso de mi tesis.
Gracias a mi mamá, por apoyarme en todo este tiempo, quedarse despierta conmigo
en las noches hasta que terminara mi tarea, por apoyarme en todos mis proyectos
y sueños.
Gracias a cada uno de mis amigos que durante mi estancia en la universidad,
compartimos vivencias, risas, estudio y aún poder contar con ellos en mis tiempos
difíciles.
Gracias a mi novio por incluirse en este logro y ser parte de este proceso.
Por último, gracias a mi asesor, que en esta transición logramos un buen equipo de
trabajo, por todo su apoyo, paciencia y dedicación para este logro.
Y de ante mano agradezco a cada uno de mis sinodales, por su tiempo invertido en
la revisión de esta tesis.
Pon en manos del Señor todas tus obras,
y tus proyectos se cumplirán. Prov. 16:3 NVI
. RESUMEN
I
RESUMEN
La obtención de Pb a partir de minerales de galena en la actualidad es
realizado por procesos pirometalúrgicos donde los principales problemas que se
generan son la emisión de SO2 y Pb(g). Razón por la cual se ha venido desarrollando
una alternativa por vía hidrometalurgia, empleando la lixiviación a presión con ácido
nítrico obteniendo nitrato de plomo.
El presente trabajo consiste en la recuperación de plomo a partir de los iones
nitrato (PbNO3+, Pb(NO
3)2, Pb(NO
3)3
- y Pb(NO
3)4
2-) y dejar una solución con
contenidos a bajo de los límites permisibles. Para esto se parte de soluciones
sintéticas de acuerdo con las condiciones de lixiviación y productos obtenidos en
ellas, como parte inicial de este estudio, se observó la variación del pH por la adición
de NaOH a fin de relacionar esta variación con las especies presentes de los
diferentes iones de nitratos de plomo apoyando el estudio con los diagramas de
distribución de especies para el sistema de plomo nitrato, permitiendo definir el
intervalo de trabajo de 3.
Como segunda etapa para la recuperación de Pb se realizó el estudio por la
precipitación de Pb con borohidruro de sodio (NaBH4), donde las principales
variables fueron: pH (3-7), concentración de Pb (1-2.5g) y concentración de NaBH4
(0.5-2.5 g). Determinando las condiciones óptimas de un pH de 3, concentración de
Pb de 1 g y concentrado de NaBH4 0.5 g, obteniendo una recuperación de 99.98 %.
Otra alternativa para la recuperación de plomo a partir de las soluciones
sintéticas de lixiviación fue por la electrodepositación de Pb, en la cual se pudo
recuperar el Pb metálico, donde las variables que se estudiaron fueron pH, amperaje
y membrana. Las mejores condiciones en la electrodepositación son un pH de 3,
amperaje de 0.1 y trabajando sin membrana.
. ÍNDICE
II
ÍNDICE
Resumen I Índice II Lista de Tablas IV Lista de Figuras VI Lista de Gráficos VII Introducción 1 I. Antecedentes 4 1.1 Geología, Exploración Minera y Metalurgia Extractiva. 4
1.2 Propiedades del plomo (Pb). 5 1.3 Clasificación de los procesos metalúrgicos. 6 1.3.1 Hidrometalurgia versus Pirometalurgia. 8
1.3.2 Proceso Hidrometalúrgico. 10
1.3.3 Precipitación por Electrólisis. 11
1.4 Estudio lixiviación de galena con HNO3. 12
1.5 Usos del borohidruro de sodio (NaBH4). 14
1.6 Construcción de diagramas de distribución de especies. 14
II. Desarrollo Experimental 17
2.1 Materiales y reactivos. 17
2.2 Soluciones preparadas. 18
2.3 Etapa 1: Neutralización con NaOH. 18
2.3.1 Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH. 19
2.3.2 Segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4. 20
2.3.3 Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb. 21
2.3.2. Condiciones de las experimentaciones. 23
III. Resultados y Análisis 24
3.1 Neutralización con NaOH. 24
3.1.1 Comportamiento del complejo Pb(NO3)3
-con la adición de NaOH. 25
3.1.2 Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 con la adición de NaOH. 26 3.1.3 Comportamiento del complejo PbNO3
+ con la adición de NaOH. 27
3.1.4 Comportamiento del complejo PbOH+ y Pb(OH)2 con la adición de NaOH.
28
3. 2 Precipitación de plomo con NaBH4. 30 3.2.1 Efecto del pH. 30 3.2.2 Efecto en la variación de la concentración de Pb. 31 3.2.3 Efecto en la variación de NaBH4. 32 3.3 Electrodepositación de Pb. 33 3.3.1 Electrodepositación de Pb en un reactor con membrana de nafión. 33 3.3.2 Determinación de tiempo. 36
. ÍNDICE
III
3.3.3 Efecto del pH en la electrodepositación de Pb. 37 3.3.4 Efecto del amperaje en la electrodepositación de Pb. 40 Conclusiones 43 Referencias 44 Apéndice 45
. LISTA DE TABLAS
IV
Lista de Tablas
Página Tabla 1. Principales propiedades físicas del Pb. 5 Tabla 2. Reactivos usados. 17
Tabla 3. Soluciones preparadas para la experimentación. 18 Tabla 4. Serie de experimentos con sus respectivas variables. 23
Tabla 5. Efecto de la variación de pH en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).
30
Tabla 6. Efecto de la variación de la concentración de Pb, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).
31
Tabla 7. Efecto de la variación de la variación en peso en gramos de NaBH4, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb). .
32
Tabla 8. Equipo de vidrio y otros que se utilizaron en las experimentaciones 45
Tabla 9. Comportamiento del complejo Pb(NO3)3
-conforme la adición de
NaOH, (experimento 1).
46
Tabla 10. Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 conforme la adición de NaOH, (experimento 1).
46
Tabla 11. Comportamiento del complejo PbNO3+
conforme la adición de NaOH, (experimento 1).
47
Tabla 12. Comportamiento del PbOH+ y Pb(OH)2 conforme la adición de NaOH, (experimento 1).
48
Tabla 13. Resultados de la electrodepositación en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 18).
53
Tabla 14. Resultados de la electrodepositación en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con una solución de H2SO4, (experimento 18).
54
Tabla 15. Resultados en la solución anódica, (experimento 18). 54
Tabla 16. Resultados en la solución catódica, (experimento 18). 54
Tabla 17. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de H2SO4, (experimento 19).
55
Tabla 18. Resultados de la electrodepositación de Pb en un reactor con membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 19).
55
Tabla 19. Resultados en la solución anódica, (experimento 19). 55
Tabla 20. Resultados en la solución catódica, (experimento 19). 56
Tabla 21. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en el ánodo (experimento 20).
56
Tabla 22. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en el cátodo (experimento 20).
57
. LISTA DE TABLAS
V
Tabla 23. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb, reflejados en la solución (experimento 20).
57
Tabla 24. Valores obtenidos en un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb, en el ánodo (experimento 21).
58
Tabla 25. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en el cátodo (experimento 21).
58
Tabla 26. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 21).
58
Tabla 27. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en el ánodo (experimento 22).
59
Tabla 28. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en el cátodo (experimento 22).
59
Tabla 29. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 22).
59
Tabla 30. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositacón de Pb en el ánodo (experimento 23).
60
Tabla 31. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositación de plomo en el cátodo (experimento 23).
60
Tabla 32. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositación de Pb en la solución (experimento 23).
60
Tabla 33. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en el ánodo (experimento 24).
61
Tabla 34. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en el cátodo (experimento 24).
61
Tabla 35. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositación de Pb en la solución (experimento 24).
61
Tabla 36. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositación de Pb en el ánodo (experimento 25).
62
Tabla 37. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositación de Pb en el cátodo (experimento 25).
62
Tabla 38. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositacón de Pb en la solución (experimento 25).
62
Tabla 39. Cálculos estequiométricos preparar 1L de solución 1, 0.5 M HNO3
y gramos de Pb(NO3)2 necesarios. 63
Tabla 40. Cálculo para preparar la solución 3 de NaBH4. 63
Tabla 41. Cálculos estequiométricos para preparar una solución 4, 1 M de H2SO4.
64
. LISTA DE FIGURAS
VI
Lista de Figuras
Página Figura 1. Proceso pirometalúrgico e hidrometalúrgico para la obtención de
Pb. 7
Figura 2. Diagrama de distribución de especies en función al % disolución y pH.
16
Figura 3. Pasos por seguir de la primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH.
19
Figura 4. Pasos por seguir en la segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4.
20
Figura 5. Pasos por seguir en la tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb.
21
Figura 6. Representación del montaje del Equipo (Primera secuencia de experimentación).
22
Figura 7. Efecto de la adición de NaBH4 en la Solución 1 (Segunda secuencia de experimentación).
22
Figura 8. Representación del montaje del equipo, electrodepositación (Tercera secuencia de experimentación).
22
Figura 9. Diagrama de distribución de especies de Pb, con la variación de pH y especies de PbOH+ y Pb(OH)2 presentes.
29
. LISTA DE GRÁFICOS
VII
Lista de Gráficos
Página Gráfico 1. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución
de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del
Pb(NO3)3
- , Pb(NO3)2 y PbNO3
+.
24
Gráfico 2. Valoración del efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO
3)3
- y neutralización del ácido.
25
Gráfico 3. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)2 y neutralización del ácido.
26
Gráfico 4. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución
de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb, para la descomposición del PbNO3+
y neutralización del ácido.
27
Gráfico 5. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb), en la formación del PbOH+ y Pb(OH)2.
28
Gráfico 6. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana de nafión y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del ánodo (experimento 1) y 1 M de H2SO4 en la cámara del ánodo (experimento 2).
33
Gráfico 7. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana y solución de 1 M de H2SO4 en la cámara del cátodo (experimento 1) y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del cátodo (experimento 2).
34
Gráfico 8. Comportamiento en la electrodepositación de Pb, en el reactor con membrana y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, en ambas cámaras de los experimentos.
35
Gráfico 9. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, de una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 con respecto al tiempo, pH de 0.9 y amperaje de 0.1.
36
Gráfico 10. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada ánodo, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.
37
Gráfico 11. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.
38
Gráfico 12. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada solución, respecto con la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1.
39
. LISTA DE GRÁFICOS
VIII
Gráfico 13. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.
40
Gráfico 14. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.
41
Gráfico 15. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2, y pH de 3.
42
. INTRODUCCIÓN
1
INTRODUCCIÓN
El plomo y sus aplicaciones.
En la actividad del procesamiento de los minerales de Pb, para la obtención
de este se realiza por vía pirometalúrgica presentando como principales
inconvenientes las emisiones de SO2 y Pb(g) los cuales causan problemas
ambientales y de salud generando enfermedades como el saturnismo, en las
poblaciones aledañas a las plantas de refinación.
Cuando el plomo es ingerido, inhalado o absorbido por la piel, resulta ser
altamente tóxico, causando daños principalmente a los vasos sanguíneos y a los
riñones. Incluso en cantidades excesivas puede afectar al sistema nervioso. El
saturnismo, es la intoxicación crónica por exposición al plomo, sus sales y
compuestos. Puede provocar dolor de cabeza, anemia, náuseas, malestar en el
sistema digestivo además de otros síntomas y si es grave puede llegar a afectar al
sistema psicomotriz del individuo. [1]
El plomo es un metal denominado “pesado” por ser muy estable en la
naturaleza, lo que implica que pueden pasar cientos de años hasta su
desintegración, tanto en el ambiente como en un organismo, humano o animal, si
es ingerido. Además, se acumula en la cadena trófica, lo que significa que si el
hombre u otro predador consumen un animal que contiene plomo, éste pasará a
acumularse en el organismo por un tiempo prolongado, probablemente toda la vida,
pudiendo provocar síntomas o no en función de la cantidad acumulada. [1]
Cuando los niveles de plomo en sangre superan los 8-10 mcg/dl, comienzan a
aparecer los signos clínicos de la intoxicación. También puede contener plomo el
agua potable canalizada a través de tuberías de plomo o con soldadura a base de
este metal. [1]
. INTRODUCCIÓN
2
En trabajos previos se propone realizar su procesamiento por vía
hidrometalúrgica, realizando la lixiviación de concentrado de galena con ácido
nítrico a elevada presión, obteniendo una solución con diferentes especies de nitrato
de plomo y la formación de S° con lo cual se evitó la formación de SO2.
De la solución obtenida se pretende encontrar un método adecuado para
recuperar el Pb de la solución y la solución sobrante quede de bajo de los límites
permisibles de acuerdo con la norma la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-
1994, Salud ambiental Agua para uso y consumo humano. Límites permisibles de
calidad y tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. Para el
plomo se tiene un límite de plomo de 0,025 expresado en mg/l. [2]
Como interés principal tenemos el estudio de la recuperación del plomo con el uso
de agentes de lixiviación común y rentables como el HNO3. Para el tratamiento de
soluciones de lixiviación existen varios procedimientos como son la
electrodeposición, la cementación y la precipitación con gases o sales como con el
NaBH4.
En particular, en el tratamiento de procesos para la recuperación del Pb se
debe seleccionar y cambiar la actual forma de eliminar estos iones. En general, el
Pb se precipita de forma insoluble mediante intercambio iónico. El proceso de
tratamiento que se propone para remover iones de plomo de una solución sintética
de lixiviación es la precipitación química y la electrodepositación.
En este trabajo se pretende recuperar el Pb por medio de la precipitación con NaBH4
y la electrodeposición, es importante conocer en que especie se encuentra el Pb y
su proporción en función del pH para lo cual este trabajo se basará en los diagramas
de distribución de especies.
. INTRODUCCIÓN
3
Objetivos:
Los objetivos principales de esta investigación son:
1) Deducir las especies de plomo que involucra la experimentación.
2) Determinar las condiciones óptimas para la precipitación del plomo.
3) Determinar las condiciones óptimas para la electrodepositación de plomo.
Justificación.
El proceso pirometalúrgico de fusión y refinación del Pb es comúnmente
utilizado para el procesamiento de concentrados de Pb y se lleva a cabo mediante
la aplicación de calor, generándose cantidades considerables de humos y polvos
que contienen partículas de Pb, las cuales son altamente peligrosas para la salud,
además de la generación de grandes volúmenes de gases, tal es el caso del SO2.
A causa de los problemas ambientales relacionados a la obtención del Pb por
vía pirometalúrgica y la complejidad de los concentrados asociados a la galena,
hacen posible que el procesamiento de minerales de Pb por vía hidrometalurgia
lleguen a ser desarrollados.
En este trabajo se presenta una alternativa para la recuperación de plomo por vía
hidrometalúrgica, de los resultados obtenidos en la lixiviación de galena con HNO3,
de acuerdo con estos resultados se procederá a preparar soluciones sintéticas de
Pb(NO3)2 con pH de 1.07. Este estudio inicia con la variación del pH de la solución
con NaOH a fin de determinar el pH óptimo para obtener una especie de los
complejos de Pb y la zona de estabilidad de este. Posteriormente se desarrollan las
pruebas para su reducción con NaBH4 y los estudios para la electrodepositación de
Pb.
. BB ANTECEDENTES
4
I. ANTECEDENTES
El plomo era uno de los pocos metales que se conocía en el mundo antiguo,
y unas de las primeras aplicaciones de este aún siguen subsistiendo. Los romanos
lo empleaban en fontanería, los chinos revestían las arquetas para guardar el té con
este metal y las balas de las armas de fuego primitivas estaban hechas de plomo.
Por su parte, los egipcios usaban este metal en el esmaltado cerámico y lo más
seguro es que la plata que empleaban la obtuviesen de menas de plomo. Existe una
imagen de plomo que tiene una antigüedad de seis mil años; los fenicios ya
trabajaban los yacimientos de plomo de la Península Ibérica dos mil años antes de
Jesucristo y los de Grecia se encontraban en plena producción quinientos años
antes de la era cristiana. [3]
1.1 Geología, Exploración Minera y Metalurgia Extractiva.
La Geología, constituye el primer paso del Proceso Minero y, como tal, debe
estar integrada en todo momento a las aplicaciones de las disciplinas que le siguen.
No es concebible entonces, en un Proyecto Minero, que un metalurgista no sea
capaz de dialogar y se desvincule de los geólogos a cargo, o que un minero, al
preparar su proyecto, no tome en cuenta a alguno de estos otros profesionales
esencialmente complementarios. [4]
La Exploración Minera propiamente tal comprende todas las actividades
relacionadas con la extracción y el arranque de los minerales, debe su lugar de
origen en la mina, hasta ser entregados para su procesamiento metalúrgico
posterior en la planta. Este procesamiento usualmente se inicia con una o varias
etapas de transformación física, como pueden ser las etapas previas de
conminución (sea esta seca: chancado, o bien húmeda: molienda) y continua con
las etapas iniciales de concentración (sea esta fisicoquímica: flotación, o bien
. BB ANTECEDENTES
5
netamente física: gravimétrica y magnética) antes de iniciarse los procesos
químicos propios de la Metalurgia Extractiva. [4]
Las restricciones impuestas por una evaluación técnica de este tipo deben,
simultáneamente, cumplir con las regulaciones ambientales vigentes a fin de
minimizar su eventual impacto negativo en el Medio Ambiente. Dado que el impacto
ambiental de un proceso minero puede extenderse por mucho tiempo, más allá del
período de explotación activa propiamente tal, también debe considerarse el plan
de cierre de la faena al término de su explotación económica. [4]
1.2 Propiedades del plomo (Pb).
El elemento plomo es un metal lustroso, se encuentra en el grupo 14 (IV A)
de la tabla periódica. El elemento de muestra valencias de 2+ y 4+. [5]
a) Propiedades físicas y mecánicas. Las propiedades físicas sobresalientes son su
bajo punto de fusión, su alta densidad, suavidad y maleabilidad. El metal puede ser
fácilmente trabajado en laminación, extrusión, y es ligeramente dúctil. Algunas de
sus propiedades se muestran en la tabla 1. [5]
Tabla 1. Principales propiedades físicas del Pb.
Propiedades
Peso atómico (g/mol) 207.22
Punto de fusión (°C) 327.4
Densidad (g/cm3) 13.33
Peso específico (g/cm3) 11.34
b) Propiedades químicas. El plomo se podría esperar que se disuelve en ácidos con
liberación de hidrógeno, pero esto es impedido por la elevada sobretensión de
hidrogeno, y el ataque se produce sólo cuando existe la combinación de condiciones
oxidantes y especies de sales solubles. Por lo tanto, el metal resiste al HCl, H2SO4
y HF; sin embargo, se disuelve fácilmente en agua tibia y HNO3 diluido para formar
. BB ANTECEDENTES
6
Pb(NO3)2 soluble. El plomo también se corroe por los ácidos orgánicos débiles, tales
como ácido acético (CH3-COOH), en presencia de oxígeno. [5]
1.3 Clasificación de los procesos metalúrgicos.
En la clasificación tradicional de los procesos metalúrgicos se distinguen los
siguientes grupos:
a) Los procesos pirometalúrgicos, es decir los que ocurren a temperaturas
elevadas en hornos metalúrgicos y el calor necesario para su realización se
obtiene de la quema de combustibles (carbón, gas, aceite) o de otras reacciones
exotérmicas.
b) Los procesos hidrometalúrgicos se basan en el empleo de diversas soluciones
químicas para disolver los metales contenidos en los minerales por medio de la
lixiviación. Después de la lixiviación y purificación de las soluciones se realiza la
operación de precipitación de los metales o sus compuestos contenidos en la
solución, por vía química o electrolítica. En la Fig. 1 se observa una comparación
entre los procesos pirometalurgicos e hidrometalúrgicos.
. BB ANTECEDENTES
7
Figura 1. Proceso pirometalúrgico e hidrometalúrgico para la obtención de Pb.
Cementación
Reducción con gases
Procesos Metalúrgicos
Proceso Pirometalúrgico
Mineral de mina ya quebrado
Conminución, en molino
SAG
Remolienda en molino de
bolas
Flotación
Concentrado
Filtrado
Fundición, Descobrizado
Suavizado, eliminación de As
y Sb
Desplatado, eliminación de Ag
y Au
Deszincado con sosa
Desbimutizado
Refinado, eliminación de Co
y Mg
Zinc
Vacío
Calcio Magnesio
Cloruro de Plomo Sosa Caustica
Espumante, aerofinas,
xantato, sulfato de cobre
Azufre
Aire
Cianuro Agua
Sulfato de Zinc
Cristalización
Precipitación química
Extracción por Solventes
Electrodepositación
Lixiviación
Proceso Hidrometalúrgico
. BB ANTECEDENTES
8
1.3.1 Hidrometalurgia versus Pirometalurgia.
En los últimos cincuenta años, la Hidrometalurgia ha estado compitiendo en
forma exitosa con la Pirometalurgia. Ésta fue muy efectiva cuando predominaban
las altas leyes y los minerales se cargaban directamente en altos hornos de tipo
vertical, en forma de trozos; los que dejaban pasar los gases a través de ellos
permitiendo, de esa manera, precalentar la carga en contracorriente. [4]
Sin embargo, cuando esos minerales comenzaron a agotarse, a finales del
Siglo XIX, los metalurgistas tuvieron que enfrentar minerales de más bajas leyes
que requerían de una preconcentración necesariamente incorpora de una etapa de
chancado y molienda, para permitir la separación física de las partículas
mineralizadas, particularmente cuando la concentración se hace por flotación. Con
el mineral finamente molido, ya no se podían usar los antiguos hornos de tipo
vertical, lo que dio origen a los hornos horizontales de reverbero, que requieren de
fuentes externas de combustible para poder operar. A su vez, esto provocó un
primer y gran conflicto con el ambiente pues los hornos de reverbero, además de
consumir una gran cantidad de energía externa, producen una intensa
contaminación a través de los polvos y gases emitidos con los humos de fundición.[4]
Esto provocó una excelente oportunidad para la aplicación de la
Hidrometalurgia, ya que le permitió competir en forma muy eficaz con los procesos
de la Pirometalurgia. [4]
Algunas de las ventajas y desventajas relativas de la Hidrometalurgia y de la
Pirometalurgia pueden destacarse como sigue:
• Generación de SO2 desprendido se encuentra en concentraciones altas, se
puede producir ácido a partir de él, para el cual, preferentemente, deberá
encontrarse en un mercado cercano, ya que se transporte es caro y con
fuertes restricciones de carácter ambiental. Si los gases de SO2 son muy
diluidos, algún método de tratamiento de ellos debe ser implementado, lo que
. BB ANTECEDENTES
9
resulta siempre más caro. La alternativa es su emisión a la atmósfera, lo que
ambientalmente hoy no está permitido. Por el contrario, por vía
hidrometalúrgica no se produce SO2 y el azufre puede, eventualmente,
recuperarse en su forma elemental, el que se puede acopiar o transformar a
más bajo costo que el ácido sulfúrico.
• Consumo de energía: Dado que en Pirometalurgia se requiere de
temperaturas altas, del orden de los 1200 °C, las velocidades de reacción
son muy altas, pero esto demanda bastante energía. En cambio, en las
plantas hidrometalúrgicas por un lado el uso de combustible se minimiza,
dado que las temperaturas no superan habitualmente los 100° C, aun cuando
las velocidades de reacción son mucho más lentas.
• Tratamiento de minerales de muy baja ley: Definitivamente las bajas leyes
perjudican más a los tratamientos pirometalúrgicos, ya que no se pueden
tratar directamente los minerales y los procesos de concentración previos
empiezan a ser cada vez más caros, cuando bajan las leyes de cabeza, al
tener que moler cada vez más material para obtener una misma porción del
metal apetecido. En cambio, si se cuenta con un reactivo de lixiviación
suficientemente selectivo, se pueden tratar minerales de leyes cada vez más
bajas en forma directa y eficiente. [4]
. BB ANTECEDENTES
10
1.3.2 Proceso Hidrometalúrgico.
La etimología de la palabra “hidrometalurgia” proviene de la raíz “hidro”, que
señala con claridad que esta disciplina de la Metalurgia Extractiva trata del arte y la
ciencia de la extracción de metales, desde sus minerales o materiales que los
contienen, a través de medios acuosos. [4]
En general, la Hidrometalurgia se desarrolla en tres etapas físico-químicas
distintas y secuenciales:
• Primera etapa de disolución selectiva de los metales desde los sólidos que
los contienen mediante una solución acuosa; esta etapa se conoce con el
nombre de lixiviación.
• Segunda etapa de procesamiento y transformación de los metales disueltos
en el medio acuoso de lixiviación mediante agentes externos que permiten la
purificación y/o concentración de estos metales, aún en solución acuosa.
• Tercera etapa de recuperación selectiva de los valores metálicos disueltos
en el medio acuoso, conocida como reducción, en la que se obtiene el metal
o un compuesto que lo contiene, en la forma de un producto sólido. [4]
Actualmente existen tres grupos de posibilidades técnicas para llevar a cabo
la reducción.
1) Electrólisis de la solución obtenida.
2) Reducción del metal por medio de gases como H2, SO2 y CO.
3) Reducción del metal o compuesto en solución por medio de otro metal, el
cual reduce al ion de interés y este se oxida pasando a la solución, este
proceso se conoce como cementación.
. BB ANTECEDENTES
11
4) Otra alternativa seria obtener compuestos a partir de la solución por: cambio
del pH de la solución, por cristalización, extracción con solventes e
intercambio iónico y además por cementación. [6]
1.3.3 Precipitación por Electrólisis.
La precipitación por reducción electrolítica, comúnmente conocida como
electro-obtención o electrodepositación (EW), es actualmente uno de los
procedimientos más sencillos para recuperar metales, en forma pura y selectiva,
respecto a las impurezas existentes en solución. Su característica principal radica
en que el metal ya está en la solución y solamente se trata de recuperarlo
depositándolo en el cátodo, mientras en ánodo es esencialmente insoluble. En la
actualidad tiene una gran importancia económica, al permitir el beneficio de recursos
lixiviarles, tanto de oro, como de cobre, plata, etc., cuyo tratamiento por otras vías
resultaría económicamente inviable. [4]
Sobre una base de tonelaje de producción, la técnica de recuperación de
metal más utilizado (a partir de soluciones acuosas) es la electrólisis. La electrólisis
es la recuperación de un metal de una solución mediante el uso de corriente
eléctrica. [4]
Una celda electrolítica debe contener cuatro componentes esenciales:
a) una superficie del ánodo, donde se produce la oxidación,
b) una superficie del cátodo donde se produce la reducción,
c) un conductor eléctrico para transportar corriente,
d) y un electrolito (un conductor iónico). [4]
. BB ANTECEDENTES
12
1.4 Estudio lixiviación de galena con HNO3.
La Lixiviación con HNO3 de concentrados y minerales sulfurosos es un
método atractivo para la recuperación de metales básicos, debido a que el HNO3 es
un fuerte agente lixiviante y este puede ser fácilmente reciclado por la adición de
oxigeno (O) directamente en la mezcla de lixiviación o usando una oxidación externa
de óxido nitroso (NO). Varios métodos basados en el HNO3 para el procesamiento
de concentrados y minerales de metales no-ferrosos han sido propuestos y
examinados. Un importante defecto de la lixiviación de ácido nítrico es la oxidación
del azufre contenido en la galena a azufre elemental y sulfato, en muchos de los
casos en partes iguales. Esto resulta en un incremento del consumo de HNO3 y la
necesidad de usar el sulfato, aumentando el costo del tratamiento de la solución y
la regeneración del ácido. [7]
La cinética y el mecanismo de disolución de sulfuros metálicos en ácido
nítrico, así como la formación de azufre elemental y sulfatos es poco comprendido.
Se puede establecer que la producción de sulfatos aumenta con el incremento de
la concentración de HNO3 y el potencial del electrodo de los minerales, mientras el
azufre elemental es oxidado a sulfato muy rápidamente. [7]
El comportamiento del sulfuro de plomo (PbS) en soluciones de HNO3 ha
recibido muy poca atención. Peters y Vizsolyi (1969). [7] Propusieron que la química
de lixiviación de galena con ácido nítrico está dada por:
3PbS + 8HNO3 → 3Pb(NO3)2 + 2NO(g) + 4H2O + S° ………………………………….(1)
La electrorefinación del plomo desde soluciones de nitrato no es tan directa
como es la electrorefinación de Cu o Zn de soluciones de sulfatos. Hay dos
complicaciones:
1. El plomo no solo se deposita en el cátodo como metal, también en el ánodo
como PbO2.
. BB ANTECEDENTES
13
Pb2+ + H2O →PbO2 + 4H+ + 2ē……………………….……………………………..….(2)
2. El ácido nítrico reduce al cátodo y puede redisolverse los depósitos de plomo
cuando los contenidos de ácido exceden los 10 l-1 (0.18 M). [7]
1.5 Borohidruro de sodio (NaBH4).
Los borohidruros metálicos y alcalinos son los más importantes hidruros
complejos. Ellos son iónicos, blancos, cristalinos son muy sensibles a la humedad,
pero no al oxígeno. [8]
El NaBH4 es térmicamente estable, es un sólido cristalino que se
descompone en vacío alrededor de los 400 ° C. Es higroscópico y absorbe agua
rápidamente de la humedad del metaborato de sodio e hidrógeno. Es soluble en
diferentes tipos de solventes incluyendo agua, alcoholes, amoniaco y afinas, glicol-
éteres, dimetil sulfóxido, etc. [8]
El NaBH4 y KBH4 son únicos de entre los hidruros complejos, debido a que
son estables en soluciones alcalinas. La descomposición por hidrólisis sigue la
siguiente reacción:
NaBH4 + 2 H2O → NaBO2 + 2H2…………………………………..……….…..….……(3)
Esta reacción es lenta en agua, pero es acelerada por el incremento de
acidez o temperatura. La razón de descomposición de NaBH4 en solución con agua
es estimada por la siguiente ecuación que expresa la vida media en términos de dos
de las más importantes variables, pH y temperatura. [8]
log t1/2 = pH – (0.034T –1.92)…………………………………………………..………..(4)
donde t1/2 es en minutos y la temperatura en K.
Las soluciones de NaBH4 en metanol están sujetas a una reacción similar de
descomposición que envuelve al hidrógeno; estas soluciones pueden ser
estabilizadas agregando álcalis. La solubilidad del NaBH4 en alcoholes alifáticos
. BB ANTECEDENTES
14
decrece conforme la cadena de carbonos aumente, aunque la estabilidad se ve
incrementada. [8]
1.5.1 Usos del borohidruro de sodio (NaBH4).
El borohidruro de sodio provee de una eficiente remoción y recuperación de
metales disueltos en aguas residuales de plantas industriales desde menas,
pasando por plantas de recuperación de Hg por cloro alcalino, recuperación de Pb
de aguas tratadas con tetraetilplomo, aguas de desecho de plantas de manufactura.
Este método de precipitación permite la recuperación y el reciclaje de metales
valiosos, tales como plata, oro, metales nobles y en general cualquier tipo de metal
de importancia económica. [8]
1.6 Construcción de diagramas de distribución de especies.
La técnica usada para determinar los diagramas de distribución de especies
puede ser ilustrados usando el sistema plomo nitrato. Hay cinco especies acuosas
que pueden estar presentes en el sistema: Pb2+
, PbNO3+, Pb(NO
3)2, Pb(NO
3)3
- y
Pb(NO3)4
2-. [7]
En el sistema, la concentración total de especies de plomo está dada por:
[PbII] = [Pb2+
] + [PbNO3+] +[Pb(NO
3)2] + [Pb(NO
3)3
-] +[Pb(NO
3)4
2-]…………………(6)
Para cada especie, la reacción entre plomo y nitrato puede escribirse:
Pb2+
+ NO3- → PbNO3
+……………………………………………………..………….…(7)
Pb2+
+ 2NO3- → Pb(NO
3)2……………………………………………….…………..….(8)
Pb2+
+ 3NO3- → Pb(NO
3)3
-…………………………………………………………...…(9)
Pb2+
+ 4NO3- → Pb(NO
3)4
2-……..…………………………………….………….…….(10)
. BB ANTECEDENTES
15
Y para cada una de estas reacciones, la constante de equilibrio Kn puede ser
calculada de la energía libre estándar de la reacción usada:
∆G° = -RT In (Kn)………………………..………………………………………….(11)
En equilibrio:
K1=[PbNO3
+]
[Pb2+
] [NO3-]……………………….………………….…………………..…….…(12)
K2=[Pb(NO
3)2]
[Pb2+
] [NO3-]2
.….…………………………………………………….…..…….…(13)
K3=[Pb(NO
3)3
-]
[Pb2+
] [NO3-]3
...…………………….………………………………………..….…(14)
K4=[Pb(NO
3)4
2-]
[Pb2+
] [NO3-]4
……….……………………………………...……………..…….…(15)
Las cuales pueden reordenarse en la porción de cada especie como una
función de la concentración de Pb2
+
y NO3-.
[PbNO3+] = K1 [Pb
2+] [NO3
-]………………………………………..…………………..(16)
[Pb(NO3)2] = K2 [Pb
2+] [NO3
-]2……..……………………………..…………………..(17)
[Pb(NO3)3
-]= K3 [Pb
2+] [NO3
-]3………………………….………….…………………..(18)
[Pb(NO3)4
2-]= K4 [Pb
2+] [NO3
-]4……..…..……………………………………………..(19)
Entonces, sustituyendo las ecuaciones (16)–(17) dentro de la ecuación (6) da
la concentración de plomo total en el sistema como función de {Pb2+} y el pNO3-
.
[PbII]=(Pb2+)+K1(Pb2+)(NO3
-)+K2(Pb2+)(NO3
-)2+K3(Pb2+)(NO3
-)3+K4(Pb2+)(NO3
-)4...(20)
. BB ANTECEDENTES
16
Factorizando y dividiendo por {Pb2
+
} da la fracción de iones en función de la
concentración de nitratos, por ejemplo, pNO3-.
[Pb2
+
]
[PbII]
=1
[1+K1(NO3-)+K2(NO3
-)2+K3(NO3
-)3+K4(NO3
- 4)]
…………………..…….…(21)
Sustituyendo este valor dentro de las ecuaciones (16)–(17) da la fracción de
las otras especies de plomo presentes en un amplio rango de pNO3-, las cuales se
muestran en la figura 2. [7]
Figura 2. Diagrama de distribución de especies en función al % disolución y pH. [7]
-
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
17
II. DESARROLLO EXPERIMENTAL
2.1 Materiales y reactivos.
La tabla 2 muestra los reactivos utilizados durante la experimentación con
su respectivo porcentaje de pureza.
Tabla 2. Reactivos usados.
Reactivos % Pureza Marca
Agua desionizada - -
Ácido Nítrico HNO3 69 J. T. Baker
Borohidruro de Sodio NaBH4 97 Mallinckrodt
Ácido Clorhídrico HCl 99 Realyt´s
Nitrato de Plomo Pb(NO3)2 96 Fermont
Ácido Sulfúrico H2SO4 98 J. T. Baker
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
18
2.2 Soluciones preparadas.
En la Tabla 3, se menciona las soluciones que se utilizaron en los diferentes
experimentos, así como su preparación.
Tabla 3. Soluciones preparadas para la experimentación.
Soluciones Preparación
1 Solución Sintética 1000 ppm de plomo a
partir de nitrato de plomo Pb(NO3)2
En un matraz de 1 L se adiciona 1.59 g de Pb(NO3)2 y 30.23 ml de HNO3, se afora con agua desionizada a 1 L. Se tapa y se agita
hasta que se homogenice la solución.
2 Solución Saturada de hidróxido de
sodio (NaOH).
En un vaso de precipitado adicionar 200 ml de agua desionizada, agregar 121.34 g de NaOH (cantidad necesaria para lograr que se sature
la solución). Agitar.
3 Solución de borohidruro de sodio
(NaBH4)
En 3 ml de agua desionizada se agrega 0.44 g de NaBH4 (según requiera el experimento) Ver
tabla 5.
4 Solución de H2SO4 En un matraz adicionar 27.17 ml de H2SO4 y
aforarlo a 500 ml con agua desionizada.
2.3 Etapa 1: Neutralización con NaOH.
La experimentación se llevó a cabo de acuerdo con el siguiente procedimiento, como se muestra en las figuras 3, 4 y 5.
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
19
2.3.1 Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH.
Figura 3. Pasos por seguir en la primera secuencia de experimentación, neutralización
con NaOH.
Se conecta a la
corriente la parrilla
magnética
Se conecta a la
corriente el
potenciómetro
Pastilla
Magnética
Cuando en el potenciómetro se
registre un cambio en la lectura
del pH, se toma nota, así mismo
del volumen desplazado en la
bureta.
Se coloca el electrodo del
potenciómetro dentro del vaso de
precipitado, evitando que choque
con la pastilla magnética
Se abre la llave de la bureta,
controlando que la salida de la
solución sea un goteo constante.
NEUTRALIZACIÓN CON NaOH
En un vaso de precipitado de 1 L
se vierte 200 ml de la solución 4.
En un matraz graduado se vierte 1 ml de la solución
2, y se afora a 50 ml con agua desionizada, se
agita y se absorbe con una bureta.
Se monta el equipo como se observa en la figura 6.
Colocando la bureta en el soporte universal.
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
20
2.3.2 Segunda secuencia de experimentación, de reducción con NaBH4.
.
Figura 4. Pasos por seguir en la segunda secuencia de experimentación, reducción con
NaBH4.
Se toma la lectura
de pH inicial o se
ajusta el pH según el
experimento (ver
tabla 5).
En un gotero se
adiciona la solución
2, en dos diluciones
1 en 5 ml y otra de 1
en 10 ml de agua
desionizada.
Para modificar el pH.
Se adiciona gota por
gota la solución 1
hasta llegar al pH
adecuado
Se filtra, se seca y pesa el residuo.
La solución restante se analiza en el
espectrofotómetro de absorción
atómica.
REDUCCIÓN CON NaBH4
En un vaso de precipitado se
adiciona 200 ml de la solución 1.
Con una jeringa se absorbe el NaBH4
correspondiente a cada experimento
Se pesa la cantidad de borohidruro
correspondiente (ver tabla 5) se
vierte en un vidrio de reloj y se
agrega 3 ml de agua desionizada
para la dilución de este.
Se agrega lentamente en el vaso de
precipitado que contiene la solución
1.
Se monta el equipo como lo muestra
la Fig. 7 y se procede a conectar a la
corriente eléctrica el potenciómetro.
Se agrega la
pastilla
magnética
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
21
2.3.3 Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb.
Figura 5. Pasos por seguir de la tercera secuencia de experimentación,
electrodepositación de Pb.
Encender la fuente de poder.
Retirar el electrodo (cátodo) y diluir lo que
quedó depositado en 3 ml de HCl
La muestra se diluye en 1 en 10 ml de agua
desionizada y se repite esta misma dilución.
Se guardan las soluciones
diluidas para posteriormente
analizarlas en el
espectrofotómetro de absorción
atómica.
Tomar el tiempo y cada 30 min
transcurridos tomar una
muestra de 3ml de la cámara
del reactor.
Retirar el electrodo (ánodo) y diluir lo que
quedó depositado en 3 ml de HCl.
Para el experimento 20-25 tomar 150 ml de la
solución 1 y adicionarla en el reactor sin
membrana. Ajustar las condiciones según
el experimento (ver tabla 5).
ELECTRODEPOSITACIÓN
DE PLOMO
Para el experimento 18 tomar 100 ml de la
solución 1 y adicionarlo en el reactor con
membrana del lado del ánodo y tomar 100 ml
de la solución 4, depositándola en el lado del
cátodo. Para el experimento 19 se invierten
los cables del ánodo y cátodo.
Para los siguientes experimentos solo se
utilizará 150 ml de la solución 1.
Se coloca el reactor en el
soporte universal y los
electrodos (Figura 8)
Adicionar las soluciones en el
reactor
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
22
Figura 8. Representación del montaje del equipo, electrodepositación (Tercera secuencia
de experimentación).
Figura 7. Efecto de la adición de
NaBH4 en la Solución 1 (Segunda
secuencia de experimentación).
Figura 6. Representación del montaje
del Equipo (Primera secuencia de
experimentación).
.
. BB DESARROLLO EXPERIMENTAL
23
2.4 Condiciones de las experimentaciones.
La tabla 4 muestra los datos de las condiciones y variables de cada
experimento.
Tabla 4. Serie de experimentos con sus variables.
Experimento Concentración de
Pb (g/l)
Concentración de
NaBH4
pHConcentración
de H2SO4
Amperaje
1 1 - 1.0 - -
2 1.0 0.5 1.0* - -
3 1.0 0.5 3.0 - -
4 1.0 0.5 3.5 - -
5 1.0 0.5 5.0 - -
6 1.0 0.5 5.5 - -
7 1.0 0.5 6.0 - -
8 1.0 0.5 6.5 - -
9 1.0 0.5 7.0 - -
10 2.0 1.0 3.0 - -
11 3.0 1.5 3.0 - -
12 4.0 2.0 3.0 - -
13 5.0 2.5 3.0 - -
14 1.0 1.0 3.0 - -
15 1.0 1.5 3.0 - -
16 1.0 2.0 3.0 - -
17 1.0 2.5 3.0 - -
18 1.0 - 1.0 1.0 0.1
19 1.0 - 1.0 1.0 0.1
Tiempo 20 1.0 - 1.0 - 0.1
21 1.0 - 2.0 - 0.1
22 1.0 - 2.5 - 0.1
23 1.0 - 3.0 - 0.1
24 1.0 - 3.0 - 0.15
25 1.0 - 3.0 - 0.2
Efecto de la variación
del amperaje
Efecto de la variación
de pH
Segunda secuencia de experimentación, reducción con NaBH4
Primera secuencia de experimentación, neutralización con NaOH
Tercera secuencia de experimentación, electrodepositación de Pb
Efecto del pH
Efecto de la
concentración de Pb
Efecto del peso en
gramos de NaBH4
Membrana
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
24
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS
En esta experimentación se obtuvo el comportamiento de las especies de plomo al
variar el pH adicionando NaOH.
3.1 Neutralización con NaOH.
Lo que pretende la experimentación 1, es identificar las especies que se van
neutralizando conforme la adición de NaOH dando por efecto la variación de pH y
formación de las especies de Pb.
En el gráfico 1 se observa las tres primeras especies: Pb(NO3)3
-, Pb(NO3)2 y PbNO3
+.
Para tener un enfoque de cada una más adelante se desarrollará.
Gráfico 1. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2
(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)3-
, Pb(NO3)2 y PbNO3+.
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0
pH
ml de NaOH
Variación de pH
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
25
3.1.1 Comportamiento del complejo Pb(NO3)3
- con la adición de NaOH.
Gráfico 2. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2
(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)3-
y neutralización del
ácido.
En el gráfico 2, se observa que el pH de 1.14 (inicial) desciende a 1.05,
gastando 50 ml de NaOH, esto se debe a que existe una descomposición de las
especies. Apoyándose en la figura 4 donde se muestra que ya no existe la especie
de Pb(NO3)4
2-, por lo cual se deduce que se debe a la descomposición de Pb(NO
3)3
- y
la solución se vuelve mas ácida debido a la formación de ácido nítrico, es por esta
razón que existe el decremento en el pH.
A continuación, este pH se mantiene con la adición 40 ml de NaOH. Este
fenómeno se debió a la neutralización de la acidez de la solución.
Una vez que se neutraliza la acidez se logra un incremento de pH hasta 1.30
en una mínima adición de NaOH, donde coexiste el Pb(NO3)2.
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
0 20 40 60 80 100 120
pH
ml de NaOH
Variación de pH
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
26
3.1.2 Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 con la adición de NaOH.
Gráfico 3. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2
(1000 ppm de Pb), para la descomposición del Pb(NO3)2 y neutralización del ácido.
En el gráfico 3 se muestra la secuencia de adición de NaOH, se muestra la
descomposición del Pb(NO3)2 bajando el pH a 1.24, observando una muy ligera
variación en el pH el cual se explica por la neutralización de la solución y
descomposición de la especie, para finalmente lograr la descomposición de esta y
el pH decrece hasta un valor de 1.14.
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
1.25
1.30
1.35
95 115 135 155 175 195
pH
ml de NaOH
Variación de pH
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
27
3.1.3 Comportamiento del complejo PbNO3+
con la adición de NaOH.
Gráfico 4. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2
(1000 ppm de Pb, para la descomposición del PbNO3+
y neutralización del ácido.
En el grafico 4 se observa la descomposición de PbNO3+, en la
descomposición de esta especie se determina que, por cada molécula de esta, se
forma una de nitrato y a su vez una de ácido nítrico, notándose una disminución en
el pH, sin embargo, este se va neutralizando como se muestra en el grafico 3, dando
una secuencia en forma de escalón, en donde se descompone y se neutraliza. Una
vez que este fue descompuesto en su totalidad el pH se incrementa en función de
la acidez de la solución.
El ácido que se va formando es más débil ya que entre más se incrementa el
pH, la cantidad de nitratos, causantes de la generación de ácido, son cada vez
menores.
1.10
1.12
1.14
1.16
1.18
1.20
1.22
200 220 240 260 280 300
pH
ml de NaOH
Variación de pH
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
28
3.1.4 Comportamiento del complejo PbOH+ y Pb(OH)2 con la adición de NaOH.
Gráfico 5. Efecto de la adición de NaOH (1/50 ml de agua) en una solución de Pb(NO3)2
(1000 ppm de Pb), en la formación del PbOH+ y Pb(OH)2.
En el gráfico 5, a medida que se incrementa el pH a rangos de entre 6 a 8 la
solución se torna blanquizca, con esto podemos concluir que se formó PbOH+ ya
que como se muestra en el grafico 5 a pH de entre 6 a 8 se forma el PbOH+. Después
se observa que el pH ya no aumenta, pero al seguir adicionando NaOH, se precipita
el sólido blanquizco en la formación de Pb(OH)2, apoyandonos nuevamente del
gráfico 5 podemos ver como a un pH mayor de 8 se empieza a formar el Pb(OH)2.
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
250 350 450 550 650 750
pH
ml de NaOH
Variación de pH
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
29
Figura 9. Diagrama de distribución de especies de Pb, con la variación de pH y especies
de PbOH+ y Pb(OH)2 presentes (realizado con el programa Medusa).
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
30
3. 2 Precipitación de Pb con NaBH4.
En la segunda secuencia de experimentación consiste en la precipitación de Pb,
variando el pH, concentración de Pb y peso en gramos de NaBH4.
De acuerdo con la siguiente reacción:
NaBH4 + 4Pb2+ + 2H2O = NaBO2 + 4Pb0 + 8H+ …………………………………….(22)
3.2.1 Efecto del pH.
Tabla 5. Efecto en la variación de pH, en una solución de Pb(NO3)2 (1000 ppm de
Pb).
Experimento pH Inicial Concentración (mg/L)
2 1.07 0.54
3 3.0 0.02
4 3.5 0.24
5 5.0 0.53
6 5.5 0.31
7 6.0 0.53
8 6.5 0.48
9 7.0 0.34
El pH juega un papel importante en la precipitación del plomo, ya que afecta
a la especiación de los compuestos de plomo. Los experimentos se han realizado
para averiguar el pH óptimo para maximizar la recuperación de plomo en la solución.
En esta etapa se realizaron pruebas donde se variaba el pH de la solución de rango
de 1.07 (pH natural de la solución) hasta el pH de 7, los resultados se observan en
la tabla 6.
Se generó H2, debido a la descomposición del NaBH4 a borato en agua, el cual es
responsable de la reducción del ion plomo.
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
31
Se alcanzó una alta eficiencia presentada por el sistema, logrando
recuperaciones máximas en cualquier pH. Sin embargo, en todas las
experimentaciones estuvo arriba del límite permisible. Esto se puede deber
principalmente a la acidez de la solución, ya que la reacción se reinvierte requiriendo
que la etapa de separación por filtración sea rápida. Se tomó hojas papel filtro con
mayor tamaño de poro y debido a esto se pudieron pasar partículas de plomo
menores que no se quedaron en el papel filtro y se pasaron a la solución
resolviéndose. Se recomienda dar una segunda o tercera etapa de filtración.
A pH de 6 se observó que el plomo empieza a precipitar como hidróxido de
plomo y a pH de 7 la mayoría de la precipitación fue hidróxido de plomo. El
precipitado de hidróxido de plomo se le agrega una cantidad de ácido fuerte como
el HNO3, el catión hidrógeno neutraliza al anión hidroxilo (producto de la hidrólisis
del anión de la sal escasamente soluble) con lo cual los equilibrios se desplazan
hacia la derecha. Esto implica la disolución del precipitado. Es por eso por lo que la
reacción vuelve a formar plomo.
La recuperación de plomo es óptima en rangos de pH intermedios de 3 a 3.5,
por lo cual se toma este pH de 3 para las siguientes experimentaciones.
3.2.2 Efecto en la variación de la concentración de Pb.
Tabla 6. Efecto de la variación de la concentración de Pb, en una solución de
Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).
Experimento Concentración de plomo (g/L)
Concentración (mg/L)
3 1 0.020
10 2 0.140
11 3 0.170
12 4 0.189
13 5 1.687
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
32
De acuerdo con la discusión anterior y al diagrama de distribución de
especies, se considera que, a un pH de 3, la especie que se obtiene es Pb2+ por lo
cual se decide tomar este valor para observar el efecto de la concentración de pH.
La tabla 6 presenta las recuperaciones de plomo obtenidas al variar la
concentración de este. Observando que hay una muy baja cantidad de plomo
presente en solución para 1 g/L de plomo, se incrementa muy ligeramente a medida
que se incrementa la concentración de plomo, sin embargo, la eficiencia de
reducción con borohidruro sigue siendo elevada (99.8% de eficiencia) aún en la
solución más alta.
Igual que los experimentos anteriores consideremos que el plomo residual se
puede deber al tamaño de las partículas que son menores al poro del papel filtro
ocasionando que pasen de nuevo a la solución por su redisolución.
3.2.3 Efecto en la variación de NaBH4.
Tabla 7. Efecto de la variación de peso en gramos de NaBH4, en una solución de
Pb(NO3)2 (1000 ppm de Pb).
Experimento Gramos de
NaBH4 Concentración
(mg/L)
3 0.5 0.02
14 1.0 0.04
15 1.5 0.31
16 2.0 0.50
17 2.5 0.67
Con respecto a la adición de NaBH4 se produce más hidrogeno, la reducción
de Pb es más rápida por lo cual disminuye el tamaño de partícula, el plomo reducido
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
33
es más fino. Como lo muestra la tabla 7, en realidad, el tener menos peso de NaBH4
fue el experimento en el que se logró tener menos Pb en solución.
3.3 Electrodepositación de Pb.
En esta serie de experimentos el propósito fue observar el comportamiento
de las especies de Pb en la celda de electrodepositación. Los resultados obtenidos
se realizaron variando las condiciones de membrana, tiempo, pH y amperaje.
3.3.1 Electrodepositación de Pb en un reactor con membrana de nafión.
En el gráfico 6 se observa el comportamiento de la depositación de plomo
sobre el ánodo, colocando este en la cámara de la solución lixiviación y
posteriormente en la cámara de H2SO4.
Gráfico 6. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana
de nafión y solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del ánodo (experimento
1) y 1 M de H2SO4 en la cámara del ánodo (experimento 2).
0.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo
Experimento 1
Experimento 2
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
34
Se tomó el pH solución de nitrato de plomo y fue de 0.9, estando dentro del
intervalo de las especies negativas por lo tanto se depositó el 97.27% de óxidos de
plomo en la cámara anódica. Se observó una coloración negra en el ánodo debido
a estos óxidos de plomo. Por el contrario, al experimento 2 donde la cámara anódica
contenía la solución de H2SO4 se depositó tan sólo 23.8%. La explicación de esto
es debido que la membrana de nafión impide el transporte de los aniones a la
cámara de H2SO4 en el experimento 2, al contrario del experimento 1 dónde en la
cámara anódica esta la solución de PbNO3 permitiendo esta depositación de óxidos
en el ánodo, sin embargo es importante hacer notar que la depositación de plomo
en el ánodo no corresponde a con el 10% de las especies aniónicas que aparecen
en el diagrama de distribución de especies (figura 9), esto podría explicarse que
durante de depositación de los óxidos de plomo se libera ion nitrato el cual reacciona
con las otras especies de plomo convirtiéndolas en aniones.
Gráfico 7. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana
y solución de 1 M de H2SO4 en la cámara del cátodo (experimento 1) y solución (1000
ppm de Pb) de Pb(NO3)2 en la cámara del cátodo (experimento 2).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo
Experimento 1
Experimento 2
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
35
En el grafico 7 se muestra el comportamiento de la depositación del ion plomo
sobre el cátodo, observando una baja transferencia de los cationes a la cámara de
ácido sulfúrico y como se indicó anteriormente una mayor depositación de los
aniones de plomo, al invertir la posiciones de los electrodos en el experimento 2 se
logra una depositación de plomo del 76% valor que concuerda con la cantidad de
cationes que hay en la solución que concuerda con el 80% del diagrama de
distribución de especies (figura 9), esto implica que haya una transformación de
aniones a cationes debido posiblemente al potencial aplicado ya que el ion nitrato
se descompone a HNO2 liberando al ion plomo, logrando esta alta depositación de
plomo.
Gráfico 8. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en el reactor con membrana y
solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, en ambas cámaras de los experimentos.
En el grafico 8 se observa que para el experimento 2 hubo una más rápida
depositación en los cationes y en el experimento 1 fue más lenta debido a la
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Comparación de la solución ánodica (exp. 1) y solución cátodica 2 (exp. 2)
Experimento 1
Experimento 2
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
36
transformación de los cationes a iones, aunque fue la misma depositación en ambos
lo que vario fue la velocidad de esta depositación. En las soluciones quedó lo que
no se pudo depositar en los cátodos de cada una de las cámaras. No fue realmente
efectivo el experimento ya que las especies no pasaban atreves de la membrana es
por eso por lo que sólo se depositaban en la cámara donde se encontraba la
solución de plomo. Por lo cual se decidió no trabajar con membrana las siguientes
series en los experimentos.
3.3.2 Determinación de tiempo.
Gráfico 9. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, de una solución (1000 ppm
de Pb) de Pb(NO3)2 con respecto al tiempo, pH de 0.9 y amperaje de 0.1 (experimento
20).
El grafico 9 nos muestra es la determinación de tiempo para lograr la mayor
cantidad de plomo.
Podemos observar que a un tiempo entre 250 a 300 min se recupera
aproximadamente todo el plomo porque más adelante a los 330 min ya no varía
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Determinación de tiempo
Ánodo
Cátodo
Solución
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
37
significativamente la depositación. De acuerdo con estos resultados se determinó
trabajar el resto de la investigación manteniendo un tiempo de 180 min.
Esta experimentación que fue reactor sin membrana se obtuvieron resultados
parecidos a al experimento 2 en la cámara del cátodo. Por esta razón los siguientes
experimentos no se utilizó membrana.
3.3.3 Efecto del pH en la electrodepositación de Pb.
Los gráficos 10,11 y 12 muestran los resultados del comportamiento de la
electrodepositación de Pb variando el pH referente a los experimentos 21, 22 y 23,
con la adición de NaOH, y haciendo una comparación entre estos, para identificar
el pH más eficiente para trabajar.
Gráfico 10. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en cada ánodo, respecto con
la variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y
amperaje de 0.1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del pH en el ánodo
pH 2
pH 2.5
pH 3
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
38
En el grafico 10 se observa que realmente en ninguno de los tres
experimentos se depositó gran cantidad de plomo debido a que como lo hemos visto
con anterioridad al incrementar el pH hay más especies catiónicas disminuyendo
así los aniones que puedan ser depositados en el ánodo, con todo esto en el pH de
3 se logra la menor depositación en el ánodo, tan sólo 1.428%, que corresponde a
lo visto en el diagrama de distribución de especies (figura 9).
Gráfico 11. Comportamiento de la electrodepositación del Pb en el cátodo, respecto con la
variación de pH de 0.9 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2 y
amperaje de 0.1.
Se pude observar en el gráfico 11, que se logró una buena depositación en los
cátodos, siendo el de pH de 3 el más eficiente con 97.92%. esto reafirma lo que
anteriormente se discutió en las experimentaciones de borohidruro ya que a un pH
de 3 es óptimo para lograr incrementar la recuperación de plomo, ya que a este pH
las especies negativas ya no existen obteniendo una alta eficiencia en la
depositación en los cátodos.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del pH en el cátodo
pH 2
pH 2.5
pH 3
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
39
Los tres gráficos muestran un comportamiento muy similar, lo que cabe resaltar es
que, para un pH de 3, aumenta la recuperación y la velocidad de depositación. A
este pH ocurre una descomposición del HNO3 por lo cual ya no se forman especies
negativas. Como resultado en el cátodo obtenemos la depositación de laminillas de
Pb2+.
.
Gráfico 12. Comportamiento de la electrodepositación del Pb en cada solución, respecto
con la variación de pH de 1.07 a 2, 2.5 y 3 en una solución (1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2
y amperaje de 0.1.
En las soluciones podemos observar en el gráfico 12 que, a un pH de 3, es donde
se obtiene el valor más bajo de plomo en solución con 0.650%, ya que todo el plomo
se depositó en el cátodo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del pH en la solución
pH 2
pH 2.5
pH 3
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
40
3.3.4 Efecto del amperaje en la electrodepositación de Pb.
En los experimentos 23 (0.1 A), 24 (0.15 A) y 25 (0.2 A), se realizó la comparación
de gráficos para observar el comportamiento de la electrodepositación de Pb.
Gráfico 13. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el ánodo, en una solución
(1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2,
pH de 3.
En el gráfico 13 se observa que no resta una cantidad considerable de plomo en el
ánodo debido a que se realizó a un pH de 3 dónde ya no existen complejos de plomo
negativos, además de que, al incrementar el amperaje, la respuesta es que se
depositara más rápido el plomo en el cátodo impidiendo que en el ánodo exista
algún porcentaje con valor.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del amperaje en el ánodo
Amperaje 0.1
Amperaje 0.15
Amperaje 0.2
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
41
Gráfico 14. Comportamiento de la electrodepositación de Pb en el cátodo, en una solución
(1000 ppm de Pb) de Pb(NO3)2, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15 y 0.2,
pH de 3.
Como se observa en el gráfico 14, lo que pasa en los cátodos, es que a medida que
se incrementa el amperaje si se deposita más rápidamente el plomo, pero provoca
que en esta rápida depositación no de adhiera completamente todo el plomo en el
cátodo y se observó en la experimentación que el plomo se empezaba a depositar
en el fondo del reactor en forma sólida que no se disolvía. Esto se debió a
restricciones en equipo ya que nuestras ya el área del cátodo es pequeña, por el
diseño del equipo y si se lograra incrementar esta área superficial se podría
depositar el plomo y se evitaría este problema de desprendimiento. Se encontró esa
anomalía en la experimentación.
Pero si favorece la velocidad de electrodepositación. La electrodepositación fue
rápida, pero lo que se quedó en forma solida en la solución fue una pérdida de plomo
que no se logró electrodepositar en el cátodo.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del amperaje en el cátodo
Amperaje 0.1
Amperaje 0.15
Amperaje 0.2
. BB RESULTADOS Y ANÁLISIS
42
Gráfico 15. Comportamiento de la electrodepositación de Pb, en una solución (1000 ppm
de Pb) de Pb(NO3)2 y amperaje de 0.1, respecto con la variación de amperaje de 0.1, 0.15
y 0.2, y pH de 3.
El gráfico 15 muestra que en amperajes bajos se logra tener en la solución la menor
cantidad de plomo.
Al incrementar el amperaje no se logra un efecto favorable en la electrodepositación
del plomo ya que como se observa en los gráficos anteriores, al tener mayor
amperaje no favorece en la velocidad de depositación.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150 200
% R
ecupera
ció
n
Tiempo (min)
Efecto del amperaje en la solución
Amp 0.1
Amp 0.15
Amp 0.2
BB CONCLUSIONES
43
CONCLUSIONES
• La adición NaOH diluida y controlada permite obtener las especies de plomo
de acuerdo con el diagrama de distribución de especies, determinando que
a un valor de pH de 3 se tendrá solo cationes.
• Las mejores condiciones para recuperación de plomo con NaBH4 fueron
con un pH de 3, y NaBH4 de 0.44 g obteniendo un 99.8 % de eficiencia.
• Se concluye que la cantidad de Pb en la solución no afecto la eficiencia de
reducción, si se emplea la cantidad estequiométrica de NaBH4.
• El empleo de la membrana de nafión no fue eficiente ya que no permite el
paso adecuado de los iones, por lo cual no se utilizó.
• Las mejores condiciones para la electrodepositación de plomo son a un pH
de 3 y amperaje de 0.1, obteniendo 97.92% de recuperación de plomo.
• Incrementar el amperaje no favorece la electrodepositación, obteniendo una
mayor velocidad y eficiencia de depósito a un amperaje 0.1.
BB REFERENCIAS
44
REFERENCIAS
1) http://www.meinteresa.es/salud/saturnismo
2) http:www.cienciaycaza.org/ver
3) Bray J. Leighton, Metalurgia Extractiva de los Metales no Ferrosos, Ediciones
Interciencia, Madrid (1968) 336-338.
4) Esteban M. Mihovilovic, Hidrometalurgia: Fundamentos, Procesos y
Aplicaciones, Consejo Minero de Chile (2001) 3-9, 35-36, 618.
5) Habashi, Fathi Handbook of Extractive Metallurgy Volumen II, Editorial Wiley-
VCH, Weinheim (1997) 582-583.
6) Zbigniew Szchejguel, Metalurgia no Ferrosa, Limusa 1ª Edición, (1984) 277,
281.
7) Zarate Gutiérrez Roberto, Tesis Estudio Termodinámico de Lixiviación de un
Concentrado de Galena a Elevada Presión y Temperatura con Ácido Nítrico
IPN-ESIQIE (2007) 35-36, 41, 51.
8) Fuentes Romero María T. Tesis Precipitación de Plomo y Plata con Borohidruro de Sodio en un Medio de Ácido Nítrico IPN-ESIQIE (2004) 8-10.
BB APÉNDICE
45
APÉNDICE
Tabla 8. Equipo de vidrio y otros que se utilizaron en las experimentaciones.
Equipo de Vidrio
Capacidad Marca
Vaso de precipitado 3 ml KIMAX
200 ml KIMAX
1 L KIMAX
Pipetas graduadas 0.5 ml MARIENFELD
1 ml MARIENFELD
3 ml MARIENFELD
20 ml PYREX
30 ml PYREX
50 ml PYREX
Vidrio de reloj - PYREX
Frascos 200 ml -
Bureta 50 ml LABTECH
Reactor 200 ml -
150 ml -
Matraces aforados 10 ml KIMAX
500 ml KIMAX
1 L KIMAX
Embudo de filtración - PYREX
Otros equipos y materiales
Espátula - HEATHROW
Papel filtro - Whatman
Pastilla magnética - Hanna Ptfe
Parrilla de Agitación - StableTemp
Electrodo de platino - -
Potenciómetro - Conductronic
Cables - -
Caimanes - -
Fuente de Poder - Metronix 417A-500
Espectrofotómetro de Absorción Atómica - Perkin Elmer 200
Balanza Analítica - AND
Membrana de nafión - -
Propipeta - BOECO
Soporte universal - -
Goteros 5 ml -
BB APÉNDICE
46
Jeringa 3 ml Plastipak
Tabla 9. Comportamiento del complejo Pb(NO3)3
-conforme la adición de NaOH,
(experimento 1).
pH Volumen (ml)
1.14 4.5
1.12 9.0
1.11 11.5
1.10 17.0
1.09 24.8
1.08 31.0
1.07 37.4
1.06 45.8
1.05 50.0
1.04 50.4
1.05 90.9
1.06 95.5
1.07 97.8
1.08 100.0
1.09 100.3
1.10 100.4
1.13 100.5
1.30 100.6
Tabla 10. Comportamiento del complejo Pb(NO3)2 conforme la adición de NaOH,
(experimento 1).
pH Volumen (ml) 1.25 177.2
1.10 100.4 1.26 182.5
1.13 100.5 1.25 182.6
1.30 100.6 1.24 189.8
1.29 102.2 1.25 189.9
1.28 107.9 1.24 190.5
1.27 111.7 1.25 191.5
1.26 115.0 1.24 191.6
BB APÉNDICE
47
1.27 115.1 1.23 194.9
1.26 115.9 1.24 195.0
1.25 119.0 1.23 197.2
1.26 119.6 1.24 197.3
1.25 121.0 1.23 197.4
1.26 121.1 1.22 198.4
1.25 121.5 1.23 198.5
1.26 123.5 1.22 198.6
1.25 138.3 1.21 198.9
1.24 138.4 1.20 199.0
1.25 150.0 1.18 199.2
1.26 176.9 1.15 199.3
1.25 177.0 1.14 199.5
1.26 177.1 1.15 200.0
Tabla 11. Comportamiento del complejo PbNO3+
conforme la adición de NaOH,
(experimento 1).
pH Volumen (ml) 1.17 245.5
1.14 203.7 1.17 245.6
1.15 203.8 1.17 247.1
1.14 204.9 1.18 248.2
1.15 205.0 1.17 250.0
1.14 205.1 1.18 256.5
1.15 205.4 1.17 256.6
1.14 205.5 1.18 258.0
1.15 207.5 1.17 259.4
1.14 207.6 1.18 259.5
1.15 208.8 1.17 259.7
1.14 208.9 1.18 259.8
1.15 209.1 1.17 260.1
1.14 209.2 1.17 260.2
1.15 209.5 1.17 261.0
1.14 209.6 1.18 261.2
1.15 209.7 1.17 261.4
1.14 209.8 1.18 266.1
1.15 211.8 1.17 267.8
BB APÉNDICE
48
1.14 211.9 1.18 271.5
1.15 212.6 1.19 271.6
1.14 212.7 1.18 279.4
1.15 213.0 1.19 279.5
1.16 217.3 1.18 281.0
1.15 219.1 1.19 282.4
1.15 221.4 1.18 283.5
1.15 221.6 1.19 284.4
1.16 224.2 1.18 284.5
1.15 224.3 1.19 285.2
1.16 224.4 1.18 286.5
1.15 227.0 1.19 286.6
1.16 228.1 1.18 293.2
1.15 228.2 1.19 294.1
1.16 229.5 1.20 300.0
Tabla 12. Comportamiento del PbOH+ y Pb(OH)2 conforme la adición de NaOH,
(experimento 1).
.
pH Volumen (ml) 1.76 558.60
1.20 300.00 1.77 560.50
1.24 300.10 1.78 564.30
1.25 310.50 1.79 565.50
1.26 318.20 1.80 567.80
1.27 326.50 1.81 569.10
1.28 332.40 1.82 572.30
1.27 332.50 1.83 573.70
1.28 334.80 1.84 575.70
1.29 341.70 1.85 578.30
1.28 341.80 1.86 579.50
1.29 341.90 1.87 582.20
1.28 347.60 1.88 584.70
1.29 347.70 1.89 586.00
1.30 350.00 1.90 588.80
1.29 350.10 1.91 590.00
BB APÉNDICE
49
1.28 352.10 1.92 592.00
1.29 356.40 1.93 594.50
1.28 356.50 1.85 600.00
1.30 360.80 1.86 601.00
1.29 362.50 1.87 602.30
1.30 362.60 1.88 603.40
1.31 365.00 1.89 605.20
1.30 365.10 1.90 606.90
1.31 371.30 1.91 607.90
1.30 372.00 1.92 610.00
1.31 372.10 1.93 610.90
1.32 375.00 1.94 612.20
1.31 375.10 1.95 613.00
1.32 379.30 1.96 614.60
1.31 379.40 1.97 615.60
1.32 380.00 1.98 616.90
1.31 380.40 1.99 617.90
1.32 380.50 2.00 618.80
1.33 382.20 2.01 619.80
1.32 382.30 2.02 620.90
1.33 382.40 2.03 622.00
1.34 385.00 2.04 623.30
1.33 385.10 2.05 623.80
1.34 385.30 2.06 625.20
1.33 385.40 2.07 625.60
1.34 385.60 2.08 626.60
1.35 391.00 2.08 628.00
1.34 391.50 2.09 628.40
1.35 392.10 2.10 629.20
1.34 392.50 2.11 630.00
1.35 392.60 2.12 630.60
1.34 392.70 2.13 632.00
1.35 392.80 2.14 632.00
1.36 397.80 2.15 632.40
1.37 399.70 2.16 633.00
1.36 400.00 2.17 634.00
1.37 403.00 2.18 634.40
1.36 403.50 2.19 635.20
BB APÉNDICE
50
1.37 404.20 2.20 635.80
1.38 406.00 2.21 636.80
1.37 406.10 2.22 637.20
1.38 409.00 2.24 637.50
1.37 409.80 2.25 639.00
1.38 409.90 2.26 639.50
1.39 412.70 2.27 640.30
1.38 413.80 2.28 640.70
1.39 414.30 2.29 640.80
1.38 414.40 2.30 642.00
1.39 414.50 2.32 642.80
1.38 417.10 2.33 643.00
1.39 417.20 2.34 644.00
1.40 422.30 2.37 644.30
1.39 422.40 2.36 644.70
1.40 423.90 2.37 645.50
1.39 424.50 2.38 645.80
1.40 424.60 2.39 646.00
1.39 427.90 2.40 646.50
1.40 428.00 2.41 646.90
1.41 430.00 2.42 647.40
1.40 430.10 2.47 647.80
1.41 431.00 2.44 648.00
1.40 433.10 2.45 648.30
1.41 433.20 2.47 649.00
1.42 435.60 2.48 649.50
1.42 436.10 2.50 650.00
1.42 436.20 2.52 651.00
1.43 440.60 2.55 651.50
1.42 440.70 2.60 652.30
1.43 441.40 2.64 654.20
1.42 441.60 2.69 655.00
1.43 441.70 2.71 656.80
1.44 445.90 2.79 658.00
1.43 446.00 2.89 658.60
1.44 446.20 2.97 660.00
1.43 447.20 3.00 661.00
1.44 447.30 3.12 661.40
BB APÉNDICE
51
1.43 448.60 3.17 662.00
1.44 450.00 3.30 663.20
1.43 450.20 3.88 665.00
1.44 452.10 5.30 666.00
1.43 453.50 5.50 666.50
1.44 453.80 5.61 667.00
1.45 454.90 5.72 668.00
1.44 455.00 5.90 669.00
1.45 455.10 5.95 669.50
1.44 456.50 5.96 670.00
1.45 456.60 6.03 670.30
1.44 456.70 6.16 670.80
1.45 457.60 6.24 671.00
1.44 457.70 6.48 671.50
1.45 457.80 6.73 672.00
1.44 457.90 7.06 672.50
1.45 459.10 7.08 673.00
1.46 460.00 7.14 673.30
1.47 461.60 7.25 673.50
1.46 461.70 7.33 674.00
1.47 461.80 7.60 675.00
1.46 462.00 7.85 676.00
1.47 463.60 8.01 676.50
1.46 464.00 8.81 677.00
1.47 464.20 9.47 677.50
1.48 465.30 9.78 678.00
1.47 465.80 10.13 679.00
1.48 466.80 10.32 679.50
1.47 468.30 10.38 680.00
1.48 468.40 10.47 680.50
1.49 469.60 10.57 681.00
1.50 470.00 10.61 681.50
1.49 470.80 10.65 682.00
1.50 472.40 10.71 682.50
1.49 472.50 10.75 683.00
1.48 473.50 10.80 683.50
1.49 474.90 10.83 684.00
1.49 472.50 10.88 684.50
BB APÉNDICE
52
1.48 473.50 10.89 685.00
1.49 474.90 10.92 685.50
1.48 475.00 10.94 686.00
1.47 475.90 10.97 686.50
1.48 476.60 11.00 687.00
1.49 478.20 11.01 687.50
1.48 479.00 11.06 688.00
1.49 479.40 11.05 688.50
1.48 480.80 11.06 689.00
1.49 481.70 11.08 690.00
1.50 484.50 11.09 690.50
1.52 485.00 11.10 691.00
1.51 485.60 11.12 691.40
1.52 485.70 11.13 692.30
1.51 486.50 11.14 692.80
1.52 487.20 11.15 693.00
1.53 488.00 11.16 694.00
1.52 488.10 11.17 694.50
1.53 489.30 11.18 695.50
1.52 490.00 11.19 696.00
1.51 490.50 11.20 697.00
1.52 491.00 11.21 697.80
1.53 492.60 11.22 698.60
1.52 493.60 11.23 700.00
1.53 494.20 11.24 701.00
1.54 495.30 11.26 705.00
1.53 496.00 11.27 706.00
1.54 496.10 11.28 707.70
1.55 500.00 11.29 709.00
1.56 501.00 11.30 709.80
1.57 505.00 11.31 712.00
1.58 507.60 11.33 714.00
1.59 510.40 11.34 716.40
1.58 512.00 11.36 718.70
1.59 512.10 11.37 721.20
1.58 513.30 11.38 721.40
1.59 513.40 11.39 722.40
1.60 516.00 11.40 724.40
BB APÉNDICE
53
1.61 519.30 11.41 726.00
1.60 519.40 11.42 728.70
1.61 520.20 11.43 730.80
1.62 524.00 11.44 732.20
1.63 527.20 11.45 734.50
1.64 529.70 11.46 738.30
1.65 533.10 11.47 741.70
1.66 537.00 11.48 743.40
1.67 539.20 11.49 746.00
1.68 542.40 11.50 750.00
1.69 545.40 11.51 765.00
1.68 545.50 11.52 770.00
1.69 546.50 11.53 773.00
1.70 550.00 11.54 774.50
1.71 550.20 11.55 777.40
1.72 551.30 11.56 779.80
1.71 551.40 11.57 783.40
1.72 553.30 11.58 788.00
1.73 554.20 11.59 793.00
1.74 556.00 11.60 797.00
1.75 557.10 11.61 800.00
Tabla 13. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre
el electrodo de la cámara anódica con solución de Pb(NO3)2, (experimento 18).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 4.114 41.140
60 2.227 63.410
90 1.258 75.990
120 1.108 87.070
150 1.020 97.270
180 0.000 97.270
BB APÉNDICE
54
Tabla 14. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con membrana, sobre
el electrodo de la cámara catódica con una solución de H2SO4, (experimento 18).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 0.190 1.900
60 0.151 3.410
90 0.000 3.410
120 0.000 3.410
150 0.000 3.410
180 0.000 3.410
Tabla 15. Resultados en la solución anódica, (experimento 18).
SOLUCIÓN ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 2.207
60 1.056
90 1.366
120 1.189
150 0.000
180 0.000
Tabla 16. Resultados en la solución catódica, (experimento 18).
SOLUCIÓN CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 0.197
60 0.137
90 0.000
120 0.000
150 0.000
180 0.000
BB APÉNDICE
55
Tabla 17. Resultados de la electrodepositación de Pb, en un reactor con
membrana, sobre el electrodo de la cámara anódica con solución de H2SO4,
(experimento 19).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 1.200 12.000
60 1.070 22.700
90 0.110 23.800
120 0.000 23.800
150 0.000 23.800
180 0.000 23.800
Tabla 18. Resultados de la electrodepositación de Pb en un reactor con
membrana, sobre el electrodo de la cámara catódica con solución de Pb(NO3)2,
(experimento 19).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 3.690 36.900
60 2.430 61.200
90 1.080 72.000
120 0.410 76.100
150 0.000 76.100
180 0.000 76.100
Tabla 19. Resultados en la solución anódica, (experimento 19).
SOLUCIÓN ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 0.000
60 0.000
90 0.000
120 0.000
150 0.000
180 0.000
BB APÉNDICE
56
Tabla 20. Resultados en la solución catódica, (experimento 19).
SOLUCIÓN CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 5.110
60 1.610
90 0.420
120 0.010
150 0.010
180 0.010
Tabla 21. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación de Pb,
reflejados en el ánodo (experimento 20).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 6.976 4.651
60 4.969 7.963
90 2.634 9.719
120 1.523 10.735
150 1.137 11.493
180 1.270 12.339
210 1.034 13.029
240 0.000 13.029
270 0.000 13.029
300 0.000 13.029
330 0.000 13.029
360 0.000 13.029
390 0.000 13.029
BB APÉNDICE
57
Tabla 22. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación del Pb,
reflejados en el cátodo (experimento 20).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 9.891 9.891
60 9.253 19.144
90 6.049 25.193
120 6.950 32.143
150 4.840 36.983
180 2.781 39.764
210 2.504 42.268
240 1.307 43.575
270 1.270 44.845
300 1.114 45.959
330 1.870 47.829
360 1.020 48.849
390 0.000 48.849
Tabla 23. Valores en la determinación de tiempo, electrodepositación del Pb,
reflejados en la solución (experimento 20).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 12.4699
60 10.6366
90 9.4842
120 8.2132
150 7.3167
180 6.7090
210 6.3334
240 6.1374
270 5.9469
300 5.7798
330 5.4993
360 5.3463
390 5.3463
BB APÉNDICE
58
Tabla 24. Valores obtenidos en un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb, en el
ánodo (experimento 21).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 2.476 1.651
60 2.232 3.139
90 2.019 4.485
120 1.984 5.807
150 1.116 6.551
180 0.065 6.595
Tabla 25. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en el
cátodo (experimento 21).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 39.328 26.219
60 26.735 44.042
90 24.132 60.130
120 13.968 69.442
150 7.877 74.693
180 1.180 75.480
Tabla 26. Valores obtenidos para un pH de 2, en la electrodepositacón de Pb en la
solución (experimento 21).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 7.210
60 5.300
90 3.540
120 2.475
150 1.875
180 1.792
BB APÉNDICE
59
Tabla 27. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en
el ánodo (experimento 22).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 3.780 2.520
60 2.047 3.885
90 1.483 4.873
120 0.843 5.435
150 0.053 5.471
180 0.000 5.471
Tabla 28. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en
el cátodo (experimento 22).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 48.188 32.125
60 35.665 55.902
90 24.381 72.156
120 12.738 80.648
150 1.605 81.718
180 0.211 81.859
Tabla 29. Valores obtenidos para un pH de 2.5, en la electrodepositacón de Pb en
la solución (experimento 22).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 6.540
60 4.021
90 2.297
120 1.391
150 1.281
180 1.270
BB APÉNDICE
60
Tabla 30. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositacón de Pb en
el ánodo (experimento 23).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 1.102 0.735
60 1.040 1.428
90 0.000 1.428
120 0.000 1.428
150 0.000 1.428
180 0.000 1.428
Tabla 31. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositacón de Pb en
el cátodo (experimento 23).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 51.000 34.000
60 36.703 58.469
90 28.662 77.577
120 22.778 92.762
150 7.679 97.881
180 0.060 97.921
Tabla 32. Valores obtenidos para un pH de 3.0, en la electrodepositacón de Pb en
la solución (experimento 23).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 6.526
60 4.010
90 2.100
120 0.581
150 0.069
180 0.065
BB APÉNDICE
61
Tabla 33. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositacón de Pb
en el ánodo (experimento 24).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 1.020 0.680
60 0.310 0.887
90 0.040 0.913
120 0.000 0.913
150 0.000 0.913
180 0.000 0.913
Tabla 34. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositacón de Pb
en el cátodo (experimento 24).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/L) Recuperación (%)
30 48.000 32.000
60 36.000 54.667
90 28.680 65.787
120 17.322 72.668
150 8.084 78.057
180 0.000 78.057
Tabla 35. Valores obtenidos con amperaje de 0.15, en la electrodepositacón de Pb
en la solución (experimento 24).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/L)
30 6.732
60 4.318
90 2.397
120 1.242
150 0.703
180 0.703
BB APÉNDICE
62
Tabla 36. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositacón de Pb
en el ánodo (experimento 25).
ÁNODO
Tiempo (min) Concentración (mg/l) Recuperación (%)
30 0.200 0.133
60 0.031 0.154
90 0.024 0.170
120 0.000 0.170
150 0.000 0.170
180 0.000 0.170
Tabla 37. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositacón de Pb
en el cátodo (experimento 25).
CÁTODO
Tiempo (min) Concentración (mg/l) Recuperación (%)
30 31.500 21.000
60 27.450 39.300
90 23.613 55.042
120 17.640 66.802
150 7.092 71.530
180 0.820 72.077
Tabla 38. Valores obtenidos con amperaje de 0.2, en la electrodepositacón de Pb
en la solución (experimento 25).
SOLUCIÓN
Tiempo (min) Concentración (mg/l)
30 7.890
60 6.054
90 4.478
120 3.303
150 2.830
180 2.770
BB APÉNDICE
63
Tabla 39. Cálculos estequiométricos preparar 1L de solución 1, 0.5 M HNO3
y gramos de Pb(NO3)2 necesarios.
Condiciones Cálculo
• Para 1 g de Pb
• Concentración: 0.5 M HNO3
• Densidad: 1.51 g
HNO3
• Pureza: 69% HNO3
• Para aforar a 1L de agua desionizada
• PM HNO3: 63g
• P.M. Pb(NO3)2:
331g/mol
• P.M. Pb: 207g/mol
1L (0.5 mol HNO3
1 L) (
63g HNO3
1 mol HNO3
) (100 HNO3
69 HNO3
) (1 ml HNO3
1.51g HNO3
)
= 30.23 ml HNO3
Para 1g de Pb=331g/mol Pb(NO
3)2
207g/mol Pb=1.59g Pb(NO3)
2
Tabla 40. Cálculo para preparar la solución 3 de NaBH4.
Condiciones Cálculo
• P.M. Pb(NO3)2: 331g
• P.M. NaBH4: 37.88 g/mol
1.59g Pb(NO3)2
331 g/mol Pb(NO3)2
=4.80x10-3
mol
(4.80x10-3
mol)(2.4) =0.012 mol
(0.012 mol)(37.88 g/mol NaBH4)= 0.44 g NaBH4
BB APÉNDICE
64
Tabla 41. Cálculos estequiométricos para preparar una solución 4, 1 M de H2SO4.
Condiciones Cálculo
• Concentración: 1 M
• Densidad: 1.84g
• Pureza: 98% H2SO4
• Para aforar a
500 ml de agua
desionizada
500 ml (1 L
1000 ml) (
1 mol H2SO4
1 L) (
98g H2SO4
1 mol H2SO4
) (100 H2SO4
98 H2SO4
) (1 ml
1.84g H2SO4
)
= 27.17 ml H2SO4
Cálculo para las cinco muestras de efecto en la concentración de Pb, para los
experimentos (3,10,11,12, y 13).
a. 1g de Pb= (1)(0.318)=1.59g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada
b. 2g de Pb= (2)(0.318)=3.18g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada
c. 3g de Pb= (3)(0.318)=4.77g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada
d. 4g de Pb= (4)(0.318)= 6.36g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada
e. 5g de Pb= (5)(0.318)=7.95g Pb(NO3)2 en 200 ml de agua desionizada
Cálculo de la cantidad de Borohidruro de Sodio necesarios para los experimentos
(3,10,11,12, y 13).
a. 1g de Pb=(1)(0.44)= 0.44g NaBH4
b. 2g de Pb=(2)(0.44)= 0.88g NaBH4
c. 3g de Pb=(3)(0.44)=1.32g NaBH4
d. 4g de Pb=(4)(0.44)=1.76g NaBH4
e. 5g de Pb=(5)(0.44)=2.2g NaBH4
top related