sílice en sistemas de intercambio iónico · • el comportamiento y la solubilidad es...
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Slice en Sistemas de Intercambio Inico
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INDICE
Presencia de slice en la naturaleza Cmo se presenta en el agua? Balance Inico del Agua Solubilidad en el Agua Medicin de Slice Problemas que causa Remocin del agua Fuga durante el servicio
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PRESENCIA DE SLICE EN LA NATURALEZA
Ampliamente distribuida (3/4 partes de la litosfera), comoSilicatos, SiO3=, SiO4= o como cuarzo, SiO2
Se disuelve en aguaformando cidos muydbiles cido silcico(H2SiO4) y poco disociados
Trazas en la hidrosfera, muypoco soluble en agua.
COMPOSICION DE LA LITOSFERAELEMENTO %
Oxgeno, O 46.40Silicio, Si 27.80Aluminio, Al 8.10
Hierro, Fe 5.10Calcio, Ca 3.60Sodio, Na 2.90Potasio, K 2.60Magnesio, Mg 2.10
Titanio, Ti 0.63Fsforo, P 0.13Hidrgeno, H 0.13
Manganeso, Mn 0.10Floururo, F 0.08Cloro, Cl 0.06
Sulfuro, S 0.05
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CMO SE PRESENTA EN EL AGUA?
ESTADO IONICO (Slice reactiva)Acidos Metaslico (H4SiO4) y Ortoslico (H2SiO3) como monmeros.
POLIMEROS DE LOS ACIDOS ANTERIORESMiscelas coloidales. Fcilmente hidrolizables a estado inico (Slice coloidal)
ABSORBIDA EN MATERIALES SOLIDOSCoprecipitada con Oxidos de Hierro, Aluminio o materia orgnica. (Slice no-reactiva)
FRAGMENTOS DE ARCILLAS Y ROCASMateriales estables con tamaos de partculas desde arenas muy finas a partculas coloidales(Slice no-reactiva).
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BALANCE INICO DEL AGUA
Los cidos silcicos estn muydbilmente ionizados a los pHsnormales del agua
Se incluyen en el conteo de losaniones para el clculo decapacidad de intercambio
Pero se excluye del balance inicopara cumplir la Ley de LaElectroneutralidad
Anlisis tpico de agua cruda
Ca+2 Mg+2
Na+
HCO3
Cl-
NO3
SO4=
SiO2
Org.K+
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SOLUBILIDAD EN EL AGUA
Su solubilidad depende de los siguientes factores:TemperaturapHNaturaleza de la fase slidaPresin
Equilibrio entre la fase slida y la soluble es inestable. Los cidos solubles polimerizan
SiHO O Si
O
O
Si
Si
OH
OH
OH
OH
OH
HO O
O
Si
OH
OH
HO
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SOLUBILIDAD EN EL AGUA
Efecto del pH (25C) Efecto de la temperatura ( pH 7)
Amorphous silica, 25C
0
200
400
600
800
1000
2 4 6 8 10 12pH
SiO
2 m
g/L
Amorphous silica, pH 7
0
200
400
600
800
0 50 100 150Temperature C
SiO
2 m
g/L
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SOLUBILIDAD EN EL AGUA
El comportamiento y la solubilidad es influenciada por la presencia de otros elementos como: Hierro, Aluminio, Managaneso y materia orgnica.Ej: en presencia de Fe la solubilidad disminuye 50%
La incorporacin de CO2 y cidos orgnicos(Actividad microbiana) produce la degradacincida de los minerales de Fe, Al y los silicatos.La interaccin de todos ellos producencoloides que son estabilizados o peptizadospor el Acido Hmico.
Esto ocurre universalmente, sin embargo la naturaleza de estos coloides depender de factores como la geografa y las estaciones.
Fe2O3 xH2O
Al2O3 xH2O
SiO2 xH2O
Materia orgnica
Slice no-reactiva
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MEDICIN DE SLICE
SILICE REACTIVA Mtodo colorimtrico Formacin de complejo reducido de color azul de Silico-molibdato lo
cual no detecta formas polimerizadas del elemento sino solo Slice soluble
Limitado a concentraciones de 100 ppmSILICE NO REACTIVA
Se mide indirectamente Se trata la muestra con HF para solubilizar toda la Slice y se
determina el contenido total Luego se substrae de esta medicin la Slice reactiva
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PROBLEMAS QUE CAUSA
Cuando se concentra y precipita produce depsitos en calderas.
Se deposita en superficies de intercambio de calor en sistemas de enfriamiento
Interfiere con la estabilidad de componentesde productos farmacuticos y alimenticios
A altas temperaturas y presiones se volatilizacon el vapor y se deposita en labes de turbinas
Obstruye membranas de smosis inversa y sistemas de electrodilisis con grandesprdidas de energa y eficiencia
Los depsitos son de naturaleza vtrea muydifcil de remover
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PROBLEMAS QUE CAUSA
Tolerancias de Slice en aguas de alimentacin para calderas de tipo tambor
(Menos de 0.02 ppm SiO2 en el vapor y menos de 5% en la purga) Presin de la caldera (Psig) Mxima [SiO2] ppm
600 1.7-2.5800 0.8-1.01000 0.3-0.41500 0.1-0.152000 0.04-0.062500 0.02-0.043000 0.05-0.01
Sheet: Hoja1
Sheet: Hoja2
Sheet: Hoja3
Sheet: Hoja4
Sheet: Hoja5
Sheet: Hoja6
Sheet: Hoja7
Sheet: Hoja8
Sheet: Hoja9
Sheet: Hoja10
Sheet: Hoja11
Sheet: Hoja12
Sheet: Hoja13
Sheet: Hoja14
Sheet: Hoja15
Sheet: Hoja16
Tolerancias de Slice en aguas de alimentacin
para calderas de tipo tambor
Presin de la caldera (Psig)
600.0
1.7-2.5
800.0
0.8-1.0
1000.0
0.3-0.4
1500.0
0.1-0.15
2000.0
0.04-0.06
2500.0
0.02-0.04
3000.0
0.05-0.01
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REMOCIN DEL AGUA
Mtodos ms comnmente usados: Precipitacin qumica Destilacin Osmosis inversa Ultrafiltracin Intercambio inico
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REMOCIN DEL AGUAPRECIPITACION QUIMICA Adicin de sales de Hierro y Magnesio (Sulfatos o Cloruros) y
alcalinizantes para formar hidrxidos que adsorben selectivamente la Slice y la precipitan.
Empleo de dolomita o magnesita calcinada con cal producen hidrxidos que coprecipitan la Slice
Ca(HCO3)2 + CaO 2CaCO3 + H2O
Mg(HCO3)2 + CaO 2CaCO3 + H2O + Mg(OH)2 Si hay presencia de sales de Hierro, sucede lo siguiente:
Fe(SO4)3 + 2CaO + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3CaSO4
El mecanismo de coprecipitacion no es muy bien conocido pero se supone la formacin de sales insolubles de MgSiO3 y Fe(SiO3)3adems de intercambio inico en superficie de los geles de los hidrxidosLa precipitacin con cal no solo disminuye Slice y dureza temporal, tambin clarifica el agua y reduce el Acido Hmico
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REMOCIN DEL AGUADESTILACION
Proceso muy eficiente pero de muy alto costo por el gasto de energa Empleada cuando la nica fuente de agua es agua de mar
OSMOSIS INVERSA Rechaza 70-80% de la Slice. Muy eficiente removiendo Slice no-reactiva, sin embargo la
membranas tienden a incrustarse y obstruirse.
ULTRAFILTRACION Muy eficiente removiendo Slice no-reactiva. Opera a menores presiones que la Osmosis Inversa y se puede limpiar
con lavados que evitan incrustacin y obtruccin de cartuchos
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REMOCIN DEL AGUA
INTERCAMBIO IONICO (Slice reactiva y coloidal) Incluye dos etapas:
Paso por resina catinica donde se convierte a HSiO3 Remocin de Silicatos por una resina aninica fuerte e intercambio por
in Hidroxilo Selectividad de la resina aninica:
SO4= > Cl- > HCO3- > SiO2 > OH-
Conforme la resina se va agotando va bajando su pH La Slice empieza a polimerizar y a acumularse en la estructura gel de la
resina aninica La Slice coloidal en contacto con la superficie de la resina se
depolimeriza y es absorbida en forma normal El proceso de regeneracin con NaOH es un proceso de disolucin ms
realmente que de intercambio inico Se debe evitar el envejecimiento y desarrollo de estos polmeros dentro
de las perlas de resina
SO2
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REMOCIN DEL AGUA
PREVENCION DE POLIMERIZACION EN LA RESINA Mantener concentracin de Slice abajo del 50% del total
de aniones a la entrada de la resina aninica fuerte Los ciclos no deben ser mayores a una semana Regenerar en caliente (Aprox. 50 C) excepto con resinas
acrlicas o fuertes Tipo II Para sistemas regenerados co-corriente, preferible flujos
bajos de regeneracin (0.25 gpm/p3 res. y altasconcentraciones de Soda Custica (4% o +)
En sistemas contra-corriente usar concentraciones bajas(2%) o gradual (2%, luego 4%) para evitar precipitacionesdurante la regeneracin
Cuando se regeneran resinas dbiles con el exceso de Soda de la fuerte, desechar el primer tercio de regenerante antes de pasarlo por la dbil, para evitar precipitaciones
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FUGA DURANTE EL SERVICIO
LA FUGA DEPENDE DE LOS SIGUIENTES FACTORES:
Relacin entre la concentracin de Slice y el total de aniones
Nivel de regeneracin (lb NaOH/ft3 resina) Temperatura del regenerante Flujo del regenerante Flujo de servicio Temperatura del agua a tratar Fuga de Sodio de la unidad catinica Modo de regeneracion (Co o contra-corriente)
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FUGA DURANTE EL SERVICIO
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.15
0.10
0.05
Fuga de Slice 10 lbs NaOH/p3
[Slice]/[Total aniones]
0.20
24 C
35 C49 CFu
gade
Sli
cepp
m C
acO
3
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.3
0.2
0.1
Fuga de Slice 6 lbs NaOH/p3
[Slice]/[Total aniones]
24 C35 C
49 C
Fuga
de S
lice
ppm
CaC
O3
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FUGA DURANTE EL SERVICIO
La fuga de Sodio del catin genera NaOH en el anin el cual disuelve la Slice residualprovocando la fuga durante el servicio
Recomendaciones: Aumentar nivel de NaOHCalentar regenerante a 50 C (No con acrlicas o Tipo II)Bajar flujo de regeneracin (0.25 gpm/p3 resina)
Efecto de la fuga de Sodio en la fuga de Slice
Fuga
Slic
ede
l ani
n(p
pm C
aCo 3
)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.04
0.03
0.03
0.02
Fuga
Slic
ede
l ani
n(p
pm C
aCo 3
)
11
10
9
8
75 10 15Fuga Sodio del catin (ppm CaCo3) Fuga Sodio del catin (ppm CaCo3)
1 2 3 4 5
9
8
pH salida
anin
pH salida
anin
pH
FugaSlice
pH
FugaSlice
*
*
-
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FUGA DURANTE EL SERVICIO
SO4=
OH-OH- OH-
RegeneracinCo-corriente
RegeneracinContra-corriente
Agotamiento
Servicio NaOH
NaOH
Cl-SiO2
Mayor fuga Menor fuga
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FUGA DURANTE EL SERVICIO
Fuga de Slice segn tipo de regeneracinFu
ga d
e S
lice
(ppb
)
20
40
80
60
100
120
140
160
180
200
2 4 86 10 1412
Contra-corriente
Co-corriente
Dosis de NaOH lbs/p3 resina
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