Con el objetivo de evaluar la habilidad de remoción de metales pesados de aguas de desecho, por medio de una zeolita natural (erionita) se determinaron isotermas de intercambio iónico de cromo hasta el punto de equilibrio. Se utilizaron erionita natural (EN) y erionita natural intercambiada con sodio (ENS) provenientes de yacimientos de Sonora.
La investigación se llevó a cabo en columnas empacadas con zeolita. Las isotermas de intercambio mostraron una buena afinidad de la erionita por el cromo, acentuándose de manera moderada en el caso de la forma sódica.
Los ensayos dinámicos mostraron claramente la posibilidad de remoción del cromo a concentraciones de 100 mg/l de las soluciones preparadas con concentraciones similares a las de aguas de desecho.
El contenido de metales pesados en aguas residuales industriales se está convirtiendo en un serio problema debido a sus efectos tóxicos sobre la mayor parte de los organismos vivos. Las agencias de protección ambiental han fijado sus concentraciones máximas en rangos que van de miligramos por litro a microgramos por litro, dependiendo de la toxicidad individual del cation.
En particular, la presencia de cromo tiene efectos tóxicos importantes sobre los seres vivos, es bioacumulable y afecta las funciones biológicas, en particular el crecimiento. Las principales fuentes de contaminación por cromo son la industria de la tenería, los talleres de cromado y la industria de pinturas anticorrosivas.
Cromo en el medio ambiente
El giro de la galvanoplastia es muy amplio ya que abarca todo tipo de recubrimientos electrolíticos: anodizado, cadminizado, zincado, estañado, dorado, cromado, etcétera. Un estudio previo seleccionó los procesos de cromado y niquelado (los cuales pueden incluir o no el proceso de cobrizado) por ser éstos de los procesos más contaminantes y comerciales.
En relación con la cantidad de plantas de cromado, una encuesta elaborada por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI) indica que en 1988 había en el Distrito Federal y zona conurbada 386 establecimientos relacionados con la galvanoplastia en general; por otra parte, en la Cámara Nacional de la Industria de la Transformación (Canacintra, sección 72) se encuentran registradas 110 empresas vinculadas con este giro (en su gran mayoría, empresas familiares o de tipo casero).
La industria del cromado inició su auge en la década de 1950, desde entonces y hasta los años setenta, el manejo de desechos se enfocó a la remoción de sales solubles en el efluente y lodos formados principalmente de compuestos metálicos y aguas duras.
En este ámbito ha habido un cambio fundamental, iniciado por la aparición de normas ambientales en Estados Unidos, entre las que destacan la Ley de Recuperación y Conservación de los Recursos (1976), la Ley de Prevención contra la Contaminación (1990) y la Ley de Enmiendas y Reautorización del Superfondo, las cuales han sensibilizado al público con relación a los compuestos tóxicos, entre los que se encuentran los cianuros y cinco metales pesados (cadmio, cromo plomo, mercurio y níquel), así como la reducción de los mismos.
A principios de la década de 1980 se presentó una contracción del mercado debido a la aparición de facias o defensas de plástico en los autos (artículo muy importante para esta industria), y para los noventa hubo una nueva disminución del mercado por la liberación de importaciones de artículos cromados de dudosa calidad, pero bajo precio, lo que provocó el cierre de 15 por ciento de industrias por lo que siguen funcionando poco más de 90 empresas en el Distrito Federal y la zona conurbada.
Esta problemática ha motivado la búsqueda de procedimientos adecuados para la reducción del contenido de cromo en los efluentes industriales, tradicionalmente se han utilizado métodos químicos y electroquímicos para precipitar el cromo, sin embargo, el intercambio iónico (adsorción) se ha convertido en una opción viable por los beneficios económicos que representa la recuperación del metal y la inmediata utilización del agua tratada. Existe una gran cantidad de materiales adsorbentes, entre los que se encuentran: resinas catiónicas, sílica, alúmina, piedra volcánica, ceniza, tierras de diatomeas, arena, y zeolitas naturales.
Zeolitas naturales
En este trabajo se presentan los resultados de la aplicación de una erionita (ZNM) de Sonora, México, como intercambiador iónico para la eliminación de cromo en solución a altas y bajas concentraciones. Un estudio previo de la aplicación de esta zeolita para tratamiento de efluentes de una industria de galvanoplastia, en el que se utilizaron licores originales, permitió fijar las concentraciones de las soluciones sintéticas.
El término zeolita fue utilizado inicialmente para designar a una familia de minerales naturales que presentaban como propiedades particulares el intercambio de iones y la desorción reversible de agua, el cual deriva de dos palabras griegas, zeo: que ebulle, y lithos: piedra. Hoy en día, dicho término engloba a un gran número de minerales naturales y sintéticos que presentan características estructurales comunes, un esqueleto cristalino formado por la combinación tridimensional de tetraedros de silicio y aluminio unidos entre sí mediante átomos de oxígeno comunes.
La estructura presenta canales y cavidades de dimensiones moleculares en los cuales se encuentran los eventuales cationes de compensación, moléculas de agua u otros adsorbatos y sales. Este tipo de estructura microporosa hace que las zeolitas presenten una superficie interna extremadamente grande con relación a su superficie externa. La microporosidad de estos sólidos es abierta y la estructura permite la transferencia de materia entre el espacio cristalino y el medio que lo rodea.
La presente investigación contribuye a la posible utilización de la erionita, una zeolita de origen natural que se encuentra en extensos yacimientos a cielo abierto ubicados al norte de Sonora (Agua Prieta), para la remoción de cromo de las aguas industriales de desecho. Dicha zeolita fue caracterizada previo a su utilización, presenta una superficie de 456 m2/g y posee un diámetro de poro de 3.4 x 4.5 A° y una capacidad de intercambio iónico de 1.7 meq/g; el tamaño de partícula de la zeolita se fijó en 0.505mm (malla -30, +40).
Parte experimental
Se llevó a cabo un estudio dinámico de intercambio iónico con soluciones de cromo preparadas en el laboratorio a partir de CrCl3.6H2O, las concentraciones de las mismas fueron semejantes a la de licores reales obtenidos de la industria de la galvanoplastia después de una precipitación previa del cromo. Las concentraciones se fijaron en 100 ppm y 2000 ppm, respectivamente.
Se pesaron 13g de erionita previamente lavada con agua destilada y secada, la zeolita se dividió en dos porciones, la primera (EN), se utilizó sin otro tratamiento y a la segunda (ENS) se le hizo un intercambio iónico con NaCl 2N para obtenerla en forma homoiónica. Se realizaron las pruebas con ambas zeolitas haciendo pasar las soluciones de cromo preparadas para el caso. El intercambio de las soluciones de cromo se realizó por triplicado.
El sistema de intercambio iónico se operó por gravedad en columnas conteniendo la erionita, las soluciones se hicieron fluir hacia las columnas de intercambio. Las muestras recolectadas fueron analizadas para determinar la concentración de cromo, por Espectroscopia de Emisión de Plasma de Inducción Acoplada de Argón (ICAPES), la capacidad de intercambio catiónico (CIC) se determinó previamente para la erionita por Espectrometría de Absorción Atómica (EAA). Se obtuvieron isotermas de intercambio iónico a 25°C para diferentes concentraciones de Cr+3.
