ES2246855T3

ES2246855T3 - Procedimiento fisico-quimico de eliminacion de metales pesados, toxicos y/o preciosos contenidos en los lodos urbanos, industriales y liquidos de estiercol de animales.

Info

Publication number: ES2246855T3
Application number: ES00935432T
Authority: ES
Inventors: Manouk Der Stepanian; Christian Assoun
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-06-21
Also published as: EP1294645B1; WO2001098217A1; ATE302168T1; CA2414083A1; US7141225B1; AU5097100A; EP1294645A1; CA2414083C; DE60022100D1; DE60022100T2

Abstract

Procedimiento de depuración de lodos, de los cuales se supone contienen metales pesados, tóxicos y/o preciosos con el fin de extraerlos, en suspensión en una solución acuosa y que forman juntos una masa que se debe tratar, caracterizado porque incluye las siguientes operaciones: mezcla con la masa de FeCl3 hasta obtener un pH ácido de la solución, mezcla con la masa de (CO2H)2 y de NH4CI hasta formar pro-quelatos metálicos, mezcla con la masa de sulfuros mixtos alcalinos hasta obtener una solución que presenta un pH muy básico, para formar quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan dichos metales, neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta provocar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales, y formación por centrifugación, a partir de la masa, de una fase líquida y de una fase sólida, conteniendo dicha fase sólida dichos sulfuros alcalino-férreos.

Description

Procedimiento físico-químico de eliminación de metales pesados, tóxicos y/o preciosos contenidos en los lodos urbanos, industriales y líquidos de estiércol de animales.

La presente invención se refiere a un procedimiento físico-químico de eliminación de los metales pesados, tóxicos y/o preciosos contenidos en los lodos urbanos, industriales y los líquidos del estiércol de animales. Se refiere, más particularmente, a los lodos en los cuales los metales están en suspensión en una solución acuosa y forman juntos una masa que se debe tratar. La eliminación de dichos lodos plantea serios problemas, ya que algunos óxidos metálicos pueden ser seriamente perjudiciales para la salud tanto del hombre como de los animales. El objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento tal que sea especialmente eficaz y de coste moderado.

Según la invención, el procedimiento se caracteriza porque incluye las siguientes operaciones:

\sqbullet: mezcla con la masa de FeCl_{3} hasta obtener un pH ácido de la solución,

\sqbullet: mezcla con la masa de (CO_{2}H)_{2} y de NH_{4}Cl hasta formar pro-quelatos metálicos,

\sqbullet: mezcla con la masa de sulfuros mixtos alcalinos hasta obtener una solución que presenta un pH muy básico, para formar quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan dichos metales,

\sqbullet: neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta causar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales,

\sqbullet: formación por centrifugación, a partir de la masa, de una fase líquida y de una fase sólida, conteniendo dicha fase sólida dichos sulfuros alcalino-férreos.

Este procedimiento se reveló especialmente interesante cuando el sulfuro mixto alcalino se realiza a partir de las siguientes operaciones:

\sqbullet: mezcla en cantidades sensiblemente iguales de NaOH y de KOH en forma de gránulos anhidros,

\sqbullet: adición a la mezcla de flor de azufre, en una proporción comprendida entre 5 y 10% ponderal,

\sqbullet: mezcla hasta la adherencia del azufre sobre los gránulos,

\sqbullet: adición de agua a la mezcla, en una proporción comprendida entre 3 y 20% hasta obtener una reacción exotérmica y la disolución de los gránulos, formando así un líquido.

De manera ventajosa, se disuelve la mezcla obtenida en 1 a 3 veces su volumen de agua.

Para que el procedimiento se desarrolle en las mejores condiciones posibles, es necesario que la masa sea homogénea. Esta es la razón por la que las operaciones de mezcla de esta masa se efectúan con aplicación simultánea de ultrasonidos.

La separación del agua y de los residuos sólidos se hace de manera eficaz y económica por centrifugación por medio de un decantador separador centrífu-
go.

Ni que decir que la fase sólida, que contiene los metales, se debe tratar con la mayor atención, presentando algunos de ellos una gran toxicidad. Una solución consiste en almacenar esta fase sólida en condiciones particulares, que permiten evitar cualquier contaminación. Otra solución, que permite solucionar el problema de manera más ecológica y más eficaz, consiste en separar los metales de la fase sólida. A tal efecto, esta última se introduce en forma de polvo, en un reactor de plasma, en presencia de un gas elegido entre el nitrógeno y el argón, para eliminar los compuestos orgánicos y reducir los metales contenidos en la fase sólida.

Es probable que la fase líquida resultante de la centrifugación contenga también algunos iones metálicos, en particular, metales preciosos. Con el fin de extraer de los lodos la totalidad de los metales, se añade NH_{4}OH a la fase líquida para formar hidróxidos metálicos a partir de los cloruros metálicos que incluye también esta fase. A continuación, se extraen los hidróxidos por centrifugación.

Otras ventajas y características de la invención resultarán de la descripción que va a seguir, hecha respecto al dibujo adjunto, en el que la única figura representa, de manera esquemática, las distintas etapas del procedimiento según la invención.

Los lodos destinados a ser tratados por el procedimiento según la invención pueden proceder tanto de un depósito de decantación destinado a tratar las aguas residuales, representado en 10, de una fábrica 12 o de un foso de explotación agrícola 14. Estos lodos se pueden o no almacenar en un depósito 16.

El procedimiento según la invención necesita el empleo de dos cubas de ultrasonidos 18 y 20, de dos mezcladores 22 y 24, de un decantador separador centrífugo 26, de una cuba de recuperación 27, de una trituradora 28 y de un reactor de plasma 30. Es, además necesario conocer las concentraciones de los distintos metales contenidos en los lodos, con el fin de elegir y de valorar los reactivos. A tal efecto, se recurre a técnicas de espectrometría y/o de cromatografía de masa, estando los aparatos utilizados a tal efecto esquemáticamente representados en 32.

El reactor de plasma 30 incluye una bomba 34 y varios recintos, bien sea un recinto 38 de homogeneización de plasmas primaria y secundaria luego un recinto principal 40 destinado al tratamiento térmico propiamente dicho.

En la descripción que va a seguir, los volúmenes de lodos puestos en juegos son del orden de uno a algunos metros cúbicos. Es, por supuesto, evidente que las cantidades tratadas pueden variar en límites considerables sin que esto plantee problema, permaneciendo los principios enunciados, en su esencia, los mismos.

Los lodos que se deben tratar comienzan por ser el objeto de un análisis, por medio de la instalación 32, para conocer lo esencial de su composición, y más particularmente la presencia de materiales peligrosos, en particular, de materiales metálicos u orgánicos. El conocimiento de la composición de los lodos permite prever la manera en que se tratarán a medida del proceso.

Tal como lo muestra la figura 1, los lodos, en primer lugar, se introducen en la cuba 18, y se someten a vibraciones por radiación ultrasónica, de manera a homogeneizar la masa que forman. En caso necesario, se añadirá agua a esta masa, de manera a obtener, en un plazo razonable que es del orden de 10 a 60 minutos, una masa formada por micro-partículas de lodos en suspensión en agua.

Durante esta operación, representada a la figura 2, se ajusta la acidez de la masa por adición de FeCl_{3}, hasta obtener un pH comprendido entre 4,5 y 6,7 aproximadamente, velando al mismo tiempo a que la temperatura de la masa no sobrepase 60ºC. Típicamente, la cantidad de FeCl_{3} añadida es sensiblemente igual a un tercio del volumen inicial de los lodos.

Cuando la masa es homogénea, ésta se completa con aproximadamente 2% en volumen de NH_{4}Cl y 2% en volumen de (CO_{2}H)_{2}. Esta adición tiene como efecto que se formen dos pro-quelatos de metales pesados, y/o preciosos, debido al pH ácido de la masa.

La masa, así obtenida, se transfiere en la segunda cuba 20, a la cual se añade 10 a 30% en volumen de sulfuros mixtos alcalinos, obtenidos por un procedimiento que se describirá más adelante. Esta adición tiene como efecto que se forman quelatos complejos coloidales de hierro, que atrapan los metales pesados así como los metales fácilmente acomplejados por el azufre. Además, el pH de la masa se vuelve muy básico, alcanzando un valor comprendido entre 11 y 12. Esta operación dura de 20 a 30 minutos aproximadamente.

Cuando ésta se termina, la masa se trata con una solución de HCl de baja concentración (de 5 a 10 mol/l), hasta provocar la co-precipitación de los sulfuros alcalino-férreos y de los hidróxidos. La valoración correcta de HCl corresponde a un exceso de 5 a 7%. Para alcanzar la precisión querida, se sigue el pH, de manera automática, por medio de equipos bien conocidos por el experto en la técnica. La práctica puso de manifiesto que, si los lodos fueran ricos en metales preciosos, puede ser interesante añadir, al ácido clorhídrico, una pequeña cantidad de NH_{4}Cl, de (CO_{2}H)_{2} y/o de glucosa.

Esta precipitación de los sulfuros y de los hidróxidos tiene como efecto extraer de la solución la mayoría de metales que contiene inicialmente.

A continuación, se transfiere la masa al decantador 26, por ejemplo del tipo que comprende un tornillo sinfín, para separarla en dos fases, una líquida y la otra sólida.

La fase líquida, ligeramente ácida es un agua casi limpia, susceptible de ser utilizada para usos corrientes, por ejemplo para diluir los lodos al principio del proceso. En algunos casos, es probable que la solución líquida contenga también metales preciosos. Es entonces posible tratarla con una adición de NH_{4}OH que reacciona con los cloruros metálicos para formar hidróxidos que precipitan y que pueden, entonces, ser extraídos por centrifugación.

Se introduce la fase sólida por la bomba 34 en el reactor 30, después de haber sido pulverizada y secada por medio de la trituradora 28. Se introduce el polvo así obtenido en el recinto 38 y se arrastra por un flujo de gas, elegido entre el argón y el nitrógeno. Esta operación permite garantizar una homogeneización. A continuación, se arrastra el flujo en el recinto principal 40, en el cual la temperatura está comprendida típicamente entre 6000 y 8000ºC. A esta temperatura, se disocian completamente los compuestos orgánicos. El tratamiento térmico así realizado permite, además reducir los metales contenidos en la fase sólida.

Ni hay que decir que los gases que salen del reactor de plasma deben ser objeto de filtración, con el fin de evitar la emisión de SO_{2} o de CO por ejemplo. A tal efecto, se pueden utilizar ventajosamente captadores de tipo KOH.

Tal como se explica más arriba, los sulfuros mixtos alcalinos se preparan de una manera particular, mediante un mezclador 24, a partir de bases sódica NaOH y potásica KOH en gránulos y de flor de azufre, los tres de calidad técnica, que se mezclan durante algunos minutos. Cuando el azufre se adhiere bien a los gránulos, se añaden unos litros de agua a la mezcla. Esta reacción es muy exotérmica. Toda la masa se transforma en un líquido negro e hirviente, que se amasa mientras que no se termine la reacción. Después de haberse asegurado que todos los gránulos se disuelven y que la masa obtenida se haya enfriado hasta una temperatura de aproximadamente 80ºC, se añade dos veces su volumen de agua corriente. Los sulfuros mixtos así preparados se pueden, sin otro ser utilizados durante el proceso descrito más arriba.

En una variante que no ha sido representada, es posible extraer los metales por vía química. A tal efecto, a la salida del decantador, se forma la fase sólida de una mezcla de materiales orgánicos y no orgánicos, esencialmente hidróxidos, que pueden, de manera clásica, ser extraídos de los compuestos orgánicos, por un baño ácido.

Por su parte, los compuestos orgánicos se pueden utilizar como adiciones agroquímicas.

Claims

1. Procedimiento de depuración de lodos, de los cuales se supone contienen metales pesados, tóxicos y/o preciosos con el fin de extraerlos, en suspensión en una solución acuosa y que forman juntos una masa que se debe tratar, caracterizado porque incluye las siguientes operaciones:

\sqbullet: neutralización de la solución por adición de un ácido, hasta provocar la precipitación de sulfuros alcalino-férreos y de hidróxidos que contienen dichos metales, y

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sulfuro mixto alcalino, se realiza a partir de las siguientes operaciones:

\sqbullet: adición a la mezcla de azufre en flor, en una proporción comprendida entre 5 y 10% ponderal,

\sqbullet: mezcla hasta adherencia del azufre sobre los gránulos,

\sqbullet: adición de agua a la mezcla, en una proporción comprendida entre 3 y 20% hasta obtener una reacción exotérmica y la disolución de los gránulos.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se disuelve la mezcla obtenida en 1 a 3 veces su volumen de agua.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las operaciones de mezcla de dicha masa se efectúan en presencia de ultrasonidos.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la extracción por centrifugación se efectúa por medio de un decantador separador centrífugo.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque, a continuación, se introduce dicha fase sólida en forma de polvo, en un reactor de plasma, en presencia de un gas elegido entre el nitrógeno y el argón, para eliminar los compuestos orgánicos y reducir los metales contenidos en dicha
fase.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque se añade NH_{4}OH a dicha fase líquida para formar hidróxidos metálicos a partir de cloruros metálicos que incluye dicha fase líquida, siendo dichos hidróxidos, a continuación, extraídos por centrifugación.