Proyectos: Tratamiento de desechos del proceso de preparación de perclorato de amonio

Introducción

Esto es un articulo complementario al "Proyectos: Preparación de Perclorato de Amonio" . Tal como las cantidades que se desean preparar de perclorato de amonio (PA) marcan distintos grados de dificultad también conllevan distintos grados de generación de desechos. La preparación de PA en ordenes de gramos no genera muchos desechos pero si se está en un cantidad de PA de algunos kilogramos la cantidad de desechos generados ya empieza a ser considerable. Si bien el volumen de desechos no es significativo no quiere decir por eso que se los vuelque en forma desconsiderada a la red cloacal o a un pozo absorbente o a un curso natural de agua.


Alcance

Es prioritario cuidarnos y cuidar el medio ambiente. No se debería encarar un desarrollo de preparación de PA sin considerar el tratamiento de sus desechos, tanto líquidos o sólidos. Aquí se pretende dar una guia sencilla para ello, a nivel de aplicación amateur. Esto es un punto de partida, ademas de acuerdo al proceso realizado los requerimientos del tratamiento de los efluentes puede ser diferente.


Contaminantes presentes en los desechos

De acuerdo a los distintos procesos que se pueden emplear para preparar PA en los desechos generados hay presentes variados tipos de contaminantes, pudiendo contener:

Soluciones con restos de percloratos (como sales de amonio, potasio o sodio).
Soluciones con restos de cloratos.
Soluciones con restos de cloruros.
Barros luego de la electrolisis en la celda de electrolisis (contienen sales de calcio, magnesio, sulfatos).
Restos de sales de cromo hexavalente en solución o como sólidos insolubles como cromato de bario.
Sales de bario (en solución o como sólidos).
Soluciones ácidas o alcalinas.

Los desechos líquidos son los que en general representan el mayor volumen a tratar.

Normas para la evacuación de desechos líquidos

En toda localidad hay normas que rigen la calidad de los efluentes que se evacuan. Si bien los volúmenes que se generan y el índice de actividad es mínimo por lo que seguramente no habrá una inspección o control de lo que se descarta eso no implica que se tenga derecho a contaminar. Se brinda una idea de los valores que en general son de aplicación en la Rep. Argentina.

Tratamiento de desechos líquidos

El procesado de los desechos líquidos tiene tres etapas:

Primera etapa: reducción de la cantidad de desechos.
Segunda etapa: tratamiento fisico químico de los desechos.
Tercera etapa: dilución de los desechos.


Primera etapa: reducción de la cantidad de desechos.
El primer paso para el tratamiento de los desechos es reducir al mínimo su generación. Si bien parecería que esto no esta ligado al tratamiento de desechos es parte del conjunto del proceso productivo total para la preparación de PA. Cuanto menor sea la cantidad de desechos producidos menor será la cantidad de líquidos a tratar. Parece demasiado obvio pero no se lo suele hacer. La clave es reutilizar los líquidos todas las veces que se pueda, y si se van contaminando utilizar procesos en "cascada" donde por ejemplo se recristaliza por ultima vez el PA con agua desmineralizada (agua desionizada) "virgen", una vez que esta adquiere un nivel de contaminantes alto usarla en un proceso anterior donde es tolerable un mayor nivel de contaminantes. Entonces el ingreso de agua desmineralizada se realiza solo en los procesos donde su uso es crítico, y las soluciones que se descartan ya no pueden ser usadas en alguna parte del proceso.

Tambien trabajando sobre el proceso base de preparación de PA se logran procesos con generación de menor cantidad de efluentes.

Segunda etapa: tratamiento fisico químico de los desechos.
En esta etapa se tratan química y físicamente los desechos líquidos.

Soluciones con restos de percloratos
Para la eliminación de los percloratos el método que utilizo como de "mínima" es adicionar cloruro de potasio para que precipite todo el perclorato de sodio o amonio como perclorato de potasio. Para esto basta agregar una solución de cloruro de potasio en agua (usar agua de "segunda") a la solución a tratar. Dejar decantar y el sobrenadante se puede reutilizar.

Soluciones con restos de cloratos.
Aqui la sugerencia es utilizar el mismo procedimiento que el utilizado para destruir los restos de cloratos presentes en las soluciones donde este es convertido a perclorato. Esto se realiza en genral con un agente reductor como el sulfito de sodio, tengo referencias que se puede utilizar tambien del sulfato de hierro (II), pero no lo he probado. Cualquiera sea el proceso que decida seguir as hojas de seguridad de los productos empleados y siga las medidas de seguridad correspondientes.

Soluciones con restos de cloruros.
En general los cloruros no presentan problemas.

Barros luego de la electrolisis en la celda de electrolisis (contienen sales de calcio, magnesio, sulfatos). Barros provenientes de otros procesos, como por ejemplo el de eliminación de cromo hexavalente.
El primer paso es eliminar los contaminates que pueda presentar los barros. La idea es reducir al minimo el grado de contaminación. Luego se lo procesa para evitar su lixiviado mediante su mezclado con cemento y agua dejandolo para que frague. Luego se lo deja almacenado en un frasco de vidrio sellado con parafina.

	Fig. nº 1.- Restos de sales y cemento (de construcción) para realizar la mezcla se utiliza un bol de vidrio y se agrega una mínima cantidad de agua par lograr un buen empaste. Proporciones tipo 50:50 P/P.

Restos de sales de cromo hexavalente en solución o como sólidos insolubles como cromato de bario.

La presencia de cromo hexavalente se da en caso de utilizarse bicromato de potasio o sodio, en el orden de algunos gramos por litro, en la celda de electrolisis. Para su eliminación en las soluciones desechadas el proceso es sencillo y similar al utilizado para eliminarlo de la solución de electrolisis durante el proceso de preparación de PA. El proceso consta de dos etapas, primero reducción de cromo hexavalente a trivalente en medio ácido, seguido por una precipitación del cromo trivalente.

Para la reducción del cromo hexavalente, en medio ácido, se puede emplear:
Bisulfito sódico.
Sulfito sódico.
Meta bisulfito de sodio.
Sulfato ferroso.

La sal propuesta, y empleada extensamente por mi, es Meta bisulfito de sodio.
La reacción de reducción de cromo hexavaletne a trivalente es:
4 CrO3 + 3 Na2S2O5 + 3 H2SO4 ---------3 Na2SO4 + 2 Cr2(SO4 )3 + 3 H2O

Esta reacción es prácticamente instantánea y se realiza en medio ácido. Para dar una idea del consumo por cada gramo de Cr O3 se consumen 1,4 g de Na2S2O5.

El proceso es:

a- Acidificar con acido clorhídrico (o sulfúrico) hasta un pH preferentemente menor a 1,5. Para el control del pH se sugiere usar papel pH en lugar de sensor de pH ya que según mi experiencia este tipo solución reduce mucho la vida útil de los sensores de pH.
b- Agregar solución de meta bisulfito de sodio hasta reducir todo el cromo hexavalente. Aquí también se presenta el tema de la cantidad de reactivo a agregar. Para ello se podría controlar el proceso de oxido reducción con un sensor de ORP, pero para facilitarle la tarea y reducir la inversión necesaria se me ocurre recomendarle que le agregue de apoco reactivo hasta que la solución se haga de color verde y luego seguir agregando un pequeño exceso hasta sentir el inicio de la presencia de la solución de bisulfito en el olfato.

Fig. nº 2.- Pheachimetro portatil Mettler Toledo y un sensor de pH (capuchon verde) y otro sensor de ORP (capuchon rojo), ambos sin los capuchones de proteccion de las puntas sensoras que las mantiene humedas.		Fig. nº 3.- Muestra de Efluente donde se ha reducido el cromo hexavalente a trivalente dando un color verde típico.

c- Agregar solución de hidróxido de sodio para que tenga un pH de aprox. 9 a 10. Esto se debe realizar con lentitud y cuidado pues es fácil pasarse de estos valores.
d- Dejar decantar. Esto lleva tiempo. En particular porque no se le agregan ayudantes en la coagulación y precipitación. Pero como no es un proceso "industrial" basta dejarlo reposar varios días para que se asiente el hidróxido de cromo. Para el que quiera ensayar para mejorar este proceso se puede usar los floculantes utilizados en las piscinas y natatorios. A mi me han dado buen resultado.
Los mismos se pueden clasificar en dos grupos:
Sales inorgánicas, como hidróxido de aluminio, Sulfato de aluminio, etc.
Productos orgánicos del tipo poli electrolito. Estos son más efectivos pero más sensibles a las condiciones de trabajo.

Para su uso basta diluirlo según la indicación del fabricante (van en muy pequeñas proporciones) y agregarlo a la solución . Luego se lo deja decantar.


Sales solubles de bario Se eliminan con sulfato de sodio. Se prepara una solucion de