Hacia la economía circular en la gestión de ácidos agotadosrecuperación de metales empleando resinas quelantes

Resumen

El modelo económico lineal consistente en “coger – usar – tirar” ha alcanzado sus límites físicos debido principalmente al aumento de la demanda de materias primas y a la alta generación de residuos que lleva asociada. Ante este escenario, y con el objetivo de desarrollar procesos más sostenibles, la Unión Europea ha propuesto un modelo de Economía Circular donde el valor económico tanto de los productos, como de los materiales y recursos necesarios para su fabricación se mantiene durante todo el tiempo que sea posible y se minimiza la generación de residuos gracias al desarrollo de las estrategias de reducción y reciclaje. Los residuos industriales, especialmente aquellos con alto contenido metálico, son susceptibles de ser gestionados desde el punto de vista de la Economía Circular, convirtiéndose así en fuentes secundarias de materias primas. En esta Tesis Doctoral se ha seleccionado un efluente industrial ácido con alto contenido metálico suministrado por un gestor de residuos autorizado y con una acidez de pH 0,8 y un contenido de hierro, níquel y cobre, de aproximadamente 20,0 g/L, 9,0 g/L y 3,0 g/, respectivamente. Tanto su elevada acidez como su contenido metálico, muy superior a los límites de vertido establecidos por la legislación vigente, hacen que este efluente sea catalogado como residuo peligroso. La gestión de este tipo de efluentes ácidos con alto contenido metálico se lleva a cabo normalmente mediante tratamientos convencionales como son la precipitación química y la coagulación-floculación. Estos tratamientos presentan ciertas limitaciones tales como la falta de selectividad o bajos niveles de eficiencia para alcanzar los límites legales de vertido, generación de residuos, etc; por lo tanto, resulta necesario desarrollar nuevas tecnologías para superar las limitaciones mencionadas anteriormente con la idea de recuperar los metales valorizables para su posterior uso. El objetivo global de este trabajo es desarrollar una metodología eficaz basada en la aplicación de la tecnología de adsorción mediante el uso de resinas quelantes, para mejorar el perfil ambiental del residuo objeto de estudio mediante la disminución de su contenido metálico y permitiendo al mismo tiempo, la recuperación selectiva de níquel y cobre para su posterior reutilización, tal y como promueve la Economía Circular. Las resinas quelantes son un tipo de resinas de intercambio iónico poliméricas cuyos grupos funcionales característicos son capaces de formar complejos estables con iones metálicos debido a sus funciones triples de intercambio iónico, formación de quelatos y adsorción física. En esta Tesis Doctoral se han comparado dos resinas quelantes comerciales, la resina Purolite® S930Plus, funcionalizada con el grupo iminodiacetato, y la resina Puromet™ MTS9600 funcionalizada en este caso con el grupo bispicolilamina. Una vez seleccionada la resina quelante más adecuada para cumplir con el objetivo definido, se ha estudiado detalladamente tanto el proceso de adsorción como el proceso de desorción. En el proceso de adsorción se estudió en primer lugar el equilibrio, ajustando los resultados experimentales a los modelos de isotermas de Freundlich y Langmuir. Una vez estudiado el equilibrio se realizaron experimentos cinéticos utilizando diferentes configuraciones experimentales y evaluando las diferentes variables que influyen en el proceso tales como, la relación sólido - líquido (1/10 – 4/10) y el pH de trabajo (0,8 – 3,0). Los resultados obtenidos se ajustaron a los modelos cinéticos teóricos de pseudo primer y pseudo segundo orden, utilizados habitualmente en la bibliografía, para poder describir correctamente la etapa de adsorción. En la etapa de desorción se estudiaron diferentes tipos de disoluciones regenerantes (H2SO4 y NH4OH), su concentración (1,0 – 4,0 M) y la relación sólido-líquido entre la disolución regenerante y la resina cargada (1/10 – 1/1). Una vez definidas las condiciones experimentales que mejor se acercan al objetivo de esta Tesis Doctoral, se realizó un estudio con el tiempo del rendimiento de la resina a lo largo de 10 ciclos de adsorción-desorción. Finalmente, y también con las mejores condiciones experimentales encontradas, se propone un sistema de dos columnas en serie para llevar a cabo tanto la etapa de adsorción como la etapa de desorción por separado de cada uno de los metales. Mediante el planteamiento de dos modelos matemáticos, uno para el sistema Cu+2/Puromet™ y otro para el sistema Ni+2/Puromet™ MTS9600, basados en la difusión en el sólido y la reacción química, respectivamente, se validaron los resultados experimentales estimando los parámetros coeficiente de difusión en la superficie del sólido, DS en el caso del cobre y las constantes directas e indirectas de la reacción química, kd y ki, en el caso del níquel.