Recuperacin de germanio a partir de cenizas volantes por va hidrometalrgica
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Experimentacin y Resultados
Recuperacin de germanio a partir de cenizas volantes por va hidrometalrgica
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Pgina
1. Caracterizacin Fsicas de las Cenizas Volantes....92
2. Determinacin del Germanio en Solucin mediante un Mtodo Colorimtrico....93
3. Ensayo de Lixiviacin.97
3.1 Metodologa de los Ensayos de Lixiviacin.98
3.2 Procedimiento de Operacin de los Ensayos de Lixiviacin..101
3.3 Ensayos de Lixiviacin a pH Natural..104
3.4 Ensayos de Lixiviacin a pH 1....108
3.5 Nuevos Ensayos de Lixiviacin a pH 1.112
4. Ensayos de Adsorcin sobre Resinas de Intercambio Inico...116
4.1 Resinas Empleadas..117
4.2 Mecanismos de Extraccin de Germanio con Resinas de Intercambio Inico....118
4.3 Ensayos de Adsorcin de Germanio con Soluciones Patrn..........................120
4.3.1 Procedimiento de Operacin................................................................120
4.3.2 Ensayos Multivariables.............................................................................121
4.3.3 Efecto de las Variables.............................................................................128
4.4 Ensayos de Adsorcin de Germanio en Soluciones de Lixiviado.......................132
4.4.1 Estudio del Efecto del pH de Lixiviacin en el pH de Adsorcin....................132
4.4.2 Estudio del Efecto del pH y de la Cantidad de Resinas por Volumen de Lixiviado
en el Rendimiento de Adsorcin...................................................................133
4.4.2.1 Procedimiento de Operacin.............................................................................133
4.4.2.2 Metodologa del Ensayo de Adsorcin con Lixiviado..........................133
5. Ensayo de Reextraccin.....................................................................................141
5.1 Procedimiento de operacin....................................................................142
5.2 Metodologa del Ensayo de Reextraccin...................................................143
6. Ensayos de Precipitacin...............................................................................149
6.1 Procedimiento de Operacin...........................................................................150
6.2 Metodologa del Ensayo de Precipitacin...................................................151
6.2.1 Estudio del pH de Precipitacin...............................................................152
7. Ensayo de Recirculacin...........................................................................160
7.1 Estudio de la Relacin Refinado/cido Tartrico Fresco...................................162
7.1.1 Determinacin de la R Caracterstica del Proceso........................................163
7.2 Metodologa del Ensayo de Recirculacin......................................................166
8. Selectividad de las Resinas........................................................................170
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En el presente proyecto se ha desarrollado un proceso hidrometalrgico para la
recuperacin del germanio presente en las cenizas volantes. Las etapas del proceso son
las siguientes:
Lixiviacin del germanio desde las cenizas volantes.
Separacin de las cenizas y el lixiviado mediante filtracin.
Concentracin y purificacin de las soluciones mediante 3 etapas consecutivas:
intercambio inico, desorcin y precipitacin.
Cenizas Volantes
P-3
Volteador
Decantacin
y Filtracin
Lixiviado
Refinado
Cenizas
Hmedas
resinas
Reextracto
HCl 2 M
Volteador
cido Tnico
Solucin Residual
cido
Tartrico
H2SO4
Filtracin
LavadoExtracto
H2O
Precipitado de Ge
NaOH
Figura 22. Diagrama de las etapas del proceso hidrometalrgico de recuperacin de germanio
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1. Caracterizacin Fsica de las Cenizas Volantes
Las cenizas volantes de la central trmica GICC de ELCOGAS en Puertollano tiene un
contenido en humedad muy bajo, 0,2-0,3 %, independientemente del combustible
alimentado al gasificador y de las condiciones de operacin. Los valores de densidad
oscilan en el rango de 1-1,3 g/cm3 (Font, 2007).
La ceniza de referencia muestra una distribucin granulomtrica muy fina, como se
puede observar en la figura 23. La superficie especfica de la ceniza seleccionada vara
entre 4,4 y 9,4 m2/g (Font, 2007). El valor de la porosidad oscila en el rango: 0,03
0,10 cm3/g. La distribucin de dicha porosidad es la siguiente: el 70% se debe a
macroporos (d > 500 ), casi el 30% de la porosidad se debe a poros de tamao medio
(20 > d > 500 ) y menos de un 1% se debe a microporos (d < 20 ) (Arroyo, 2007).
Figura 23. Distribucin granulomtrica de la ceniza de referencia (Arroyo, 2007)
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2. Determinacin del Germanio en Solucin mediante un
Mtodo Colorimtrico
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Para la determinacin del germanio en solucin acuosa se ha empleado el mtodo
colorimtrico basado en la fenilfluorona. El procedimiento de operacin a seguir es el
mismo para cada una de las soluciones del proceso.
1. Preparacin de una solucin patrn de germanio
Se prepara una solucin patrn de germanio de 10 mg/L a partir de otra solucin patrn
de germanio de 350 mg/L mediante dilucin con agua bidestilada.
2. Preparacin de la solucin de fenilfluorona
Se pesan 75 mg de fenilfluorona slida y se aaden a un matraz de 250 mL. A
continuacin se aaden 12, 5 mL de H2SO4 al 18 M y se enrasa el matraz hasta 250 mL
con etanol. Se agita con un agitador magntico hasta que est todo el slido disuelto.
3. Preparacin de la solucin de goma arbiga
Se pesa 1 g de goma arbiga en la balanza y se disuelven en 200 mL de agua
bidestilada. Se deja agitando hasta que est todo el slido disuelto. La solucin de goma
arbiga debe descartarse cuando empiece a presentar turbidez.
Fotografa 2. Fenilfluorona, el etanol, goma arbiga y solucin patrn de germanio
4. Preparacin de las soluciones patrn de germanio
Se disponen de cuatro matraces de 25 mL denominados P0, P1, P2 y P2,5 en funcin de
los mL de solucin patrn de germanio de 10 mg/L que se aaden respectivamente a
cada uno de los matraces. A continuacin se adicionan 2,5 mL de solucin de goma
arbiga y 7,5 mL de solucin de fenilfluorona a cada matraz y se enrasan con agua
bidestilada.
5. Preparacin de las muestras
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La cantidad de germanio que se puede medir con el espectrofotmetro est limitada a 1
mg/L. Dado que los efluentes acuosos obtenidos en el proceso de recuperacin del metal
tienen una concentracin de germanio en solucin muy superior a esta cantidad, es
necesario diluir la muestra para realizar la medida de ste antes de introducirlo en el
espectrofotmetro. La dilucin de las soluciones se realiza en dos etapas.
Primera dilucin
Se toman 2 mL de solucin efluente y se adicionan en un matraz de 25 mL. A
continuacin se enrasa con agua bidestilada y se agita manualmente unos segundos.
Segunda dilucin
Se adicionan 2 mL de solucin diluida, la preparada en la primera dilucin, a un matraz
de 25 mL. A continuacin se aaden 2,5 mL de solucin de goma arbiga y 7,5 mL de
solucin de fenilfluorona y se enrasa con agua bidestilada.
Una vez que estn preparados los patrones y las muestras diluidas se ha de esperar un
tiempo de 30 minutos antes de medir la absorbancia de cada una de ellas en el
espectrofotmetro. Este tiempo es necesario para la formacin ptima del complejo
coloreado del germanio con la fenilfluorona. Cuanto mayor sea el contenido de
germanio en solucin mayor ser la intensidad del color de la misma.
Primera y segunda dilucin, soluciones patrn, espectrofotmetro
Fotografas 3, 4, 5 y 6. Primera dilucin, segunda dilucin, patrones y espectrofotmetro
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6. Se mide la absorbancia de la soluciones patrn de germanio en el espectrofotmetro a
una longitud de onda de 510 nm, empezando con la solucin P0 y estableciendo el valor
de sta como el cero de medida. A continuacin se miden el resto de soluciones patrn y
de muestras.
7. Tras medir la absorbancia se construye un una recta de calibracin a partir de las
absorbancias y las concentraciones de germanio de las soluciones patrn. Con ayuda de
esta recta se ha calculado la concentracin de germanio en las soluciones diluidas. La
concentracin real de germanio presente en las muestras ser igual a la medida que se
obtiene en el espectrofotmetro multiplicado por el nmero de diluciones realizadas a
las muestras.
Todas las medidas se han realizado a temperatura ambiente y presin atmosfrica.
Tanto el ci
