Tecnología Química

ISSN: 0041-8420

revista.tec.quimica@fiq.uo.edu.cu

Universidad de Oriente

Cuba

Guerrero Haber, José R.; Falcón Hernández, José; Martínez Pérez, Roel

ESTUDIO PRELIMINAR DEL TRATAMIENTO DEL RESIDUAL LÍQUIDO (WL) DE LA

EMPRESA “COMANDANTE PEDRO SOTTO ALBA” MOA NICKEL S.A. MEDIANTE EL

PROCESO DE SEPARACIÓN POR MEMBRANAS

Tecnología Química, vol. XXVI, núm. 2, mayo-agosto, 2006, pp. 83-93

Universidad de Oriente

Santiago de Cuba, Cuba

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TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 2006 83

ESTUDIO PRELIMINAR DEL TRATAMIENTO DELRESIDUAL LÍQUIDO (WL) DE LA EMPRESA

“COMANDANTE PEDRO SOTTO ALBA” MOA NICKEL S.A.MEDIANTE EL PROCESO DE SEPARACIÓN

POR MEMBRANASJosé R. Guerrero Haber*, José Falcón Hernández*, Roel Martínez Pérez**

*Universidad de Oriente, **Empresa Recuperación de Materias Primas, Holguín

El trabajo presenta un estudio preliminar sobre el tratamiento del licor de desecho (WL) de latecnología ácida a presión de los minerales lateríticos.La neutralización del WL con las colas del proceso carbonato-amoniacal y posterior procesamien-to de la parte líquida con membranas, posibilita la recuperación de agua para el proceso industrialy de Ni y Co del rechazo que puede retornar a la etapa de precipitación de sulfuros de la plantaComandante Pedro Sotto Alba.Tomando como base los resultados en una instalación de ósmosis inversa de 100 m3/h paraprocesamiento de agua subterránea y métodos de selección y cálculos de membranas de labibliografía consultada, se determina el área de membranas necesitada para procesar el licorobtenido de la neutralización del WL.También se realiza una estimación de los costos para una planta industrial y del tiempo probablede recuperación de la inversión.Palabras clave: tratamiento de residuales, membrana, separación de iones.

In the work a preliminary study about waste liquor (WL) treatment of the lateritic ore high pressureacid leaching is presented.The WL neutralization using tails of the ammoniacal carbonate leaching process and later liquidseparation with membranes, makes possible to recuperate water for industrial process and returnreject containing Ni + Co to sulphur precipitation plant.Taking as basis a 100 m3/h osmosis inverse installation for water treatment, and consideringselection and calculus methods in the consulted bibliography, the required membranes area for theneutralized liquor treatment was determined.A valuation cost for an industrial membrane plant and probable investment recuperation time isalso determined.Key words: residuum treatment, membranes, ion separation.

_____________________

Introducción

La industria cubana del níquel tiene una impor-tancia decisiva en el desarrollo económico delPaís, de ahí la política trazada por el Estado yplasmada en la Resolución Económica del VCongreso del Partido, de mantener un sostenidoincremento productivo, hasta alcanzar nivelessuperiores a las cien mil toneladas anuales de esterublo exportable.

En la actualidad, Cuba dispone de tres plantasde níquel en operación, las Empresas “Coman-dante Ernesto Che Guevara” (ECECG) y “Co-

mandante René Ramos Latour” (ECRRL) enMoa y Nicaro respectivamente, mediante la tec-nología carbonato-amoniacal, y la empresa “Co-mandante Pedro Sotto Alba” en Moa (ECPSA)por la tecnología ácida (Compañía Cubano–Ca-nadiense “Moa Nickel S.A.”).

La empresa "Comandante Pedro Sotto Alba",única planta de lixiviación ácida en el mundo hastala década del 90 del siglo XX, posee una altaeficiencia de extracción y recuperación de níquely cobalto (90-92 %), lo que le ha permitido man-tener su nivel competitivo en el mercado interna-cional y realizar importantes contribuciones fi-nancieras al Estado.

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 200684

Actualmente se ha decidido ampliar la produc-ción de esta planta a una capacidad del orden de50 000 t de Ni + Co.

Diariamente, las plantas productoras de níquelgeneran grandes cantidades de residuales líqui-dos, desechos sólidos y residuos gaseosos (CO2,SO2, NH3, H2S, y COS), lo que trae consigo undesequilibrio en el medio ambiente debido a lacontaminación de las aguas, la deforestación deáreas mineras y pérdida de biodiversidad, entreotras afectaciones.

El licor de desecho (WL) de la Planta dePrecipitación de Sulfuros de la ECPSA, se en-

cuentra entre los efluentes líquidos que mayorimpacto ambiental ocasionan a los ríos Cabaña yMoa, así como a la bahía, debido a su alta acidezy a la presencia de metales disueltos (Al, Mn, Cr,Fe, Ni, Co, Zn); además de contaminar la atmós-fera con el sulfuro de hidrógeno que se evapora apartir del sitio de vertimiento al río Cabaña.

En la tabla 1 se muestra la concentración de losprincipales contaminantes que se vierten comoparte del licor WL, así como las toneladas anualesque los mismos representan, basadas en un flujodiario 20 000 m3 y 350 d.

Tabla 1Concentración aproximada del licor de desecho (WL) y flujo másico vertido

pH Al Cr Ni Co Fe Mg Mn

Inicial Conc.

Inicial (g/L) 1,200 4,300 0,620 0,036 0,009 0,720 1,940 1,720

Ton/año 30 100 4340 252 63 5 040 13 580 12 040

El vertimiento de este efluente al medio am-

biente y su impacto sobre el ecosistema de Moa,se inició en junio de 1959, cuando la firma norte-americana Moa Bay Mining Company comenzólas operaciones tecnológicas con un procedimien-to consistente simplemente en diluir el licor resi-dual con agua de mar antes de efectuar su descar-ga en la bahía de Moa.

El licor residual era transportado mediante unatubería de barro hasta una instalación situada enla proximidad de la costa en el poblado de Joselillo,lugar donde se mezclaba con agua de mar enproporción 7:1, para disminuir su temperatura ydiluir la concentración de las sustancias contami-nantes antes de verterlo. /11 ,4/

Debido a las frecuentes roturas que presentóla tubería instalada, las afectaciones a la produc-ción en la ECPSA y la carencia de una tecnologíapara neutralizar dicho residual, dejó de diluirsecon agua de mar y se comenzó a verter directa-mente al río Cabaña, a inicios de la década del 70del siglo pasado.

Desde los años 70 del pasado siglo se iniciaronlos trabajos investigativos con vistas a encontrar

la solución para evitar la contaminación producidapor este efluente /5/. En orden cronológico, pue-den citarse los trabajos concernientes al trata-miento y eliminación del efluente y que resultan:

• Recircular parte del licor residual a la plan-ta de lavado del mineral lixiviado.

• La neutralización del licor residual em-pleando carbonato o hidróxido de calcio, serpen-tina calcinada y otros.

• La neutralización del licor y obtención desulfato de calcio, hidróxido de aluminio, sulfato deamonio y otros compuestos de manera comercial./10/

• La deposición del licor neutralizado o sinneutralizar en aguas profundas marinas (emisariosubmarino).

• La neutralización del licor residual con lacola de la ECEGC para precipitar el aluminio y elcromo, y continuar la neutralización posterior concarbonato e hidróxido de calcio para la precipita-ción de otros componentes.

Las variantes de solución de este problemamencionadas anteriormente, no han sido puestas

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 2006 85

en práctica por diferentes motivos, entre los quesobresale que las mismas no se revierten enincremento de la extracción de níquel y cobalto, ypor el contrario incrementan los costos de produc-ción de estos metales.

En este trabajo se propone a partir de la previaneutralización del licor WL, la cual incrementó delpH de la solución, introducir los procesos deseparación por membranas; para la recuperaciónde agua (permeado), la cual puede servir comosustituta del agua fresca que se alimenta a laplanta, y del rechazo que puede recircularse alproceso para la recuperación de los iones Ni2+ yCo2+, con lo cual se puede incrementar la produc-ción básica, recuperar agua y minimizar los pro-blemas ocasionados por este efluente.

La variante con mejores opciones para reali-zar la neutralización del licor WL, la constituye sumezclado con las colas de la planta ComandanteErnesto Che Guevara, según propone en su inves-tigación Cueto /3/, por las siguientes razones:

- Se brinda tratamiento a residuales de lasplantas “Comandante Ernesto Guevara” y “Co-mandante Pedro Sotto Alba”.

- Se incrementa la extracción de Ni y de Coa partir de la extracción de los contenidos de estosmetales en las colas (sólidos) del proceso carbo-nato amoniacal.

- Se pueden alcanzar altos volúmenes deagua de recirculación para la industria.

- Se reducen las cantidades de metales di-sueltos y de agua contaminada que se vierten enlas cuencas o el mar.

- Se reducen los volúmenes de agenteneutralizante necesitados sus costos, se protegeal medio ambiente al reducirse su extracción y lacarga contaminante generados por los mismos.

La separación sólido–líquido de la pulpa resul-tante, puede realizarse por sedimentación para laobtención de un sedimento conformado por laspartículas hasta de varios micrones, mientras queel “líquido claro” o reboso puede ser tratado pormembranas.

La tecnología de membrana se ha convertidoen una parte importante de la tecnología de la

separación en los últimos decenios /2/. La fuerzaprincipal de la tecnología de membrana es elhecho de que trabaja sin la adición de productosquímicos, con un uso relativamente bajo de laenergía y conducciones de proceso fáciles y biendispuestas. A menudo, las membranas se utilizancada vez más para la creación de agua tratadaprocedente de aguas subterráneas, superficialeso residuales. Actualmente, las membranas soncompetitivas para las técnicas convencionales.El proceso de la separación por membrana sebasa en la util ización de membranassemipermeables.

El principio es bastante simple: la membranaactúa como un filtro muy específico que dejarápasar el agua, mientras que retiene los sólidossuspendidos y otras sustancias. Hay varios mé-todos para permitir que las sustancias atraviesenuna membrana. Ejemplos de estos métodos son laaplicación de alta presión, el mantenimiento de ungradiente de concentración en ambos lados de lamembrana y la introducción de un potencial eléc-trico.

La filtración de membrana se puede dividir enmicro y ultrafiltración por una parte, y ennanofiltración y ósmosis inversa (RO ohiperfiltración) por la otra. /8/

Cuando la filtración de membrana se utilizapara retirar partículas más grandes, se aplican lamicrofiltración y la ultrafiltración. Debido al ca-rácter abierto de las membranas su productividades alta, mientras que las diferencias de presiónson bajas.

Las ventajas de un proceso de separación conmembranas son:

• Tratamiento suave: Normalmente se traba-ja en condiciones suaves de temperaturas.

• Compacticidad: Los equipos suelen ser pe-queños.

• Bajo coste relativo de energía: Normal-mente el gasto energético principal es el de bom-beo de sustancias.

• Facilidad de montaje, desmontaje y opera-ción.

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 200686

En el caso que nos ocupa, los procesos demembranas antes mencionados pueden ser com-binados para separar partículas e iones de maneraconvenientes al tratamiento del líquido claro pro-cedente de la sedimentación; así, debido a lapresencia de partículas y/o geles de tamañossuperiores a los 10 ηm, puede emplearsemicroultrafiltración, y posteriormente utilizarósmosis inversa para la concentración de losiones disueltos y la obtención de agua con carac-terísticas adecuadas para su reutilización o verti-miento en la cuenca o el mar.

La variante de esquema de disposición demembrana por elegir tiene necesariamente quehacerse con posterioridad a un trabajo experi-mental, en el que se definan posibilidades dediferentes tipos, los fallos (fouling) por concen-tración, limpieza de la membrana y otras, en

particular, para el proceso de ósmosis inversa. Sinembargo, las experiencias con una instalación de100 m3/h de agua permeada, a partir de aguasubterránea (de pozos) en la CentralTermoeléctrica (CTE) “Antonio Maceo” y de losmétodos propuestos para la selección y cálculo demembranas /6/, sirven de base para estableceruna estimación preliminar de la instalación para eltratamiento del licor neutralizado en las condicio-nes experimentales determinadas por el trabajode Cueto /2/.

Elección y cálculo de la instalación deósmosis inversa

Cueto desarrolló un trabajo en el cual se neu-traliza el WL hasta un pH de 3,52; utilizando lascolas de la ECECG /3/, y con ello se logra lasiguiente composición en el licor de neutralizado:

Fig. 1 Separación con membranas en dependencia del diámetro de partículas.

1 nm 10 nm 1 µm 100 nm

moléculas Macro - moléculas

Microfiltración

Ultrafiltración

Nanofiltración

Osmosis Inversa

iónes

Tabla 2 Concentración del licor neutralizado y flujos másicos, luego del tratamiento

del licor de desecho (WL) propuesto por Cueto

(*Basado en un flujo de 20 000 m3/d de licor residual y 350 d de trabajo al año)(**Triplicando el flujo de desecho producto del aumento de la producción en tres veces para próximos años)

pH Al Cr Ni Co Fe Mg Mn

Conc.

(g/L) 3,520 1,210 0,620 0,240 0,090 3,550 3,730 2,060

ton/año* 8 470 4 340 1 680 630 24 850 26 110 14 420

Después

del

tratamiento

/Cueto/ ton/año** 25 410 13 020 5 040 1 890 74 550 78 330 43 260

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Los valores reportados en la tabla 2 fueronconsiderados como base para los cálculos delsistema de ósmosis inversa

Las instalaciones de ósmosis inversa se en-cuentran conformadas por aparatos que interior-

mente presentan secciones, constituidas por losconductos a través de los cuales de maneracontinua fluyen la solución y el producto permeadopor la membrana que los separa a ambos (verfigura 2).

Fig. 2 Módulos de arrollamiento en espiral.

La metodología para el cálculo de tales insta-laciones se realizó en el presente trabajo em-pleando el siguiente algoritmo /6, 9/:

1. Establecer la relación entre la concentra-

ción del retenido o rechazo y del alimentado K(grado de concentración) y con dicha relaciónbuscar el valor de VR (reducción de volumen)en la siguiente tabla:

Tabla 3Grado de concentración vs Reducción de volumen

2. Escoger diferentes membranas en corres-pondencia con las características del productoalimentado.

3. Precisar la selectividad observada para cadatipo de membrana en función del calor dehidratación de los iones separados F(∆H) o labrindada por su fabricante.

4. Calcular de la concentración de permeado

X2 por:

5. Calcular el flujo permeado Lp

por: ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

−ϕ

11· KLnLp

6. Calcular el % de pérdidas:

nn

p

XLXL

pérdidas··

% 2=

7. Selección de la membrana mas adecuadasegún la capacidad de flujo y las pérdidas.

8. Calcular el número de aparatos y las seccio-nes para lo cual resulta necesario realizar el:

K 1,5 – 2 3 - 4 5 – 7 8 – 12 13 - 20 > 20

VR 1,1 1,1 1,3 1,4 1,5 1,6

ϕ

ϕϕ

1

1

2

1

1·

−

−−

−

−=

K

KXX n

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• Cálculo de la presión osmótica para elalimentado y el retenido.

MTRCn ···=∆π

• Cálculo de la masa velocidad (J) para elalimentado y el retenido.

• Cálculo de la masa velocidad media (Jm)entre el alimentado y el retenido.

• Cálculo del área total F: M

N

JL

F =

• Cálculo del flujo de permeado de los apara-

tos Lpa: FaJL Mpa ·=

• Cálculo del número de aparatos n:aF

Fn =

• Cálculo del número de secciones

ni:a

RN

LpVL

n⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −

=11·

1 , para la primera sec-

ción y para las restantes 11−

= iR

i Vn

n , siendo

n = Σ ni

9. Comprobar si la membrana escogida es lacorrecta, comparando las selectividades verda-deras de la primera y la última sección con lasobservadas de la membrana escogida.

Para esta comprobación se hace necesariorealizar una serie de pasos, los que se expondrána continuación, tanto para la primera como para laúltima sección.

• Cálculo de W1 y Wf: 1·· NS

LW

CN

N

ρ=

• Determinación del Reynolds, Re:

γdeW ·Re=

• Cálculo del Prandalt, Pr :N

n

Dγ

=Pr

• Cálculo del Nusselt , Nu:

31

·Pr·Re·4,2 ⎟⎠⎞⎜

⎝⎛=

mldeNu

• Cálculo de los términos U y ß:

N

NN

NUNN

JU

deDN

ρβ == ;

·

• Cálculo de la selectividad:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

i

iuϕϕ

βϕϕ 1

log·3,2

1log

Se comparan las selectividades verdadera yobservada, y si éstas son aproximadamente igua-les, entonces el esquema y la membrana puedenser escogidos; si no hay que repetir el procedi-miento cambiando parámetros o el tipo de mem-brana.

Resultados de una planta de ósmosisinversa real

Siguiendo la metodología expuesta anterior-mente se determinaron los parámetros en el siste-ma de ósmosis inversa para datos reales de sepa-ración de los sólidos totales y sílice en la instalaciónque se mantiene en funcionamiento en ese lugar,en coordinación con la Facultad de IngenieríaQuímica de la Universidad de Oriente, paratomarlo como referencia. Los datos básicos de lainstalación resultan:

• Tipo de membrana utilizada: Dow Chemical

• Modelo: BW30LE-400 (8´ x 40´)

• Área: 37 m2.

• Tres líneas de proceso de ósmosis.

• 7 módulos por cada línea.

• 6 membranas por módulo.

• Área total: 4 662 m2.

• Flujo total: 120 m3/h

En la aplicación del método de cálculo para lossólidos totales y la sílice se obtuvieron los siguien-tes resultados:

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Tratamiento del licor de desecho WLaplicando ósmosis inversa

Para realizar un estudio de factibilidad en lautilización de un sistema similar para el tratamien-to del licor neutralizado de las plantas de níquel, setomó como base el cálculo del sistema de trata-miento de ósmosis inversa y los parámetros delsistema antes señalado.

A partir de los resultados obtenidos porCueto /2/, se observa que: el pH del licorresidual se incrementó de 1,2 a 3,52 comopromedio, la concentración de níquel de 0,036a 0,24 g/L, y la de cobalto de 0,009 a 0,090g/L. El aumento de la concentración de estosmetales en el licor parcialmente neutralizadodel pH indica una mayor probabilidad de en-

Tabla 4Resumen de los cálculos para los sólidos totales y la sílice

contrar módulos de membranas que sirvan paradicho tratamiento, ya que a pH más bajosvarios tipos de membrana presentarán dificul-tades para su utilización.

Las posibilidades de fallo de las membranaspor concentración no se encuentran determi-nadas , pero es de esperar que puedaincrementarse mucho la concentración. Por talrazón, se utilizarán los grados de concentra-ción K=2,2 y luego K=4 para observar cómovaría la concentración de níquel y cobalto en elretenido, y además, se utilizará la misma mem-brana con un grado de selectividad de 99,2 %,sobre la base de datos de fabricantes y medi-ciones prácticas en la CTE Antonio Maceo.

El esquema de separación para la membranase muestra en la figura 3.

Parámetros calculados Sólidos totales Sílice

1. Masa velocidad media entre el retenido y el

alimentado Jm. (m/h) 2,57x10-2

2,57x10-2♣

2. Flujo de permeado LP (m3/h)

Flujo de rechazo LR (m3/h)

LP= 65,8

LR= 54,2

LP= 81,26

LR= 38,74

3. Concentración en el permeado X2 (mg/L) 8,23♣♣ 0,4♣♣♣

4. % de pérdidas (%) 0,65 % 0,9%

5. Coeficiente de permeabilidad A.(m3 /m2·h)

- Masa velocidad J. (m3·MPa/m2·h)

A= 6,42x10-2

J=2,57x10-2

A= 4,3x10-3

J=2,57x10-2

6. Superficie de los aparatos Fa (m2) 2 560,31 3 161,86

7. Número de aparatos n. 2 2

♣ Calculado anteriormente para la sílice.♣ Este valor de concentración corrobora lo obtenido en el laboratorio.♣ Este valor es mayor que el obtenido en el laboratorio, lo que corrobora que puede atravesar fácilmente la membrana.

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 200690

En la tabla 5 se muestran los resultados de loscálculos obtenidos considerando la separación delos iones Ni y Co que se encuentran en forma desulfato para K = 2,2 y K = 4♣, calculado anterior-mente para la sílice.

Los parámetros desde el 5 hasta el 11 nofueron calculados para K=4 ya que su variaciónera muy pequeña.

De los datos de las tablas anteriores puedededucirse que se requiere incrementar en catorce

Fig. 3 Esquema de separación en membranas y sus indicadores.

Ln Xn Tn

X2

XR

veces respecto a la existente en la CTE AntonioMaceo el número de equipos, si se utilizan simila-res a ésos.

Aunque también pueden emplearse para aque-llos con mayor área o combinaciones de esque-mas para resolver el problema, lo cual debe serobjeto de estudio en próximos trabajos.

Para el presente trabajo se considerará elincremento de área de membrana como base parala comparación económica de ambas instalacio-nes.

♣ Calculado para los sólidos totales disueltos.♣♣ Este valor de concentración corrobora lo obtenido en el laboratorio.♣♣♣ Este valor es mayor que el obtenido en el laboratorio, lo que corrobora que puede atravesar fácilmente la membrana.

Tabla 5Concentración aproximada del licor de desecho (WL) y flujo másico

K=2,2 K=4

Parámetros Calculados Para el NiSO4

Para el CoSO4

Para el NiSO4

Para el CoSO4

Alimentado Ln Xn Tn

833,33 m3/h 320 mg/L

30 ºC

833,33 m3/h 120 mg/L

30 ºC

833,33 m3/h 320 mg/L

30 ºC

833,33 m3/h 120 mg/L

30 ºC

1. Concentración en el permeado X2 (mg/L) 3,7 1,39 4,72 1,77

2. Flujo de permeado LP (m3/h) Flujo de rechazo LR (m3/h)

LP= 456,94 LR= 376,39

LP= 456,94 LR= 376,39

LP= 627,31 LR= 206,02

LP= 627,31 LR= 206,02

3. Concentración en el rechazo XR (mg/L) 704 264 1280 480 4. % de pérdidas (%) 0,63 % 0,63 % 1,1 % 1,1 % 5. Presión osmótica (MPa) - Alimentado - Retenido - Media

1,04x10-2

2,29x10-2

1,66x10-2

1,04x10-2

2,29x10-2

1,66x10-2

1,04x10-2

2,29x10-2

1,66x10-2

1,04x10-2

2,29x10-2

1,66x10-2

6. Tomando coeficiente de permeabilidad A.(m3 /m2·h)♣ 6,42x10-2 6,42x10-2 6,42x10-2 6,42x10-2

7. Masa velocidad J. (m3·MPa/m2·h) - Alimentado - Retenido - Media

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

6,42x10-3

8. Área total F (m2) 129802,2 129802,2 129802,2 129802,2

9. Superficie de los aparatos Fa (m2) 71174,45 71174,45 71174,45 71174,45

10. Número de aparatos n. 1,82 ≈ 2 1,82 ≈ 2 1,82 ≈ 2 1,82 ≈ 2

11. Número de secciones ni. 0,16 ≈ 1 0,16 ≈ 1 0,16 ≈ 1 0,16 ≈ 1

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXVI, No. 2, 2006 91

Estimación del costo de la planta deosmosis inversa

Teniendo en cuenta que la planta de ósmosisinversa que se tomó como base para los cálculosse estimó en aproximadamente 2 MM de USD, através de un escalado de precios se puede estimarla planta para el tratamiento del licor neutralizadode las plantas de níquel, por la siguiente expre-

sión:

donde C1 y C2 son costos a las capacidades K1 yK2, respectivamente.

Tradicionalmente, se ha usado (sobre la basede datos estadísticos generales) un valor dea = 0,6; pero en la realidad se encuentran valoresdel mismo entre 0,16 y 1,0 ó mayores.

Como tenemos los valores de las áreas paraambas plantas, se puede estimar el costo, el cual

resulta: MMC 72,142·6624

2,8021296,0

1 =⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Considerando que la recuperación de Ni yCo contenido en el licor de desecho sea del 65%, eficiencia por debajo de la que trabaja laECPSA (92 %), y que el valor de la tonelada deNíquel sea de 5 000 USD y la de cobalto de 20000 USD, es posible determinar cuanto serecupera al año por la venta de ambos produc-tos y con ello si este proceso de osmosisinversa pudiera ser rentable.

Se determinó que la concentración de níquel ycobalto en el retenido era de 1,28 y 0,48 g/Lrespectivamente, con un flujo de 206,02 m3/h,haciendo el análisis económico se llegó a que:

Conc.

retenido Flujo de cada

sustancia Precio

c/U Ganancia

bruta Sustancia (g/L) (kg/h) (ton/año) ($/ton) (MM$/año)

NiSO4 1,28 171,41 1 439,83 5 000 7,20 CoSO4 0,48 64,28 539,94 20 000 10,80

Total 18,00

Conclusiones

Mediante el análisis de los diferentes aspectosse puede concluir lo siguiente:

1. En trabajos anteriores se hace referencia alaprovechamiento integral del licor de desechoWL, en los que se pueden obtener diversossubproductos; sin embargo, esto implica una ma-yor complejidad y un incremento en el costo delcapital de la instalación, debido al gran volumenpor procesar y la necesidad de aplicar variasetapas; además, puede ser no aplicable debido aque el interés fundamental de dicha empresa es laobtención de níquel y cobalto.

2. El esquema de tratamiento del licor dedesecho (WL) basado en la neutralización con lascolas de la planta Comandante Ernesto Guevara,resulta una variante más efectiva por el ahorro deagente neutralizante y la extracción de determi-

nadas cantidades de Ni y Co, que pueden serposteriormente recuperadas empleando métodosde separación adecuados.

3. La ósmosis inversa es una técnica altamen-te eficaz para tratamientos, concentración y/oseparación de sustancias de bajo peso molecularen solución, o tratamiento de desechos. Posee lahabilidad de concentrar sólidos disueltos o ensuspensión. Por ello, el licor de de desecho (WL)puede ser tratado por ósmosis inversa una vezneutralizado con la pulpa de desecho de la ECECG,ya que se tendría un licor con pH 3,6 – 3,8 con 0,24– 0,32 g/L de Ni y 0,09 – 0,12 g/L de Co; y otrosmetales, a temperatura ambiente aproximada-mente.

4. Mediante el tratamiento con ósmosis inver-sa del licor de desecho WL de la planta deprecipitación de sulfuros de la ECPSA, se obtie-ne, con grado de concentración K= 4, un flujo de

a

KK

CC

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

2

1

2

1

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permeado de 627,31 m3/h, que puede ser reutilizadoen dicha planta en sustitución de parte del agua deproceso con una concentración de 4,72 y 1,77 mg/L de Ni y Co, respectivamente, mientras que en elretenido se obtiene un flujo de 206,02 m3/h, conuna concentración de 1 280 y 472 mg/L de Ni yCo, respectivamente.

5. El estimado del costo de instalación delsistema de ósmosis inversa para la recuperacióndel níquel y el cobalto puede considerarse de14,72 MM USD, esta cantidad se puede recupe-rar en menos de un año por la venta de ambosmetales: 7,20 y 10,80 MM USD para el níquel y elcobalto respectivamente, para un total de 18,00MM de USD, trabajando con una eficiencia deextracción de un 65 %, lo que supera el costoestimado para la adquisición de dicha instalación.

Nomenclatura

K grado de concentración

Vr reducción de volumen

XN; X2 concentración en el alimentado y permeado (mg/L)

∆∆∆∆∆Hh calor de hidratación de los iones

LP; LN; LR flujo de permeado; alimentado y de rechazo (m3/h)

Jm masa velocidad media entre el retenido y el alimentado (m/h)

A coeficiente de permeabilidad.(m3/m2 • h)

J masa Velocidad (m3 • MPa/m2 • h)

F superficie de los aparatos según catálogo (m2)

Fa superficie de los aparatos calculado (m2)

n número de aparatos

ni número de secciones

∆π∆π∆π∆π∆π presión osmótica

∆∆∆∆∆P presión sobre la dilución

v velocidad de desplazamiento de la solu- ción en la dirección de la membrana

Re Nº de Reynolds

de diámetro equivalente de una canal de anillo (m)

lm longitud de un módulo (m)

D coeficiente de difusividad

Letras griegas

φφφφφ coeficiente de transferencia de masa dela sustancia disuelta desde la superficie de lamembrana hacia el flujo separado de la solución

ß viscosidad cinemática.

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