SEPARACIÓN POR INTERCAMBIO IÓNICORESINAS

MOISESÉxodo 15,23-25

Aristóteles Meteorología, Libro II, parte 3

Thompson y Way(1850) Poder intercambiante de los suelos

CONTENIDO: CONCEPTO DE INTERCAMBIO IÓNICO. LAS RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO. TIPOS DE RESINAS. PROCESO Y REGENERACIÓN DE LAS

RESINAS. FACTORES QUE AFECTAN LAS OPERACIONES

DE INTERCAMBIO. USOS COMUNES E INDUSTRIALES.

Intercambio iónico

pH del fluido, afinidad de

la resina, CC, T°, difusión

AdsorciónTransferencia

de la materia(F-S)

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Resina de intercambio iónico en ciclo sodio

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INTERCAMBIO. USOS COMUNES E INDUSTRIALES.

Antecedentes de las resinas de intercambio iónicoLos primeros estudios científicos de tal fenómeno datan de

1850, cuando dos químicos Ingleses: Thompson y Way, hicieron observaciones del fenómeno de intercambio, encontrando entre otras cosas lo siguiente: el fenómeno observado es una reacción de

intercambio químico entre iones. El intercambio de iones es equivalente. Algunos iones son más fácilmente intercambiables

que otros. El agente activo en el intercambio, es un silicato de

aluminio, presente en la tierra que se empleó en el experimento.

• en 1905, Gans, un químico alemán, descubrió que los aluminosilicatos de sodio, después de calentarse a altas temperaturas, es un agente de intercambio de alta eficiencia, pudiendo remover o intercambiar calcio y magnesio de aguas que contienen estos cationes, por iones sodio, resultando una solución con mayor contenido de sodio y mucho menor contenido de calcio y magnesio.

• La tendencia en años posteriores fue a la producción de medios de intercambio a partir de materiales sintéticos, derivados del petróleo, los cuales son baratos y abundantes.

• Adams y Holmes en Inglaterra, desarrollaron una resina sintética a partir de productos de condensación del fenol y formaldehído, los cuales tienen una gran eficiencia en la remoción de cationes y aniones, pero algunos compuestos que se desea remover como ácido silícico y ácido carbónico no son retenidos completamente por la resina.

• Finalmente en 1944 D´Alelio en Estados Unidos desarrolló una resina sintética a partir de la condensación del estireno y del divinilbenceno. Esta resina tratada con los grupos funcionales adecuados, es capaz de remover todos los cationes y los aniones disueltos en el agua, y a la fecha es el tipo de resina más ampliamente empleado.

En conclusión podemos resumir que: La principal ventaja de las resinas de intercambio iónico es que pueden recuperar su capacidad de intercambio original, mediante el tratamiento con una solución regenerante.Están compuestas de una alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz de un polímero sintético (resinas estirénicas, resinas acrílicas, etc.) y actúan tomando iones de las soluciones (generalmente agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros iones.

Detalle de las esferas de resina de intercambio iónico.

El tamaño real de las esferas es superior a 0.2 mm para que no puedan pasar a través de las

crepinas del desmineralizador, y generalmente inferior a 1 mm.

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INTERCAMBIO. USOS COMUNES E INDUSTRIALES.

Resinas catiónicas:

Resinas catiónicas de ácido fuerte: Intercambian iones positivos (cationes).

Funcionan a cualquier pH. Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua Elimina los cationes del agua y necesitan

una gran cantidad de regenerante Selectividad de las resinas catiónicas de

ácido fuerte por orden decreciente (de mayor a menor)

Resinas catiónicas:

Resinas catiónicas de ácidos débiles:

eliminan los cationes que están asociados con bicarbonatos.

Tienen menor capacidad de intercambio.

No son funcionales a pH bajos.

Es de Elevado hinchamiento y contracción lo que hace aumentar las pérdidas de carga o provocar roturas en las botellas cuando no cuentan con suficiente espacio en su interior.

Se trata de una resina muy eficiente, requiere menos ácido para su regeneración, aunque trabajan a flujos menores que las de ácido fuerte

Resinas aniónicas:

Resinas aniónicas de base fuertes:

Eliminan todos los iones negativos (aniones).

Su uso se ha generalizado para eliminar aniones débiles en bajas concentraciones

Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua

Elimina los aniones del agua y necesitan una gran cantidad de regenerante

Resinas aniónicas:

Resinas aniónicas de base débil:

Eliminan con gran eficiencia los aniones de los ácidos fuertes, tales como sulfatos, nitratos y cloruros.

Requieren menos sosa (NaOH)

No se puede utilizar a pH altos.

Pueden sufrir problemas de oxidación o ensuciamiento.

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Después de que la resina se encuentra saturada (Ca, Mg, etc.) es necesario regenerar esta. Para esto se efectúan las siguientes operaciones. RETROLAVADO: El retrolavado tiene la finalidad de redistribuir el lecho o cama de resina y evitar que esta se compacte, formando canalizaciones en el agua que fluye, y disminuyendo con esto la eficiencia y capacidad del filtro.

SALADO . La cantidad de sal empleada es de aproximadamente 5 Kg. de sal de grano por cada pie cúbico de resina en el filtro (aprox. 180 gr por litro de resina).

LAVADO: El lavado tiene como finalidad eliminar toda la solución de salado, que tiene una alta concentración de dureza (calcio y magnesio), para esto se hace fluir agua de alimentación (el agua que entra al filtro para tratamiento) de arriba hacia abajo, es decir, en la forma normal de operación del filtro, y el agua de lavado es desechada hacia el drenaje.

Regeneración de resinas catiónicas:

O en ciclo ácido, se emplea cualesquier ácido fuerte tal como: nítrico, fosfórico, clorhídrico, sulfúrico, etc. En la práctica los ácidos más empleados son el clorhídrico y el sulfúrico por su bajo costo y disponibilidad.

• Sal común (cloruro de sodio) para regenerar resinas catiónicas de ácidos fuertes.

• Ácido clorhídrico o ácido sulfúrico (depende del costo y de la eficiencia): para regenerar resinas catiónicas de ácidos fuertes y resinas catiónicas de ácidos débiles.

Regeneración de resinas aniónicas:

O en ciclo básico, se emplean como regeneradores carbonato de sodio o hidróxido de sodio. Es frecuente que se produzca agua desmineralizada o desionizada para usos industriales como: sistemas de enfriamiento, en calderas de alta presión, etc. Pero no es común que estos sistemas se empleen en tratamiento de aguas potables.

• Hidróxido de sodio o hidróxido de amonio: para regenerar resinas aniónicas de bases fuertes y resinas aniónicas de bases débiles.

Vida útil de las resinas de intercambio iónico• Las resinas catiónicas fuertes primero pierden su

capacidad de intercambio para captar cationes asociados a los ácidos fuertes y las resinas aniónicas fuertes disminuyen su capacidad de captar aniones débiles a baja concentración, tales como los carbonatos y silicatos.

• Los especialistas de este tema asignan una vida útil esperada de las resinas de intercambio iónico entre los 5 y los 10 años. Según la empresa RHOM AND HASS (fabricantes de resinas de intercambio ionico) las resinas aniónicas tienen una vida útil teórica de 70 a 300 m3 de agua tratada por litro de resina y las resinas catiónicas de 200 a 1500 m3 de agua tratada por litro de resina; en ambos casos dependerá de la calidad del agua a tratar.

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DE INTERCAMBIO. USOS COMUNES E INDUSTRIALES.

Factores que afectan las operaciones de intercambio iónico Regenerantes. Calidad del agua para tratar. Falta o purga defectuosa. Agentes oxidantes ( . Temperatura. Distribución del flujo. Ruptura. Envejecimiento de los grupos funcionales. Perdida de resina.

Considerar: Tipo de material. Grado de enlaces cruzados. Tamaño. Grupo funcionales. Facilidad de regeneración. Capacidad de intercambio. Estabilidad a contaminantes. Vida efectiva.

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DE INTERCAMBIO. USOS COMUNES E INDUSTRIALES

en las industrias de alimentos y bebidas, hidrometalurgia, acabado de metales, químico y petroquímico, farmacéutica, azúcar y edulcorantes, agua subterránea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energía, y otras muchas industrias.

también en el hogar como en los detergentes de lavado, o en los filtros de agua) para producir agua blanda

los procesos de intercambio de iones se utilizan para separar y purificar metales, incluyendo la separación de uranio, plutonio y otros actínidos

también para separar otros conjuntos de elementos químicos muy similares, tales como circonio y hafnio, que por cierto son también muy importantes para la industria nuclear

Las resinas de intercambio iónico en forma de finas membranas de intercambio de protones se utilizan en el proceso cloro-álcali

Los intercambiadores de iones se utilizan en el reprocesamiento del combustible nuclear y el tratamiento de los residuos radiactivos.

también se puede utilizar para eliminar la dureza del agua debida al calcio y el intercambio de iones magnesio por iones de hidrógeno y cloro en una columna de intercambio iónico.

Industria nuclear

Industria alimentaria Industria farmacéutica

Hidrometalurgia

Otras aplicaciones:

En ciencia del suelo

En la fabricación de guías de onda planas

Desalcalinización, o eliminación de los iones alcalinos de la superficie de un vidrio.

Gracias