Skid piloto de neutralización con cal en dos etapas

El drenaje ácido de roca y buena parte de los efluentes de proceso arrastran dos grupos de metales que no precipitan al mismo pH. El hierro y el aluminio hidrolizan entre pH 4 y 5; el manganeso, el zinc, el cobre, el níquel y el cadmio necesitan pH 8 a 9,5. Un circuito de una sola etapa forzado al punto de consigna alto redisuelve parte de los metales anfóteros, y uno mantenido en el bajo deja pasar el manganeso sin tocarlo. El skid de dos etapas existe para separar esas dos funciones en dos reactores con su propio control de pH, su propia adición de floculante y su propia extracción de lodos.

Por qué las etapas están separadas

La primera etapa tiene un segundo trabajo además de quitar hierro: fabrica yeso. El sulfato del drenaje ácido va de unos cientos de mg/L a varios gramos por litro y, a pH 4–5 en presencia de cal, precipita como CaSO₄·2H₂O. El yeso es la mayor parte del volumen de lodo y también la razón por la que las plantas de una sola etapa obstruyen las líneas de lechada de cal y recubren las sondas de pH. Sacarlo temprano mantiene el reactor de la segunda etapa libre del sarro que se forma cuando esa misma pulpa se lleva a pH 9.

El estado de oxidación del hierro importa tanto como el pH. El hierro ferroso no precipita limpiamente hasta oxidarse a férrico, de ahí que la primera etapa se airee o se dosifique oxidante antes de ajustar el pH. Una primera etapa que llega a pH 4,5 con la mitad del hierro todavía ferroso lo pasa a la segunda, donde consume cal, se va al lodo equivocado y mueve la cifra de hierro del efluente durante el resto de la campaña.

Qué compran realmente los dos puntos de consigna

El trabajo publicado sobre neutralización en dos pasos separa las cifras con claridad: llevar el drenaje a pH 5 con cal elimina solo alrededor del 14 % del hierro total, el 6 % del manganeso y el 14 % del zinc, porque el pH se está usando para el yeso y para la hidrólisis parcial del hierro, no para afinar metales. El segundo paso, llevado a pH 10,2 con hidróxido de sodio y un caudal de aire de 50 mL/min durante 20 minutos, supera el 99,7 % en los tres, con residuales de hierro total, manganeso y zinc del orden de 80, 810 y 30 µg/L. Con cal sola como segundo reactivo el mismo circuito suele quedarse en pH 8,5–9 y llega a unidades bajas de mg/L en lugar de µg/L, lo que normalmente basta para un permiso de vertido y es contra lo que se debe especificar un skid solo de cal.

En la práctica el skid piloto trabaja la etapa 1 a pH 4,0–5,0 y la etapa 2 a pH 8,0–9,0, con el segundo punto elegido por el metal más difícil de quitar. El manganeso suele ser la restricción: necesita el techo de ese rango más oxidación, y es la razón por la que muchas plantas acaban añadiendo un pequeño ajuste con hidróxido de sodio o hipoclorito en lugar de más cal.

Por qué un skid piloto y no un ensayo de jarra

Los ensayos de jarra dan los puntos de consigna. No dan los tres números con los que se dimensionan un espesador y un filtro prensa: la velocidad de sedimentación del flóculo, la densidad de descarga a la que el lodo todavía se bombea y la resistencia específica a la filtración de la torta. Esos tres salen de una corrida continua con pulpa real, preparación real de floculante y una descarga real. Un skid piloto que retiene 30–60 minutos de volumen de reacción por etapa a caudal nominal, dosifica floculante a 5–30 g/t y devuelve una descarga espesada de 2–5 % w/w de sólidos produce exactamente esos números, y lo hace con la misma alimentación que verá la planta completa.

Lo otro que resuelve el piloto es el consumo de reactivo en kg por m³, que es la cifra que decide si el costo operativo cierra. La demanda de cal la dominan el ácido libre y el sulfato que sale como yeso, no los metales, así que un piloto con totalizador en la línea de lechada de cal vale más que cualquier estequiometría hecha en papel.

Qué enviar para una cotización

• Caudal y análisis completo del agua, incluidos sulfato, hierro (ferroso y total), manganeso, zinc, cobre, níquel, arsénico y acidez.
• Permiso de vertido o los valores objetivo del efluente, y si el manganeso tiene que cumplirlos.
• Si en el sitio hay cal viva, cal hidratada, hidróxido de sodio o una combinación, y a qué costo puesto en planta.
• Manejo de lodos aguas abajo: espesador, filtro prensa o lechos de secado, y la sequedad de torta que hay que alcanzar.
• Condiciones ambientales y si el skid va bajo techo o en contenedor.