Descripción
El intercambio iónico es una operación de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido. En el proceso de intercambio iónico ocurre una reacción química en la que los iones móviles hidratados de un sólido son intercambiados por iones de igual carga de un fluido. Este proceso consiste en pasar el fluido sobre un intercambiador catiónico y/o aniónico sólido, reemplazando los cationes y/o aniones por el ion hidrógeno (H+) y/o el ion hidroxilo (OH-) respectivamente.
La eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad de la resina por un ion en particular, el pH del fluido, la concentración de iones, la temperatura y la difusión; éste último factor está en función de la dimensión del ion, carga electrostática, temperatura, estructura y tamaño del poro de la resina.
Aplicaciones del intercambio iónico
a)Ablandamiento del agua
Para el ablandamiento de agua se emplea una resina intercambiadora de cationes fuertemente ácida en forma sódica. Los iones que constituyen la dureza de agua, principalmente el calcio y el magnesio, se intercambian con el sodio de la resina.
b) Descarbonatación del agua
Este proceso emplea una resina intercambiadora de cationes débilmente ácida (WAC), que es capaz de eliminar dureza del agua cuando esta presenta alcalinidad (es decir bicarbonatos). El agua tratada tiene gas carbónico libre que se puede eliminar en una torre de desgasificación. La resina se regenera muy fácilmente con un ácido fuerte, preferentemente ácido clorhídrico.
c) Desmineralización del agua
La desmineralización se refiere a cualquier proceso de intercambio iónico que remueve del agua iones catiónicos y aniónicos disueltos en la misma.
Debido a que existen cationes y aniones en el agua bruta (en concentración globalmente igual), se deben usar dos tipos de resina: un intercambiador de cationes y un intercambiador de aniones. Esta combinación produce agua pura.
La desmineralización también se puede llamar desionización. La resina catiónica se usa se usa en forma hidrógeno (H+), y la aniónica en forma hidróxido (OH–), de manera que se regenera la catiónica con un ácido y la aniónica con un álcali.
El dióxido de carbono se elimina con una torre desgasificadora cuando el agua contiene una concentración apreciable de bicarbonato.
d) El proceso Quentin
Este proceso se utiliza para disminuir el contenido de azúcar en la melaza, al sustituir el potasio y el sodio, por el magnesio. El jugo de azúcar pasa por una columna de resina fuertemente ácida en forma magnésica. De tal manera, que la producción de azúcar blanca aumenta, mientras la cantidad de melaza disminuye.
e)Recuperación de azúcar en melazas
Este proceso está basado en el principio de exclusión iónica, una especie de cromatografía, pero con resinas de intercambio iónico que tienen una granulometría muy fina y uniforme. Así se pueden separar el azúcar y las impurezas, aumentando la cantidad de azúcar producido.
f)Desmineralización en el suero de leche
El suero de leche es un líquido obtenido en el proceso de fabricación del queso. Contiene proteínas y varios usos en la industria alimenticia. Se desmineraliza para aumentar su pureza. El principio es el mismo que la desmineralización de agua o de jugos de azúcar.
Para esta operación industrial se recomienda emplear las siguientes resinas: Amberlite FPC14 (fuertemente ácida) y Amberlite FPA51 (débilmente básica).
g)Industria de las bebidas
Aquí deberemos considerar a un amplio campo de trabajo, existen varias líneas que atender entre las que podemos citar están las siguientes:
- Tratamiento del agua para producir cerveza o refrescos.
- Eliminación de acidez con Amberlite FPA51 (resina débilmente básica).
- Eliminación de metales
- Eliminación de olores o gustos indeseables.
- Eliminación de color y de turbidez con resinas adsorbentes no iónicas.
h)Recuperación y eliminación de metales
En talleres de galvanoplastia se pueden eliminar o recuperar metales en solución:
- Recuperación de oro en talleres de electro plastia de oro para joyería en forma de complejos de cianuro con Amberlite IRA402.
- Reciclado de las aguas de lavado en galvanoplastia con Amberlite 252 (para eliminar cationes), IRA96 (para cromatos) e IRA410 (para cloruros).
- Eliminación de cobre y hierro en talleres de cromado con Amberlyst 15Wet.
- Recuperación de ácido crómico en talleres de cromado con Amberlite IR120 y Amberlite IRA96.
- Eliminación de hierro en baños de galvanizado con Amberlite IRC748.
i) Industria minera
La aplicación más significativa, utilizando millares de metros cúbicos de resina, es la extracción de uranio. El mineral molido de uranio se trata con ácido sulfúrico, que solubiliza el metal en forma de sulfato de uranilo. Esta solución pasa después en lechos de resina intercambiadora de aniones fuertemente básica que tienen una afinidad excelente para el complejo de uranio y de sulfato, esto se logra empleando resinas como: Amberjet 4400 y Ambersep 920U
BIBLIOGRAFIA
- Reyna Ávila Berenice, Tesis “El intercambio iónico, su descripción y comportamiento químico”, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de México, 2014.