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Slice en Sistemas de Intercambio Inico

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INDICE

Presencia de slice en la naturaleza Cmo se presenta en el agua? Balance Inico del Agua Solubilidad en el Agua Medicin de Slice Problemas que causa Remocin del agua Fuga durante el servicio

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PRESENCIA DE SLICE EN LA NATURALEZA

Ampliamente distribuida (3/4 partes de la litosfera), comoSilicatos, SiO3=, SiO4= o como cuarzo, SiO2

Se disuelve en aguaformando cidos muydbiles cido silcico(H2SiO4) y poco disociados

Trazas en la hidrosfera, muypoco soluble en agua.

COMPOSICION DE LA LITOSFERAELEMENTO %

Oxgeno, O 46.40Silicio, Si 27.80Aluminio, Al 8.10

Hierro, Fe 5.10Calcio, Ca 3.60Sodio, Na 2.90Potasio, K 2.60Magnesio, Mg 2.10

Titanio, Ti 0.63Fsforo, P 0.13Hidrgeno, H 0.13

Manganeso, Mn 0.10Floururo, F 0.08Cloro, Cl 0.06

Sulfuro, S 0.05

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CMO SE PRESENTA EN EL AGUA?

ESTADO IONICO (Slice reactiva)Acidos Metaslico (H4SiO4) y Ortoslico (H2SiO3) como monmeros.

POLIMEROS DE LOS ACIDOS ANTERIORESMiscelas coloidales. Fcilmente hidrolizables a estado inico (Slice coloidal)

ABSORBIDA EN MATERIALES SOLIDOSCoprecipitada con Oxidos de Hierro, Aluminio o materia orgnica. (Slice no-reactiva)

FRAGMENTOS DE ARCILLAS Y ROCASMateriales estables con tamaos de partculas desde arenas muy finas a partculas coloidales(Slice no-reactiva).

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BALANCE INICO DEL AGUA

Los cidos silcicos estn muydbilmente ionizados a los pHsnormales del agua

Se incluyen en el conteo de losaniones para el clculo decapacidad de intercambio

Pero se excluye del balance inicopara cumplir la Ley de LaElectroneutralidad

Anlisis tpico de agua cruda

Ca+2 Mg+2

Na+

HCO3

Cl-

NO3

SO4=

SiO2

Org.K+

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SOLUBILIDAD EN EL AGUA

Su solubilidad depende de los siguientes factores:TemperaturapHNaturaleza de la fase slidaPresin

Equilibrio entre la fase slida y la soluble es inestable. Los cidos solubles polimerizan

SiHO O Si

O

O

Si

Si

OH

OH

OH

OH

OH

HO O

O

Si

OH

OH

HO

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SOLUBILIDAD EN EL AGUA

Efecto del pH (25C) Efecto de la temperatura ( pH 7)

Amorphous silica, 25C

0

200

400

600

800

1000

2 4 6 8 10 12pH

SiO

2 m

g/L

Amorphous silica, pH 7

0

200

400

600

800

0 50 100 150Temperature C

SiO

2 m

g/L

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SOLUBILIDAD EN EL AGUA

El comportamiento y la solubilidad es influenciada por la presencia de otros elementos como: Hierro, Aluminio, Managaneso y materia orgnica.Ej: en presencia de Fe la solubilidad disminuye 50%

La incorporacin de CO2 y cidos orgnicos(Actividad microbiana) produce la degradacincida de los minerales de Fe, Al y los silicatos.La interaccin de todos ellos producencoloides que son estabilizados o peptizadospor el Acido Hmico.

Esto ocurre universalmente, sin embargo la naturaleza de estos coloides depender de factores como la geografa y las estaciones.

Fe2O3 xH2O

Al2O3 xH2O

SiO2 xH2O

Materia orgnica

Slice no-reactiva

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MEDICIN DE SLICE

SILICE REACTIVA Mtodo colorimtrico Formacin de complejo reducido de color azul de Silico-molibdato lo

cual no detecta formas polimerizadas del elemento sino solo Slice soluble

Limitado a concentraciones de 100 ppmSILICE NO REACTIVA

Se mide indirectamente Se trata la muestra con HF para solubilizar toda la Slice y se

determina el contenido total Luego se substrae de esta medicin la Slice reactiva

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PROBLEMAS QUE CAUSA

Cuando se concentra y precipita produce depsitos en calderas.

Se deposita en superficies de intercambio de calor en sistemas de enfriamiento

Interfiere con la estabilidad de componentesde productos farmacuticos y alimenticios

A altas temperaturas y presiones se volatilizacon el vapor y se deposita en labes de turbinas

Obstruye membranas de smosis inversa y sistemas de electrodilisis con grandesprdidas de energa y eficiencia

Los depsitos son de naturaleza vtrea muydifcil de remover

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PROBLEMAS QUE CAUSA

Tolerancias de Slice en aguas de alimentacin para calderas de tipo tambor

(Menos de 0.02 ppm SiO2 en el vapor y menos de 5% en la purga) Presin de la caldera (Psig) Mxima [SiO2] ppm

600 1.7-2.5800 0.8-1.01000 0.3-0.41500 0.1-0.152000 0.04-0.062500 0.02-0.043000 0.05-0.01

Sheet: Hoja1

Sheet: Hoja2

Sheet: Hoja3

Sheet: Hoja4

Sheet: Hoja5

Sheet: Hoja6

Sheet: Hoja7

Sheet: Hoja8

Sheet: Hoja9

Sheet: Hoja10

Sheet: Hoja11

Sheet: Hoja12

Sheet: Hoja13

Sheet: Hoja14

Sheet: Hoja15

Sheet: Hoja16

Tolerancias de Slice en aguas de alimentacin

para calderas de tipo tambor

Presin de la caldera (Psig)

600.0

1.7-2.5

800.0

0.8-1.0

1000.0

0.3-0.4

1500.0

0.1-0.15

2000.0

0.04-0.06

2500.0

0.02-0.04

3000.0

0.05-0.01

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REMOCIN DEL AGUA

Mtodos ms comnmente usados: Precipitacin qumica Destilacin Osmosis inversa Ultrafiltracin Intercambio inico

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REMOCIN DEL AGUAPRECIPITACION QUIMICA Adicin de sales de Hierro y Magnesio (Sulfatos o Cloruros) y

alcalinizantes para formar hidrxidos que adsorben selectivamente la Slice y la precipitan.

Empleo de dolomita o magnesita calcinada con cal producen hidrxidos que coprecipitan la Slice

Ca(HCO3)2 + CaO 2CaCO3 + H2O

Mg(HCO3)2 + CaO 2CaCO3 + H2O + Mg(OH)2 Si hay presencia de sales de Hierro, sucede lo siguiente:

Fe(SO4)3 + 2CaO + 3H2O 2Fe(OH)3 + 3CaSO4

El mecanismo de coprecipitacion no es muy bien conocido pero se supone la formacin de sales insolubles de MgSiO3 y Fe(SiO3)3adems de intercambio inico en superficie de los geles de los hidrxidosLa precipitacin con cal no solo disminuye Slice y dureza temporal, tambin clarifica el agua y reduce el Acido Hmico

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REMOCIN DEL AGUADESTILACION

Proceso muy eficiente pero de muy alto costo por el gasto de energa Empleada cuando la nica fuente de agua es agua de mar

OSMOSIS INVERSA Rechaza 70-80% de la Slice. Muy eficiente removiendo Slice no-reactiva, sin embargo la

membranas tienden a incrustarse y obstruirse.

ULTRAFILTRACION Muy eficiente removiendo Slice no-reactiva. Opera a menores presiones que la Osmosis Inversa y se puede limpiar

con lavados que evitan incrustacin y obtruccin de cartuchos

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REMOCIN DEL AGUA

INTERCAMBIO IONICO (Slice reactiva y coloidal) Incluye dos etapas:

Paso por resina catinica donde se convierte a HSiO3 Remocin de Silicatos por una resina aninica fuerte e intercambio por

in Hidroxilo Selectividad de la resina aninica:

SO4= > Cl- > HCO3- > SiO2 > OH-

Conforme la resina se va agotando va bajando su pH La Slice empieza a polimerizar y a acumularse en la estructura gel de la

resina aninica La Slice coloidal en contacto con la superficie de la resina se

depolimeriza y es absorbida en forma normal El proceso de regeneracin con NaOH es un proceso de disolucin ms

realmente que de intercambio inico Se debe evitar el envejecimiento y desarrollo de estos polmeros dentro

de las perlas de resina

SO2

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REMOCIN DEL AGUA

PREVENCION DE POLIMERIZACION EN LA RESINA Mantener concentracin de Slice abajo del 50% del total

de aniones a la entrada de la resina aninica fuerte Los ciclos no deben ser mayores a una semana Regenerar en caliente (Aprox. 50 C) excepto con resinas

acrlicas o fuertes Tipo II Para sistemas regenerados co-corriente, preferible flujos

bajos de regeneracin (0.25 gpm/p3 res. y altasconcentraciones de Soda Custica (4% o +)

En sistemas contra-corriente usar concentraciones bajas(2%) o gradual (2%, luego 4%) para evitar precipitacionesdurante la regeneracin

Cuando se regeneran resinas dbiles con el exceso de Soda de la fuerte, desechar el primer tercio de regenerante antes de pasarlo por la dbil, para evitar precipitaciones

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FUGA DURANTE EL SERVICIO

LA FUGA DEPENDE DE LOS SIGUIENTES FACTORES:

Relacin entre la concentracin de Slice y el total de aniones

Nivel de regeneracin (lb NaOH/ft3 resina) Temperatura del regenerante Flujo del regenerante Flujo de servicio Temperatura del agua a tratar Fuga de Sodio de la unidad catinica Modo de regeneracion (Co o contra-corriente)

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FUGA DURANTE EL SERVICIO

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0.15

0.10

0.05

Fuga de Slice 10 lbs NaOH/p3

[Slice]/[Total aniones]

0.20

24 C

35 C49 CFu

gade

Sli

cepp

m C

acO

3

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0.3

0.2

0.1

Fuga de Slice 6 lbs NaOH/p3

[Slice]/[Total aniones]

24 C35 C

49 C

Fuga

de S

lice

ppm

CaC

O3

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FUGA DURANTE EL SERVICIO

La fuga de Sodio del catin genera NaOH en el anin el cual disuelve la Slice residualprovocando la fuga durante el servicio

Recomendaciones: Aumentar nivel de NaOHCalentar regenerante a 50 C (No con acrlicas o Tipo II)Bajar flujo de regeneracin (0.25 gpm/p3 resina)

Efecto de la fuga de Sodio en la fuga de Slice

Fuga

Slic

ede

l ani

n(p

pm C

aCo 3

)

0.8

0.6

0.4

0.2

0.04

0.03

0.03

0.02

Fuga

Slic

ede

l ani

n(p

pm C

aCo 3

)

11

10

9

8

75 10 15Fuga Sodio del catin (ppm CaCo3) Fuga Sodio del catin (ppm CaCo3)

1 2 3 4 5

9

8

pH salida

anin

pH salida

anin

pH

FugaSlice

pH

FugaSlice

*

*

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FUGA DURANTE EL SERVICIO

SO4=

OH-OH- OH-

RegeneracinCo-corriente

RegeneracinContra-corriente

Agotamiento

Servicio NaOH

NaOH

Cl-SiO2

Mayor fuga Menor fuga

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FUGA DURANTE EL SERVICIO

Fuga de Slice segn tipo de regeneracinFu

ga d

e S

lice

(ppb

)

20

40

80

60

100

120

140

160

180

200

2 4 86 10 1412

Contra-corriente

Co-corriente

Dosis de NaOH lbs/p3 resina

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Slice en Sistemas de Intercambio InicoNmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22