Extracción de metales

1. CARBÓN ACTIVADO
Ciudad Universitaria, 2014

2. INTRODUCCIÓN
► El carbón activado es un material de carbón
poroso.
► Los carbones activados tienen un área superficial
excepcionalmente alta, poseen una capacidad de
adsorción elevada y se caracterizan por una
cantidad grande de microporos.
► El carbón activado se utiliza en la extracción de
metales, la purificación del agua, en medicina,
purificación de glicerina, en máscara antigás, en
filtros de purificación y en controladores de
emisiones de automóviles, entre muchos otros
usos.

3. HISTORIA
►Antes de lo que ahora conocemos como
carbón activado, ya se empleaba el carbón
vegetal como adsorbente.
►Los primeros usos tienen lugar en
aplicaciones médicas.
► 1500 a.C. se encontró un papiro en Tebas
(Grecia) donde se explica el uso del carbón
vegetal como adsorbente en prácticas
médicas.

4. HISTORIA
► En el año 400 a.C., Hipócrates recomienda filtrar
el agua con carbón vegetal para eliminar malos
olores y sabores y para prevenir enfermedades.
► En 1793, el Dr. D.M. Kehl utiliza el carbón vegetal
para mitigar los olores emanados por la gangrena.
► En 1794, en Inglaterra, se utilizó como agente
decolorizante en la industria del azúcar.
► En 1872 aparecen las primeras máscaras con
filtros de carbón activo.

5. HISTORIA
►R. Von Ostrejko, considerado el inventor del
carbón activo, en 1901 patentó dos
métodos diferentes para producir carbón
activo.
►La Primera Guerra Mundial, y el uso de
agentes químicos durante esta contienda,
trajeron como consecuencia la necesidad
urgente de desarrollar filtros de carbón
activado para máscaras de gas.

6. CARBÓN ACTIVADO
►Producto obtenido a partir del carbón
amorfo, el cual se ha sometido a un
tratamiento de activación con el fin de
incrementar su área superficial hasta en 300
veces debido a la formación de “poros”
internos, puede alcanzar áreas de 1200 –
1500 metros cuadrados por gramo de
carbón.
►Al incrementar su área se multiplica la
capacidad de adsorción del carbón.

7. CARBÓN ACTIVADO

8. PROCESOS DE OBTENCIÓN
1. Activación química (Deshidratación con
ácidos y bases)
► Este proceso requiere del uso de energía y
temperatura entre 400º y 800ºC.
► Los agentes activantes más usados
industrialmente son el cloruro de zinc
(ZnCl2), ácido fosfórico (H3PO4) y el
hidróxido de potasio (KOH).

9. PROCESOS DE OBTENCIÓN
► La activación con H3PO4 implica las siguientes etapas:
1. Molienda y clasificación del material de partida.
2. Mezcla del precursor con H3PO4 (reciclado y fresco).
3. Tratamiento térmico en atmósfera inerte entre 100º y
200ºC, seguido de un nuevo tratamiento térmico hasta
400º - 500ºC.
4. Lavado, secado y clasificación del carbón activado, y
reciclado del H3PO4. La proporción H3PO4; precursor
más empleada suele ser 1:5 (aunque proporciones
diferentes dan lugar a carbones con distintas
propiedades), el rendimiento en carbón activado suele
ser del 50%.

10. PROCESOS DE OBTENCIÓN
► En esta activación el KOH se mezcla con el
precursor, en una suspensión acuosa o mediante
una simple mezcla física, en proporciones KOH;
precursor entre 2:1 y 4:1.
► Cuando la impregnación tiene lugar en medio
acuoso, la activación se lleva a cabo en dos
tratamientos térmicos el primero a temperaturas
bajas, pero superiores a 200ºC y el segundo entre
700º y 900ºC.
► En el caso de una mezcla física no es necesario
llevar a cabo el primer tratamiento.

11. Diagrama de Activación Química

12. PROCESOS DE OBTENCIÓN
2. Activación física, de vapor o térmica (gasificación
parcial)
► Este proceso requiere también de uso de energía y
temperaturas elevadas.
2.1. Carbonización o pirólisis; se obtiene el carbonizado por
descomposición térmica de la materia prima. Este
constituye un producto de estructura porosa poco
desarrollada, que presenta propiedades absorbentes muy
limitadas.
2.2. Activación; el carbón es sometido a la acción de gases
activantes. Este proceso se efectúa a temperaturas que
varían desde 800º hasta 1000ºC y como resultado se
obtiene producto de estructura porosa muy desarrollada,
con un área superficial que puede llegar hasta los
2000m2/g, con elevadas propiedades de adsorción, que
constituyen la base de su amplia y variada aplicación
industrial.

13. Diagrama de la activación física

14. PROCESO GRÁFICO DE ACTIVACIÓN
Al momento de activar un carbón se forman poros
de distintos tamaños:
► Macroporos: su importancia radica en que actúan
como vías de acceso a los poros medios y
microporos.
► Mesoporos: poros medios, con radio de 20 – 500
Amstrongs, su tamaño les permite adsorber
moléculas de tamaño mediano que por lo general
están presentes en jarabes de azúcar.
► Microporos: poros con un radio de 20 Amstrongs o
menos, son útiles para adsorber moléculas muy
pequeñas

15. PROCESO GRÁFICO DE ACTIVACIÓN

16. PROPIEDADES
► Los poros le brindan una gran área superficial y,
por lo tanto, una alta capacidad adsorbente. El
área de la mayoría de los carbones activados
comerciales está entre 500 y 1500 m2/g.
► Actúa como adsorbente.
► El carbón activado tiene una gran variedad de
tamaños de poros que pueden clasificarse, en
poros de adsorción y poros de transporte.
► Dureza o resistencia a la abrasión

17. PROPIEDADES

18. Adsorción con carbón activado
►La absorción es un proceso donde un sólido
se utiliza para quitar una sustancia soluble
del agua.
►El carbón activado se produce
específicamente para alcanzar una
superficie interna grande que hace que el
carbón tenga una adsorción ideal.
►Dos variaciones: Carbón activado en polvo
(PAC) y carbón activado granular (GAC).

19. Descripción de la adsorción
Las moléculas a partir de la fase del gas o
del líquido serán unidas de una manera
física a una superficie, en este caso la
superficie es de carbón activo. El proceso de
la adsorción ocurre en tres pasos:
►Macro transporte
►Micro transporte
►Absorción

20. Adsorción con carbón activado
►La adsorción se basa en la concentración de
la sustancia en el agua, la temperatura y la
polaridad de la sustancia.
►Una sustancia polar no puede ser eliminada
por el carbón activo, una sustancia no polar
si puede.
►Cada clase de carbón tiene su propia
isoterma de adsorción y esta isoterma viene
definida por la función de Freundlich.

21. Función de Freundlich
► x/m = sustancia adsorbida por gramo de carbón
activo
► Ce = diferencia de concentración (entre antes y
después)
► Kf, n = constantes específicas
1
n
f e
x
=K C
m

22. ¿Cuál es la diferencia entre
absorción y absorción?
►Cuando una sustancia se adhiere a una
superficie se habla de adsorción, es este
caso, la sustancia se adhiere a la superficie
interna del carbón activo. Cuando la
sustancia es absorbida en un medio
diferente esto es llamado absorción. Cuando
un gas es atraído dentro de una solución se
habla de absorción.

23. Adsorción con carbón activado
►Se ve la adsorción isotérmica específica para
el carbón activo.

24. Adsorción con carbón activado
►Nos muestra el agotamiento durante el uso
de su columna.

25. Factores que influyen en la absorción
de compuestos presentes en el agua
► El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los
compuestos con elevado peso molecular y baja
solubilidad se absorben más fácilmente.
► La concentración del compuesto que desea ser
eliminado. Cuanto más alta sea la concentración,
más carbón se necesitará.
► Presencia de otros compuestos orgánicos que
competirán con otros compuestos por los lugares
de adsorción disponibles.
► El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos
ácidos se eliminan más fácilmente a pHs bajos.

26. Muy alta probabilidad

27. Alta probabilidad

28. Probabilidad moderada

29. No es probable

30. TIPOS DE CARBÓN ACTIVADO
► Carbón activado en polvo (CAP) y carbón activado
granular (CAG).
► Los CAP siendo los tamaños típicos entre 15 y 25
µm.
► Los CAG presentan un tamaño medio entre 1 y 5
mm.
Carbón activado troceado (o sin forma).
Carbón activado conformado (o con una forma
específica, cilindros, discos, etc.).
► Existen otras formas, como las fibras de carbón
activadas, las telas y los filtros de carbón activado,
las estructuras monolíticas, las membranas de
carbón, etc.

31. TIPOS DE CARBÓN ACTIVADO

32. APLICACIONES
► Madera de pino
Agua residual con colores intensos y/o con
cantidades sustanciales de grasas, aceites.
Potabilización de agua superficial con alto
contenido de materia orgánica natural
Se requiere un carbón activado
macroporoso. Debido a que es poco duro
se aplica en polvo.

33. APLICACIONES
► Carbón mineral lignítico
Agua residual cuyos contaminantes sean
muy diversos, como es el caso de las de
procedencia municipal.
Carbón activado de poros de diversos
tamaños. La dureza de este carbón es
relativamente baja.

34. APLICACIONES
► Carbón mineral bituminoso
Agua residual en la que predominen
contaminantes de peso molecular intermedio.
Potabilización de agua superficial o con un ligero
color producido por algas.
Carbón activado con poros el rango bajo de la
mesoporosidad. Es menos duro que el de coco,
pero más adecuado cuando hay un alta proporción
de contaminantes no volátiles

35. APLICACIONES
► Concha de coco
Potabilización de agua de pozo. Eliminación de
olor, sabor y compuestos volátiles en agua
superficial. Agua residual contaminada con
solventes volátiles o con otras moléculas de bajo
peso molecular. Decloración.
Carbón con más proporción de microporos, por
lo tanto es el más adecuado para retener
moléculas pequeñas. Es el carbón utilizado
cuando solamente se requiere declorar, ya que
es el más duro y resistente a la abrasión.

36. APLICACIONES

37. EN FASE LÍQUIDA
► Se utiliza el carbón activo en polvo y granular.
► Impurezas que causan color, olor y sabor en el
agua potable, líquidos de procesos alimenticios,
líquidos de procesos químicos
► Color, compuestos orgánicos tóxicos y metales
ligados a moléculas orgánicas en aguas residuales
de origen municipal o industrial.
► Contaminantes que interfieren en la cristalización
o en el rendimiento de la formación de cristales.
► Compuestos que causan espuma, o procesos que
la causen como aireación agitación...Impurezas
que causan turbidez (ejemplo ginebra, ron y otros
destilados).

38. EN FASE LÍQUIDA
► Productos de alta pureza
► Cloro, cloraminas u ozono del agua, se eliminan
por reacción química en la superficie del carbón
activado.
► La concentración de un material valioso contenido
en una solución diluida, por medio de adsorción, y
con la posterior recuperación de dicho material
(ejemplo: recuperación de oro y plata).
► Como catalizador. El carbón activado aporta su
gran área superficial y su resistencia a la
temperatura y a la presión.

39. Uso del carbón activado

40. EN FASE GAS
► Se utiliza el carbón activo granular o peletizado.
► Olores
► Compuestos orgánicos tóxicos en aire.
► Vapores de ácidos, álcalis u otros compuestos no
adsorbibles en carbón activado.
► Contaminantes orgánicos en gases que se producen
industrialmente y que requieren purificarse (ejemplo:
dióxido de carbono, hidrógeno, oxígeno...).
► Etileno generado por fruta y otros vegetales.
► Gases radioactivos (ejemplo: isótopos radioactivos de
kriptón, xenón y yodo).
► Vapores en los tanques que almacenan productos
orgánicos volátiles.
► Compuestos orgánicos en aire o en gases de escape.

41. USO MÉDICO
Es utilizado como agente adsorbente para
tratar envenenamientos y sobredosis por
ingestión oral. La dosificación típica para un
adulto es de 30-50 g. Las dosis pediátricas
son 12-25 g. El uso incorrecto de este
producto puede producir broncoaspiración.
Para el uso fuera del hospital, se presenta
en comprimidos de 1 g, o en tubos o
botellas plásticas, comúnmente de 12,5 ó
25 g, premezclados con agua. Tiene
nombres comerciales como InstaChar,
SuperChar, Actidose y Liqui-Socarra.

42. FILTROS PARA AIRE Y GAS
COMPRIMIDO
Se utilizan generalmente en la purificación
de aire y de gases para quitar vapores de
aceite, olores y otros hidrocarburos del aire
y de gases comprimidos. Los diseños más
comunes utilizan filtros de una o de dos
etapas, donde el carbón activado se
introduce como medio filtrante.

43. APLICACIONES
► Remoción de
impurezas que causan
color, olor y sabor en
agua potable

44. APLICACIONES
► Tratamiento de aguas
residuales

45. APLICACIONES
► Tratamiento de agua
en procesos
Industriales

46. APLICACIONES
► Tratamiento de
emisiones atmosféricas

47. APLICACIONES
► Purificación de aire y
gases

48. APLICACIONES
► Decoloración de vinos,
zumos y vinagres

49. APLICACIONES
► Decoloración de azúcar
y caramelo

50. APLICACIONES
► Mascarillas de gas

51. APLICACIONES
► Eliminación de olores
en plantillas de zapato

52. COSTOS
► Precio de embarque de carbones activados
según su tipo en USD/t

53. COSTOS
Precio de embarque de carbones activados
según su tipo en USD/t

54. COSTOS
► Precio de embarque de carbones activados según
su empleo en USD/t

55. COSTOS
► Equipos de Purificación AQUA
PURIFICACION SYSTEMS

56. CONCLUSIONES
►El desarrollo de carbones activos para
diferentes aplicaciones es un tema de vital
importancia a nivel mundial y, por tanto, de
interés primordial para el Medio Ambiente;
también lo es la investigación de las
particularidades de los fenómenos
físicoquímico que rigen los mecanismos,
tanto de obtención como de la aplicación de
los mismos.