Precipitación de sulfuros metálicos de cadmio y zinc para el tratamiento de un efluente sintético de la industria minera

Abstract

Sulfide precipitation has gained special interest in heavy metal removal due to its low solubility, fast reaction rates, high efficiencies, and good precipitate properties for reuse. Therefore, in this work, the chemical precipitation of heavy metals such as cadmium and zinc as sulfides was carried out, evaluating the influence of pH, time, and M2 + / S2- molar ratio on the obtention of the optimal reaction conditions, and their influence on the generated solid. These parameters were evaluated in synthetic solutions for both: every metal ion and mixed, using Na2S as a precipitating agent. The results showed good precipitation yields at values of pH 4 and 6, the latter taken as optimal. At higher pH (pH 8) the hydroxide formation occurred; therefore, this pH is not recommended for sulfide precipitation. The reaction exhibited rapid kinetics, requiring an optimal residence time of 30 minutes and M2+ / S2- molar ratio of 1. In the competition of ions, cadmium shown to have preference in the formation of sulfide over zinc, this is because both, the solubility product and the ionic radius of cadmium are higher. The precipitates were characterized by X-ray diffraction (XRD) showing that they correspond to ZnS (sphalerite and matraite), CdS (greenockite and hawleyite) and a compound combined among the three elements (Zn0.2Cd0.8S) in the synthetic effluent, without obtaining any type of hydroxide. From scanning electron microscopy (SEM) it was observed that the precipitates were irregular in shape with a size of less than 10 ?m and the distribution of the elements was homogeneous in the precipitated solids.

La precipitación en forma de sulfuros ha ganado especial interés para la eliminación de metales pesados debido a que los sulfuros presentan baja solubilidad, velocidades de reacción rápidas, altas eficiencias y buenas propiedades en los precipitados para su reutilización. Por ello, en este trabajo se realizó la precipitación química de metales pesados como cadmio y zinc en forma de sulfuros, evaluando la influencia del pH, tiempo y la relación molar M2+/S2- para obtener las condiciones óptimas de reacción y la influencia de éstos en el sólido generado. Dichos parámetros fueron evaluados en soluciones sintéticas para cada ion metálico y en soluciones binarias donde ambos iones estaban presentes (efluente sintético) usando Na2S como agente precipitante. Los resultados mostraron buenos rendimientos de precipitación en pH 4 y 6, tomando este último como el óptimo. A pH superiores (pH 8) se presenta la formación de hidróxidos, por lo tanto, no son pH viables para la precipitación de sulfuros. La reacción exhibió cinéticas rápidas en tiempos cortos, requiriendo un tiempo de permanencia óptimo de 30 minutos en una relación molar M2+/S2- de 1. En la competencia de iones, el cadmio mostró tener preferencia en la formación del sulfuro sobre el zinc, esto es debido a que el valor del producto de solubilidad y el radio iónico del cadmio son mayores. Los sólidos obtenidos fueron caracterizados por difracción de rayos X (DRX) mostrando que los productos obtenidos corresponden a ZnS (esfalerita y matraita), CdS (greenockita y hawleyita) y un compuesto combinado entre los tres elementos (Zn0.2Cd0.8S) en el efluente sintético, sin la obtención de los hidróxidos correspondientes. A partir de microscopía electrónica de barrido (MEB) se observó que los precipitados son de forma irregular con tamaño inferior a 10 ?m y la distribución de los elementos es homogénea en los sólidos precipitados.