Antimonio y uranio traza en efluentes mineros

La remoción de antimonio en agua y la de uranio traza comparten un problema: son oxianiones en concentraciones muy bajas, dentro de una matriz cargada de sulfatos que compite por los mismos sitios de adsorción. Los tratamientos que funcionan bien con metales en miligramos por litro pierden eficiencia cuando hay que trabajar en microgramos.

Este artículo revisa por qué el antimonio y el uranio se movilizan en un circuito minero, qué límites tienen la coagulación férrica y el intercambio iónico sobre trazas, y cómo se diseña una columna de pulido con los adsorbentes de Watch Water®.

Qué son el antimonio y el uranio traza y por qué aparecen en efluentes mineros

Definición y química del problema

El antimonio se presenta en agua principalmente como Sb(V), en forma de antimoniato, y como Sb(III) en condiciones reductoras. El uranio, en medio oxidante, forma el ion uranilo y sobre todo complejos carbonatados muy estables y solubles, que son los que lo mantienen disuelto y móvil.

Ambos son oxianiones o especies aniónicas complejadas, no cationes simples. Esa diferencia explica por qué un medio de intercambio catiónico no los captura y por qué compiten directamente con sulfato, fosfato y silicato, que abundan en un agua de mina.

Valores típicos en efluentes mineros (mg/L)

Tanto el antimonio como el uranio suelen aparecer en el orden de los microgramos por litro. Eso plantea dos exigencias: analítica de traza con límites de cuantificación adecuados y un diseño orientado al pulido, donde el volumen tratado importa más que la carga másica.

Los límites de vertido los fija cada autoridad provincial en el marco de la Ley 24.585 de protección ambiental para la actividad minera. El uranio suma, además, consideraciones de protección radiológica que exceden el permiso de vertido y requieren consulta específica con la autoridad competente. Corresponde verificar el límite aplicable a la jurisdicción y al cuerpo receptor.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Antimonio y uranio por ICP-MS, la única técnica que alcanza de forma confiable el rango de traza requerido.
• Fracción total y fracción disuelta, filtrando a 0,45 µm.
• Sulfatos, fosfatos, silicatos, bicarbonatos y pH: definen la competencia aniónica y, en el caso del uranio, el grado de complejación carbonatada.
• No hay indicadores de campo útiles. El control se apoya en el seguimiento analítico y en parámetros indirectos como potencial REDOX y conductividad.

Causas: de dónde viene el problema

Minerales de antimonio asociados a sulfuros

La estibina y las sulfosales de antimonio acompañan con frecuencia a la mineralización de oro, plata y plomo. Al oxidarse esos sulfuros, el antimonio pasa a solución como antimoniato y se moviliza junto con la acidez generada.

Movilización de uranio en aguas oxidantes

El uranio es poco soluble en condiciones reductoras, pero en medio oxidante y en presencia de bicarbonato forma complejos carbonatados muy estables. Un agua de mina aireada y con alcalinidad razonable es, desde el punto de vista químico, un buen solvente para el uranio.

Concentración por recirculación del agua

Un circuito con alta recuperación de agua concentra todo lo que no se remueve. Elementos que en un paso único aparecían apenas por encima del límite de detección terminan, tras varios ciclos, en valores que comprometen el cumplimiento.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

El efecto directo sobre los equipos es menor; el efecto real es sobre la operación. Obliga a segregar corrientes, a mantener un programa de monitoreo de traza costoso y, en el caso del uranio, a aplicar criterios específicos de manejo y disposición de los medios y lodos que lo concentran.

Riesgo normativo y de descarga

Son parámetros de límite bajo y alta visibilidad. En el caso del uranio se suma el marco de protección radiológica, que puede condicionar el manejo del medio agotado con independencia de lo que diga el permiso de vertido. La dilución no es una vía admisible de cumplimiento.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

El costo se concentra en el monitoreo de traza, en el consumo de medio adsorbente y en la disposición de residuos. Cuando se recurre a ósmosis inversa, se agrega el problema de qué hacer con un concentrado que reúne todos los contaminantes en un volumen menor pero más complejo.

Remoción de antimonio en agua: soluciones convencionales y sus límites

Coagulación férrica: eficiencia variable en trazas

El hidróxido férrico adsorbe oxianiones con buena eficiencia cuando la concentración es apreciable. Sobre trazas, el rendimiento cae y se vuelve muy sensible al pH y a la presencia de sulfato y fosfato. Además, genera un volumen de lodo importante que concentra los contaminantes.

Intercambio iónico: costo por volumen tratado

Las resinas aniónicas capturan antimoniato y complejos de uranilo, pero se saturan rápido con el sulfato de un agua de mina. El costo por metro cúbico tratado escala de forma poco favorable y la regeneración genera una salmuera que a su vez hay que gestionar. La alternativa Watch Water® correspondiente es el agente férrico RED-X.

Ósmosis inversa: concentrado difícil de disponer

La ósmosis retiene ambos elementos con alta eficiencia, pero produce un rechazo que concentra el problema en lugar de resolverlo. En zonas áridas, además, la pérdida de agua asociada al rechazo es difícil de justificar.

Solución Watch Water: Titansorb® y RED-X®

Titansorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

Titansorb®, el adsorbente granular de dióxido de titanio de doble capacidad, es un medio especialmente indicado para el pulido de oxianiones. Sus gránulos de TiO₂ disocian el agua en H⁺ y OH⁻ y ofrecen una superficie hidrófila de alta afinidad por oxianiones y cationes metálicos, con 300 m²/g de superficie específica medida por BET.

La lista de contaminantes declarada incluye expresamente antimonio y uranio, junto con cadmio, mercurio, níquel, selenio, zinc, plomo y cobre. Dos características lo hacen apto para trazas: la adsorción es irreversible en condiciones de operación, sin desorción posterior, y el medio agotado no se clasifica como residuo peligroso según el fabricante, lo que simplifica la disposición.

Watch Water publica capacidades de laboratorio para arsénico —48 a 60 g/kg para As(V) y 20 a 30 g/kg para As(III)— y para cromo hexavalente —14 a 18 g/kg—. No publica capacidades para antimonio ni para uranio: esos valores deben determinarse con un ensayo de columna sobre el agua del cliente, porque la capacidad real depende de los iones competitivos presentes. Para el resto de los datos, consultar la ficha técnica.

RED-X®: mecanismo de acción y qué resuelve

RED-X®, el agente férrico adsorbente del sistema RED-OXY®, ofrece la vía de coagulación de alta superficie. Es un granulado fino de fácil disolución que, al disolverse, genera especies férricas y —en combinación con OXY-X®— ferratos (VI) y flóculos de hidróxido férrico de altísima superficie, capaces de adsorber oxianiones y metales.

Entre los contaminantes documentados figuran arsénico As(III) y As(V), fosfatos, fluoruros, Cr(VI), cobre, H₂S, selenio y radionúclidos: ²²⁶Ra, ²²⁸Ra y ²³⁸U. El fabricante es explícito en un punto clave: la adsorción no es un proceso selectivo, por lo que la dosis debe determinarse mediante pruebas de laboratorio o de campo, nunca por regla general.

Debe disolverse en agua desmineralizada u osmótica, típicamente al 5%, y cuenta con certificación NSF/ANSI 60 como componente del sistema. Al ser ADSORB-X® el componente que eleva el pH y potencia la adsorción, conviene recordar que ese producto y OXY-X® están clasificados como corrosivos y tóxicos para organismos acuáticos, y exigen EPP.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Tratamiento primario: neutralización y remoción del grueso de la carga metálica.
2. Coagulación con RED-X®, cuando la concentración inicial justifica una etapa de captura másica sobre floc férrico.
3. Separación del precipitado por filtración, típicamente sobre Katalox Light®.
4. Columna de pulido con Titansorb® en la ventana de pH óptima, para llevar las trazas remanentes al valor objetivo.

Qué NO hace el producto (límites declarados por el fabricante)

• Ninguno de los dos medios es selectivo frente al sulfato: en un agua de mina, ese es el competidor dominante y acorta el ciclo.
• Las capacidades publicadas son de laboratorio en condiciones ideales. Para antimonio y uranio no hay cifra publicada; la capacidad real debe estimarse con ensayo de columna sobre el agua del cliente.
• Titansorb® opera con un óptimo de pH de 6,5 a 6,9, hasta 40 °C y entre 3 y 10 bar. Fuera de ese rango el desempeño declarado no aplica.
• La adsorción con floc férrico no es selectiva y genera lodo que concentra los contaminantes: hay un residuo a gestionar.
• No corresponde prometer un valor de salida. Se trabaja con reducciones esperables y verificación analítica sistemática.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Antimonio y uranio total y disuelto, pH, temperatura, sulfatos, fosfatos, silicatos, bicarbonatos y alcalinidad, hierro, sólidos suspendidos, materia orgánica, conductividad y caudal en m³/h. Los aniones competidores son el dato que más influye en el resultado del ensayo.

Dimensionamiento de la columna de pulido

La dosis del componente soluble no se publica como valor general, y con razón: la adsorción sobre floc férrico no es selectiva, de modo que la demanda la fija toda la matriz del agua y se determina por prueba de laboratorio o de campo.

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El arranque incluye retrolavado de acondicionamiento y verificación del pH de entrada dentro de la ventana óptima. El seguimiento se hace con muestras de entrada, intermedia y salida, con frecuencia semanal durante el primer ciclo. La aparición del contaminante en el punto intermedio anticipa el agotamiento y permite programar el recambio antes de incumplir.

Ejemplo típico de aplicación

Columna de pulido en una operación polimetálica del NOA

Se presenta como ejemplo de cálculo, no como caso documentado. Una operación polimetálica del NOA trata 10 m³/h de efluente ya neutralizado y clarificado, con antimonio y uranio en el rango de los microgramos por litro y sulfatos elevados. Con una velocidad de servicio de 20 m/h y una cama de 100 cm, la columna de pulido requiere del orden de 0,5 m² de sección y 0,5 m³ de medio. La duración del ciclo la determina el ensayo, y en un agua con sulfatos altos será previsiblemente más corta que en una matriz limpia.

Qué se mide antes y después

Antimonio y uranio total y disuelto, sulfatos, fosfatos, bicarbonatos, pH y volumen tratado acumulado. La curva de ruptura del ensayo de columna es la que define frecuencia de recambio y costo operativo real.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se pueden extrapolar el mecanismo, el orden de las etapas y los parámetros hidráulicos publicados. No se puede extrapolar la capacidad desde las cifras de arsénico o de cromo: son contaminantes distintos, con afinidades distintas, y la competencia del sulfato cambia por completo el resultado. El ensayo sobre el agua real es la única base válida.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

El pulido de trazas se diseña con datos, no con catálogos. En GWC partimos del análisis del efluente real y de un ensayo de columna para definir medio, volumen y frecuencia de recambio. Si el caso excede este escenario, la referencia general es metales pesados en efluentes mineros.

Qué datos enviar a GWC

• Caudal en m³/h y régimen de descarga.
• Antimonio y uranio total y disuelto, con el método analítico empleado.
• Sulfatos, fosfatos, silicatos, bicarbonatos y alcalinidad.
• pH, temperatura, hierro y sólidos suspendidos.
• Límite de vertido aplicable y jurisdicción.

Si el efluente contiene otros metales, conviene leer el panorama de metales pesados en efluentes mineros; si además hay fluoruro, el artículo sobre fluoruros en agua de mina y geotermal; y para la fracción catiónica, el de plomo en agua de mina. Como contexto general están disponibles los artículos sobre metales pesados en el agua de consumo y sobre bario en el agua.

Solicite su análisis y cotización sin cargo