Boro en salmueras de litio: cómo removerlo del agua

La remoción de boro del agua tiene fama de difícil, y la fama es merecida. A pH neutro el boro está presente como ácido bórico, una molécula neutra y pequeña que atraviesa las membranas de ósmosis inversa con una facilidad que sorprende a cualquiera que las haya dimensionado para retener sales. En un salar de litio, donde el boro es un acompañante geológico constante, ese comportamiento define buena parte del esquema de tratamiento.

Este artículo explica la química que hace escurridizo al boro, por qué el pH es la variable de control, y qué alternativa práctica ofrece Watch Water® frente a las resinas selectivas y al doble paso de membranas.

Qué es el boro y por qué aparece en salmueras de litio

Definición y química del problema

El boro en agua existe en equilibrio entre dos especies: el ácido bórico, B(OH)₃, que es una molécula neutra, y el ion borato, B(OH)₄⁻, que es aniónico. El reparto entre ambas depende del pH: a pH neutro y ácido predomina ampliamente la forma neutra; recién por encima de pH 9 empieza a dominar el borato.

Esa es la raíz del problema. Las tecnologías de separación —membranas, resinas aniónicas— trabajan sobre especies cargadas. Una molécula neutra y de pequeño tamaño no encuentra resistencia en una membrana de poliamida ni afinidad en una resina de intercambio aniónico.

Valores típicos en salmueras de litio (mg/L)

En los salares del noroeste argentino el boro es un componente geológico habitual, y la evaporación solar que concentra el litio concentra también el boro en la misma proporción. La concentración final depende del salar y de la etapa del proceso, por lo que el valor de diseño debe tomarse del análisis de la corriente específica a tratar, no de una referencia general.

Los límites aplicables dependen del uso final: para descarga, los fija la autoridad provincial en el marco de la Ley 24.585 de protección ambiental para la actividad minera; para agua de consumo, rige el Código Alimentario Argentino; y para riego, el criterio es agronómico, dado que el boro es un micronutriente con una ventana estrecha entre deficiencia y toxicidad para muchos cultivos. Corresponde consultar el límite aplicable al uso previsto.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Boro total por ICP-OES o ICP-MS, con dilución adecuada cuando la matriz es una salmuera de alta fuerza iónica.
• pH medido en el mismo punto y momento de la toma: sin pH, el dato de boro no permite estimar la especiación.
• Conductividad, sodio, potasio, magnesio y calcio, para caracterizar la matriz.
• No hay indicadores de campo para el boro. El seguimiento es estrictamente analítico.

Causas: de dónde viene el problema

Origen geológico del boro en salares

Los salares de la Puna tienen boratos entre sus minerales característicos. El boro no es un contaminante introducido por la operación: es parte de la composición natural de la salmuera y del agua subterránea asociada.

Concentración por evaporación

El proceso de producción de litio por evaporación solar concentra todos los solutos, no solo el de interés. A medida que avanza la secuencia de pozas, el boro se concentra junto con el litio, y las corrientes de descarte arrastran esa concentración acumulada.

Paso del boro a través de membranas a pH neutro

Cuando se recurre a ósmosis inversa para tratar agua con boro, el rechazo a pH neutro es mucho menor que el de otras sales. El resultado es un permeado que cumple en conductividad y en casi todos los parámetros, pero que sigue excediendo en boro.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

El boro no incrusta ni corroe, pero es una impureza de proceso: en la producción de compuestos de litio de alta pureza, su presencia condiciona la calidad del producto final y obliga a etapas adicionales de purificación. En agua destinada a riego de zonas de amortiguación, su acumulación en el suelo puede afectar la vegetación.

Riesgo normativo y de descarga

El boro figura entre los parámetros de descarga en varias jurisdicciones y también en la normativa de agua de consumo. Es además un parámetro difícil de corregir a último momento: si el tren no fue diseñado para removerlo, no hay ajuste operativo que lo resuelva.

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

Las rutas convencionales son caras en distintos rubros: las resinas selectivas tienen un costo de reposición alto y una regeneración con ácido y álcali; la ósmosis a pH elevado consume álcali de forma continua y aumenta el riesgo de incrustación; y el doble paso multiplica el CAPEX y el consumo energético.

Remoción de boro del agua: soluciones convencionales y sus límites

Resinas selectivas de boro: costo y regeneración

Las resinas quelantes con grupos funcionales específicos capturan boro con buena selectividad. Su límite es económico y operativo: costo de reposición elevado, regeneración en dos pasos con ácido y álcali, y generación de efluentes de regeneración que hay que neutralizar y disponer.

Ósmosis inversa a pH alto: consumo de álcali

Elevar el pH por encima de 9 convierte el ácido bórico en borato, que la membrana sí rechaza. La estrategia funciona, pero exige dosificación continua de álcali, aumenta el riesgo de incrustación de carbonato y silicato sobre la membrana, y obliga a neutralizar el permeado aguas abajo.

Doble paso de membranas: CAPEX y energía

Un segundo paso de ósmosis mejora el rechazo global, pero duplica el equipamiento y el consumo energético para resolver un solo parámetro. En una operación remota, también duplica los repuestos y la complejidad de operación.

Solución Watch Water: Catalytic Carbon® y Trappsorb®

Catalytic Carbon®: mecanismo de acción y qué resuelve

Catalytic Carbon®, el carbón activado de coco con recubrimiento catalítico de oxihidróxido, ofrece una ruta granular para un contaminante que normalmente exige resinas o membranas. Watch Water lo presenta expresamente como un método práctico para la remoción de boro, alternativa a resinas especializadas y membranas que resultan técnicamente difíciles y costosas.

El medio combina tres mecanismos: filtración de sólidos, adsorción física sobre una superficie específica de 2.000 a 2.500 m²/g, y remoción catalítica mediada por el recubrimiento de oxihidróxido, que es el mecanismo que actúa sobre boro, fluoruros, cianuros y metales pesados.

El punto crítico del diseño es el pH. La eficiencia del medio depende fuertemente de él y la ventana varía según el contaminante: 7,5 a 9,5 para boro, frente a 6,5 a 6,8 para arsénico y 5,5 a 6,5 para fluoruros. Operar fuera de la ventana correspondiente es la causa más frecuente de un desempeño decepcionante.

A favor del costo operativo juega la regeneración in situ con OXYDES®-P, el oxidante de radicales sulfato: retrolavado de 5 a 15 minutos, aplicación del producto, remojo de 30 a 60 minutos, retrolavado de 5 minutos y enjuague. El procedimiento permite una vida útil de 2 a 5 años sin cambiar el lecho, y genera mucho menos residuo sólido que alúmina activada, hidróxido férrico o calcita, que no son regenerables.

Trappsorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

Trappsorb®, el adsorbente de perlas de MgO y CaO activadas a 400 °C, aporta una segunda vía sobre el mismo contaminante. Por fisisorción sobre su superficie porosa y sus macroporos captura boro, sílice, amonio, fosfatos, H₂S y CO₂, además de metales pesados y radionúclidos.

Tiene una ventaja adicional en este contexto: su alta alcalinidad eleva el pH del agua sin dosificar químicos, lo que acerca la corriente a la ventana favorable para el boro. Para remoción de boro, la guía del fabricante indica flujo lento, con tiempo de contacto de 8 minutos, y recomienda post-filtración con Crystolite® para retener los productos de la reacción.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Remoción de sólidos y acondicionamiento de la corriente.
2. Ajuste de pH a la ventana de 7,5 a 9,5, que es donde el medio catalítico rinde sobre boro; un lecho de Trappsorb® puede cumplir esa función y adsorber boro simultáneamente.
3. Columna de Catalytic Carbon® con tiempo de contacto dentro del rango documentado.
4. Post-filtración con Crystolite®, el medio granular de microfiltración a 0,5 micras.
5. Regeneración periódica del lecho catalítico con el oxidante de radicales sulfato.

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

• El desempeño depende críticamente del pH: fuera de la ventana de 7,5 a 9,5 la remoción de boro cae. No es un medio de amplio espectro operado a cualquier pH.
• Watch Water no publica una capacidad de adsorción de boro en g/kg. Esa cifra debe determinarse con ensayo de columna sobre el agua real.
• Las capacidades publicadas para otros contaminantes son de laboratorio en condiciones ideales y dependen de los iones competitivos.
• Ninguna de las dos vías está documentada sobre salmueras de altísima fuerza iónica: en esas matrices, el ensayo previo no es recomendable sino imprescindible.
• Trappsorb® eleva el pH: si el proceso aguas abajo requiere un pH bajo estable, hay que prever una corrección posterior.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Boro total, pH, temperatura, conductividad y sólidos disueltos totales, sodio, potasio, calcio y magnesio, cloruros y sulfatos, sílice, alcalinidad, materia orgánica y caudal en m³/h, además del uso final previsto y del límite de boro exigido.

Dimensionamiento de los lechos

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El arranque incluye retrolavado de acondicionamiento y verificación del pH dentro de la ventana. El control analítico se hace con boro y pH a la entrada y a la salida, más el volumen tratado acumulado. Cuando el boro de salida empieza a subir, corresponde la regeneración in situ del lecho catalítico, siguiendo el procedimiento de cinco pasos del fabricante.

Ejemplo típico de aplicación

Corriente de descarte de una operación de litio de la Puna

Se presenta como ejemplo de cálculo, no como caso documentado. Una operación de litio de la Puna necesita reducir el boro de 8 m³/h de una corriente de descarte antes de su disposición. Operando el medio catalítico en la ventana de pH de 7,5 a 9,5, con un tiempo de contacto de 4 minutos dentro del rango documentado de 1,5 a 6 minutos, la columna requiere del orden de 0,53 m³ de medio; con una velocidad de servicio de 20 m/h, la sección resulta del orden de 0,4 m². Esos valores se ajustan con el ensayo.

Qué se mide antes y después

Boro total, pH, conductividad, sílice y volumen tratado acumulado, más la evolución del boro de salida ciclo a ciclo tras cada regeneración. La comparación del volumen tratado antes y después de una regeneración indica si el procedimiento restituye la capacidad del lecho.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se pueden extrapolar el mecanismo, la ventana de pH y los parámetros hidráulicos publicados. No se puede extrapolar la capacidad de remoción de boro, que Watch Water no publica y que en una salmuera de alta fuerza iónica depende fuertemente de la matriz. El ensayo de columna sobre la corriente real es condición de diseño.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

En GWC dimensionamos columnas para boro a partir del análisis de la corriente real y de un ensayo que reproduzca su matriz. En salmueras, ese ensayo no es opcional. Para el cuadro general del contaminante puede consultarse sílice en salares de litio, cómo removerla del agua.

Qué datos enviar a GWC

• Caudal en m³/h y punto del proceso del que proviene la corriente.
• Boro total y pH medidos en el mismo punto.
• Conductividad, sólidos disueltos totales y composición mayoritaria.
• Sílice, sulfatos, cloruros y alcalinidad.
• Uso final del agua y límite de boro exigido.

Si la misma corriente trae sílice elevada, conviene leer el artículo sobre sílice en salares de litio; si el destino es un tren de membranas, el de pretratamiento de ósmosis inversa en minería; y para la elección del medio de filtración previo, el de Katalox Light frente a greensand y Filox. Como contexto general están disponibles los artículos sobre ósmosis inversa y sobre desmineralización del agua.

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