Fluoruros en agua de mina y geotermal: cómo tratarlos

Eliminar fluoruros del agua industrial es un problema frecuente en el noroeste argentino y en cualquier faena que tome agua de acuíferos asociados a vulcanismo o a fuentes termales. El fluoruro no se ve, no huele, no incrusta y no corroe: simplemente aparece en el análisis, por encima del límite, y hay que resolverlo antes de usar o descargar el agua.

Este artículo revisa el origen geológico del fluoruro, por qué la alúmina activada y la ósmosis inversa resultan caras de operar en un sitio remoto, y qué aporta un medio catalítico regenerable frente a esas alternativas.

Qué son los fluoruros y por qué aparecen en aguas de mina y geotermales

Definición y química del problema

El fluoruro (F⁻) es un anión monovalente, pequeño y de alta densidad de carga. Esa combinación lo hace difícil de capturar de forma selectiva: compite con otros aniones por los sitios activos y forma complejos estables con aluminio y con hierro, lo que altera su disponibilidad según la química del agua.

Su solubilidad está gobernada en buena medida por el calcio. En aguas blandas, con poco calcio, el fluoruro permanece disuelto y alcanza concentraciones altas; en aguas duras tiende a limitarse por el equilibrio con la fluorita. Por eso el fluoruro alto suele coincidir con dureza baja, y ambos parámetros deben leerse juntos.

Valores típicos en aguas de mina y geotermales (mg/L)

Las aguas de origen geotermal y las asociadas a rocas volcánicas presentan concentraciones de fluoruro netamente superiores a las de un agua superficial de la misma región. La concentración específica debe tomarse del análisis del pozo o de la corriente a tratar.

Para agua de consumo humano rige el Código Alimentario Argentino, que fija el valor aplicable; para vertido, los límites los establece la autoridad provincial competente en el marco de la Ley 24.585 de protección ambiental para la actividad minera. Corresponde consultar el límite aplicable al uso previsto y a la jurisdicción antes de fijar el objetivo de diseño.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Fluoruro por electrodo selectivo o por cromatografía iónica, con el ajustador de fuerza iónica correspondiente.
• pH, dureza cálcica y alcalinidad en la misma serie: gobiernan la solubilidad y la competencia.
• Aluminio y hierro, que forman complejos con el fluoruro y modifican su comportamiento en el tratamiento.
• Sulfatos, bicarbonatos, silicatos y fosfatos, los aniones que compiten por los sitios activos del medio.

Causas: de dónde viene el problema

Minerales fluorados y aguas termales

La fluorita, el apatito y varios minerales accesorios de rocas ígneas aportan fluoruro por disolución. En sistemas geotermales, la temperatura acelera esa disolución y el agua emerge con concentraciones notablemente más altas que las del agua fría del mismo acuífero.

Concentración por evaporación y recirculación

En circuitos de agua recirculada, y en zonas de alta evaporación como la Puna, el fluoruro se concentra igual que cualquier otro soluto conservativo. Un agua de aporte apenas por debajo del límite puede exceder claramente tras varios ciclos.

Aguas subterráneas de zonas volcánicas

En las provincias del noroeste y en la región cordillerana, los acuíferos alojados en secuencias volcánicas y volcaniclásticas presentan fluoruro de origen natural. Es una condición del recurso, no una consecuencia de la actividad minera.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

El fluoruro tiene poco efecto sobre los equipos en las concentraciones habituales. Su impacto es normativo y sanitario: condiciona el uso del agua para consumo en campamento y su descarga al cuerpo receptor. En procesos donde el agua entra en contacto con el producto, puede constituir además una impureza a controlar.

Riesgo normativo y de descarga

Es un parámetro de control en agua de consumo, con efectos conocidos sobre dientes y huesos en exposiciones prolongadas, y está presente en los listados de descarga de varias jurisdicciones. Cuando el agua de faena abastece a un campamento, el parámetro pasa a ser sanitario y no solo ambiental.

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

El costo se concentra en el medio consumible. La alúmina activada no es regenerable en la práctica y hay que reponerla y disponerla; la ósmosis inversa implica energía, rechazo y desmineralización total; y la coagulación con aluminio deja un residual del propio coagulante que a su vez está limitado.

Soluciones convencionales para eliminar fluoruros del agua industrial y sus límites

Alúmina activada: no regenerable y residuo a disponer

Es el medio clásico para fluoruro. Funciona, pero en la práctica no se regenera de forma económica: el lecho agotado se reemplaza y se convierte en un residuo a disponer. En un sitio remoto, el costo logístico de esa reposición recurrente pesa tanto como el del material.

Ósmosis inversa: desmineraliza y genera rechazo

La ósmosis retiene el fluoruro con buena eficiencia, pero desmineraliza el agua por completo —lo que obliga a remineralizar si el destino es consumo— y produce un rechazo concentrado que hay que disponer. En zonas áridas, la pérdida de agua asociada es difícil de justificar para corregir un solo parámetro. Las condiciones de operación figuran en la ficha de RED-X.

Coagulación con aluminio: residual de aluminio

La coagulación con sales de aluminio remueve fluoruro, pero en una ventana de pH estrecha y dejando aluminio residual en el agua tratada, un parámetro que a su vez suele estar limitado. Genera además un volumen de lodo considerable.

Solución Watch Water: Catalytic Carbon® y RED-X®

Catalytic Carbon®: mecanismo de acción y qué resuelve

Catalytic Carbon®, el carbón de coco con recubrimiento catalítico de oxihidróxido, es la ruta principal. A la adsorción física sobre una superficie de 2.000 a 2.500 m²/g suma un mecanismo de remoción catalítica, mediado por el recubrimiento de oxihidróxido, que es el que actúa sobre fluoruros, cianuros y metales pesados.

La variable de control es el pH, y conviene ser explícito: la ventana óptima para fluoruros es de 5,5 a 6,5, distinta de la de arsénico —6,5 a 6,8— y de la de boro —7,5 a 9,5—. Un mismo lecho puede rendir muy distinto según el pH al que se lo opere, y ese es el error de diseño más común.

Su ventaja operativa decisiva frente a la alúmina activada es la regeneración in situ con OXYDES®-P, el oxidante de radicales sulfato, en cinco pasos: retrolavar el lecho de 5 a 15 minutos, aplicar el producto, dejar remojar de 30 a 60 minutos, retrolavar 5 minutos y enjuagar. Esa rutina habilita una vida útil de 2 a 5 años sin cambiar el medio y genera mucho menos residuo sólido que la alúmina activada, el hidróxido férrico, la calcita o el carbón de hueso, que no son regenerables. El medio cuenta con certificación NSF/ANSI 61.

RED-X®: mecanismo de acción y qué resuelve

Cuando el fluoruro aparece junto con arsénico, cromo o metales y conviene una etapa de captura másica, el componente indicado es RED-X®, el agente férrico adsorbente del sistema RED-OXY®. Al disolverse genera especies férricas y, en combinación con OXY-X®, ferratos (VI) y flóculos de hidróxido férrico de altísima superficie que adsorben oxianiones y metales.

Los contaminantes documentados incluyen expresamente fluoruros, junto con arsénico As(III) y As(V), fosfatos, Cr(VI), cobre, H₂S, selenio y radionúclidos. El fabricante advierte que la adsorción no es un proceso selectivo, de modo que la dosis debe determinarse mediante pruebas de laboratorio o de campo. Se disuelve en agua desmineralizada u osmótica, típicamente al 5%, y cuenta con certificación NSF/ANSI 60 como componente del sistema.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Remoción de sólidos, hierro y manganeso del agua cruda, que de otro modo colmatan el lecho.
2. Ajuste de pH a la ventana de 5,5 a 6,5, específica para fluoruro.
3. Columna de Catalytic Carbon® con tiempo de contacto dentro del rango documentado.
4. Corrección de pH posterior, si el uso final lo requiere.
5. Regeneración periódica del lecho in situ, siguiendo el procedimiento de cinco pasos.

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

• El desempeño depende críticamente del pH. Fuera de la ventana de 5,5 a 6,5 la remoción de fluoruro cae de forma marcada.
• Watch Water no publica una capacidad de adsorción de fluoruro en g/kg: debe determinarse con ensayo de columna sobre el agua real.
• La adsorción con floc férrico no es selectiva: la dosis se define por prueba, no por regla general, y genera lodo que hay que gestionar.
• Ningún medio desmineraliza ni corrige otros parámetros. Si el agua excede también en arsénico, sulfatos o dureza, hacen falta etapas adicionales.
• La regeneración restituye capacidad pero no indefinidamente: la vida útil declarada es de 2 a 5 años según carga y frecuencia.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Fluoruro, pH, temperatura, dureza total y cálcica, alcalinidad, sulfatos, bicarbonatos, silicatos, fosfatos, aluminio, hierro, manganeso, sólidos suspendidos, materia orgánica y caudal en m³/h, además del uso final del agua y del límite aplicable.

Dimensionamiento de la columna

Para el componente férrico soluble, la dilución típica es al 5% en agua desmineralizada u osmótica, con solubilidad superior a 200 g/L a 20 °C. La dosis se determina por ensayo, dado que la adsorción no es selectiva.

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El arranque incluye retrolavado de acondicionamiento y verificación del pH dentro de la ventana de 5,5 a 6,5. El control se hace con fluoruro y pH a la entrada y a la salida, más el volumen tratado acumulado. Cuando el fluoruro de salida empieza a subir, corresponde la regeneración in situ; comparar el volumen tratado antes y después indica si el procedimiento restituyó la capacidad.

Ejemplo típico de aplicación

Agua de pozo geotermal en una faena del NOA

Se presenta como ejemplo de cálculo, no como caso documentado. Una faena del NOA abastece su campamento con agua de un pozo de influencia geotermal cuyo fluoruro supera el valor aplicable a consumo. El esquema evaluado consiste en ajuste de pH a la ventana de 5,5 a 6,5, una columna de carbón catalítico y corrección posterior del pH. Con un caudal de 6 m³/h y un tiempo de contacto de 4 minutos dentro del rango documentado, la columna requiere del orden de 0,4 m³ de medio; con una velocidad de servicio de 20 m/h, la sección resulta del orden de 0,3 m².

Qué se mide antes y después

Fluoruro, pH, dureza, alcalinidad, sulfatos, aluminio y volumen tratado acumulado, más la evolución del fluoruro de salida tras cada regeneración. El volumen tratado hasta la ruptura es el dato que gobierna el costo operativo real.

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, que el fabricante no publica para fluoruro y que depende de la competencia de sulfato, bicarbonato y silicato. El ensayo de columna sobre el agua real es la única base válida de diseño.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

En GWC dimensionamos columnas para fluoruro sobre el análisis del agua real y un ensayo de columna que refleje la competencia iónica de esa matriz. Para el cuadro general del contaminante puede consultarse eliminar arsénico agua de mina.

Qué datos enviar a GWC

• Caudal en m³/h y régimen de operación.
• Fluoruro y pH medidos en el mismo punto.
• Dureza, alcalinidad, sulfatos, bicarbonatos y silicatos.
• Aluminio, hierro, manganeso y sólidos suspendidos.
• Uso final del agua y límite aplicable.

Si el mismo pozo trae arsénico, corresponde leer el artículo sobre cómo eliminar el arsénico del agua de mina; si además aparecen metales traza, el de antimonio y uranio traza en efluentes mineros; y para el panorama general de metales, el de metales pesados en efluentes mineros. Como contexto general están disponibles los artículos sobre flúor en el agua y sobre cómo nos afecta el flúor.

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