Sílice en salares de litio: cómo removerla del agua

La remoción de sílice en agua industrial es uno de los problemas más caros de las operaciones de litio del NOA: la sílice no se inhibe indefinidamente, incrusta donde más duele —membranas, torres y calderas— y su limpieza exige químicos peligrosos. Este artículo explica por qué aparece en el agua de salares y pozos volcánicos, qué se puede hacer y qué límites tiene cada ruta.

Qué es la sílice y por qué aparece en operaciones de litio

Definición y química del problema

La sílice disuelta circula en dos formas de comportamiento muy distinto. La sílice reactiva (SiO₂ monomérica) es la que detecta el método colorimétrico habitual y la que polimeriza al superar su solubilidad. La sílice coloidal ya está polimerizada, no se detecta como reactiva y ensucia membranas por vía coloidal sin dar aviso en el análisis de rutina.

Al concentrarse, la sílice reactiva polimeriza y forma depósitos amorfos extremadamente duros, adherentes y difíciles de remover: no se disuelven con los ácidos de limpieza habituales y suelen requerir formulaciones con fluoruros, con todos los problemas de manejo que eso implica.

Valores típicos en operaciones de litio (mg/L)

La documentación de Watch Water señala que la sílice se vuelve un problema crítico cuando el agua subterránea supera los 50 mg/L (ppm), y esa condición es frecuente en aguas de origen volcánico y en pozos profundos del noroeste argentino y de zonas de salares. El valor de cada pozo debe determinarse por análisis, midiendo sílice reactiva y sílice total para estimar la fracción coloidal por diferencia.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Sílice reactiva y sílice total: la diferencia es la fracción coloidal, y es la que explica los fouling "sin causa aparente".
• pH y temperatura, que afectan fuertemente la solubilidad de la sílice.
• SDI en el aporte a membranas, como indicador de ensuciamiento coloidal.
• Indicadores de campo: caída sostenida de permeado con presión creciente, depósitos vítreos y blanquecinos en el lado de rechazo, limpiezas CIP cada vez más frecuentes y menos efectivas.

Causas: de dónde viene el problema

Aguas de origen volcánico y pozos profundos del NOA

La disolución de vidrios y silicatos volcánicos aporta sílice de forma natural. En la Puna, la combinación de litología volcánica, temperatura elevada del agua en profundidad y tiempos de residencia largos genera aguas con sílice alta desde el origen.

Concentración por evaporación en piletas

En los circuitos de evaporación propios de las operaciones de salares, toda especie no volátil se concentra. La sílice acompaña esa concentración y llega a los sistemas de tratamiento en valores muy superiores a los del agua de aporte.

Aumento de sílice al subir ciclos de concentración

En torres de enfriamiento y en trenes de ósmosis inversa, subir ciclos o recuperación es la vía natural para ahorrar agua. El techo lo impone, casi siempre, la sílice: es el parámetro que primero alcanza su límite de solubilidad y obliga a purgar antes de lo deseado.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

La incrustación silícea reduce la transferencia térmica en intercambiadores y calderas, baja el permeado y sube la presión diferencial en membranas, y obliga a limpiezas químicas frecuentes que acortan la vida útil de los elementos. En torres, limita los ciclos de concentración y por lo tanto el consumo de agua de reposición.

Riesgo normativo y de descarga

La sílice no suele ser un parámetro de vertido, pero sí lo son el volumen de purga y los químicos de limpieza asociados. Menos ciclos significa más purga, y la purga está alcanzada por el permiso de vertido que otorgue la autoridad provincial en el marco de la Ley 24.585. Corresponde consultar los límites aplicables al efluente resultante.

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

Cuatro partidas concentran el costo: inhibidor dosificado de forma continua, limpiezas CIP con sus horas de parada, reemplazo anticipado de membranas y —en zonas de estrés hídrico— el agua adicional de reposición que exige operar con ciclos bajos.

Remoción de sílice en agua industrial: soluciones convencionales y sus límites

Inhibidores de sílice: solo retrasan la precipitación

Los antiincrustantes específicos permiten trabajar por encima de la solubilidad nominal, pero no quitan sílice del agua: la mantienen dispersa. Tienen un techo de concentración, dependen de la dosificación continua y no resuelven la fracción coloidal.

Cal-magnesio: lodo y control de pH

La coagulación con compuestos de magnesio a pH alto remueve sílice con eficiencia razonable, pero genera lodo, exige control estricto de pH y una etapa posterior de neutralización y filtración.

Limpiezas con fluoruros: peligrosidad y frecuencia

Cuando la incrustación ya se formó, las formulaciones con fluoruros son de las pocas que la atacan. Son químicos peligrosos, con exigencias de manipulación y disposición que muchas operaciones prefieren evitar. La alternativa Watch Water® correspondiente es I-SOFT RO.

Solución Watch Water: SilicaTrapp®, Trappsorb®, Crystolite®

SilicaTrapp®: mecanismo de acción y qué resuelve

SilicaTrapp®, el proceso de dos etapas para remoción de sílice reactiva y coloidal, no es un producto con SKU propio sino un tren desarrollado en los laboratorios de Watch Water. Según la química del agua, el fabricante declara una remoción de hasta el 70% del contenido total de sílice. La diferencia conceptual con un inhibidor es sustancial: acá la sílice se retira del agua, no se mantiene en suspensión.

Trappsorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

La primera etapa es Trappsorb®, las perlas activadas de óxido de magnesio y óxido de calcio, producidas por activación térmica a 400 °C, con una estructura macroporosa amorfa que reacciona de forma rápida y eficiente con la sílice reactiva y coloidal. Trabaja por fisisorción sobre la superficie exterior y los macroporos.

En el mismo paso hace otras dos cosas: neutraliza el pH de aguas agresivas y aporta magnesio y calcio al agua sin dosificar químicos. Y trata además boro, amonio, fosfatos, H₂S, CO₂, metales pesados, radionúclidos y sólidos suspendidos. El mismo criterio aplicado a otro contexto se ve en dureza e incrustación sin salmuera.

Crystolite®: mecanismo de acción y qué resuelve

La segunda etapa es Crystolite®, el primer medio granular que filtra hasta 0,5 micras. Retiene los productos de la reacción de la primera etapa y el particulado fino, entregando un agua de claridad muy alta. Su mecanismo es de filtración por superficie —el 90% de los sólidos queda sobre el lecho, no dentro— lo que permite alcanzar ese corte sin obstruir el medio y limpiar con retrolavados cortos, de 5 a 10 minutos, que usan hasta un 80% menos de agua que un medio tradicional.

Como pretratamiento de ósmosis inversa, el fabricante declara una reducción de SDI de 5 a 8 veces mayor que la de sus competidores más cercanos, y una tolerancia de pH de 3 a 12 que lo hace apto para aguas ácidas o alcalinas. En la misma familia temática se encuentra incrustación en agua de inyección, cómo prevenirla.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Caracterización: sílice reactiva y total, pH, temperatura, dureza, alcalinidad y SDI.
2. Acondicionamiento en lecho de MgO/CaO, con tiempo de contacto largo cuando el objetivo es remoción de sílice.
3. Filtración submicrónica sobre el medio granular de 0,5 µm.
4. Membranas o torre, ya con menor carga de sílice y SDI reducido.
5. Ajuste de la estrategia de inhibición aguas abajo, que sigue siendo necesaria pero con menos exigencia.

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

• No remueve el 100% de la sílice. El propio fabricante acota el alcance a hasta un 70% del contenido total, y ese valor depende de la química del agua.
• No es un desalinizador. No reemplaza a la ósmosis inversa: la protege y le permite operar con mejores condiciones.
• Sube el pH del agua tratada por la alcalinidad del medio. Es una ventaja cuando el agua es agresiva y un parámetro a controlar cuando aguas abajo hay procesos sensibles al pH.
• No hay datos documentados de desempeño sobre salmuera concentrada de litio, cuya salinidad es muy superior a la del agua de pozo: ese escenario debe validarse con ensayo antes de comprometer resultados.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Sílice reactiva y total, pH, temperatura, conductividad y TDS, dureza cálcica y magnésica, alcalinidad, sulfato, cloruros, hierro, manganeso, SDI y turbidez, caudal medio y pico, y la recuperación objetivo del tren de membranas. El detalle para ese contexto específico está en remineralización del agua, clave para la industria.

Dimensionamiento de las dos etapas

La guía de dimensionamiento del fabricante es clara: flujo lento, con tiempo de contacto de hasta 8 minutos, cuando el objetivo es remover sílice, fosfatos o boro; flujo medio a alto, con 4 a 6 minutos, cuando el objetivo es remineralizar y subir el pH. Para un escenario acotado puede verse la guía de electrodesionización (EDI) para agua de alta pureza.

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El arranque incluye un retrolavado óptimo inicial y luego una frecuencia semanal o según necesidad. El control de rutina mide sílice reactiva y total en entrada y salida, pH, dureza —que sube por el aporte de calcio y magnesio— y SDI antes de membranas. El medio de la primera etapa no se regenera: se repone según desgaste.

Ejemplo típico de aplicación

Acondicionamiento y filtración submicrónica antes de un tren de ósmosis

Como ejemplo típico: el agua de pozo de una operación de litio de la Puna, con sílice por encima del umbral crítico, dureza moderada y algo de hierro, que alimenta un tren de ósmosis inversa cuya recuperación está limitada por el índice de saturación de sílice. El planteo consiste en acondicionar en lecho de MgO/CaO con tiempo de contacto largo, filtrar a 0,5 µm y recién entonces alimentar las membranas.

Qué se mide antes y después

Sílice reactiva y total, SDI, turbidez, pH y dureza, en aporte y en salida de cada etapa; y del lado de las membranas, presión diferencial, permeado normalizado y frecuencia de CIP, que son los indicadores que traducen el resultado en dinero.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se pueden extrapolar los criterios de diseño de lecho y de tiempo de contacto. No se puede extrapolar el porcentaje de remoción: el fabricante lo acota a hasta un 70% según la química del agua, y en un agua con alta dureza o alta salinidad el resultado puede diferir. La validación es por ensayo.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Caudal a tratar en m³/h y recuperación objetivo del tren de membranas.
• Sílice reactiva y sílice total, con método y fecha.
• pH, temperatura, conductividad, TDS, dureza, alcalinidad, sulfato y cloruros.
• SDI y turbidez del agua de aporte actual.
• Historial de limpiezas CIP y de dosificación de inhibidor.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Para sílice, el ensayo sobre el agua real es lo que define el porcentaje alcanzable y el tiempo de contacto necesario. GWC parte del análisis, define el alcance del ensayo y, cuando el caudal lo justifica, propone una prueba de campo antes del dimensionamiento definitivo.

Si además de sílice hay sulfatos que incrustan, conviene ver el artículo sobre incrustación de sulfatos en ósmosis inversa minera; y si el pozo trae hierro, el de hierro y manganeso en pozos de faena. En el blog hay notas sobre ósmosis inversa y sobre desmineralización del agua.

Envíenos el análisis con sílice reactiva y total: le proponemos el esquema de dos etapas, el ensayo de validación y el dimensionamiento preliminar.

Solicite su cotización a GWC