El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo. Es un reactivo importante utilizado en muchas industrias y se utiliza en la fabricación de todo, desde papel, productos farmacéuticos y cosméticos hasta baterías, detergentes y fertilizantes. Por lo tanto, es un desafío mundial que el ácido sulfúrico a menudo contiene una de las sustancias más tóxicas: el mercurio. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ahora han desarrollado un método que puede reducir los niveles de mercurio en el ácido sulfúrico en más del 90 por ciento, incluso desde niveles bajos.

« Hasta ahora, no ha habido ningún método viable para purificar el ácido sulfúrico terminado. Con una reducción tan radical en el contenido de mercurio, estamos muy por debajo de los valores límite actuales. Este ácido sulfúrico puro de alta calidad tiene una gran demanda en aplicaciones industriales. y un paso importante en la reducción del impacto ambiental », dice el líder de investigación Björn Wickman, profesor asociado del Departamento de Física de Chalmers.

El ácido sulfúrico se produce a partir del azufre de la industria del petróleo o como subproducto en las fundiciones de la industria minera. En este último caso, el mercurio, que está naturalmente presente en el mineral, puede terminar en los productos terminados. También las corrientes recicladas en las fundiciones pueden contener mercurio.

Emisiones tóxicas que afectan a toda la vida en la Tierra

La dispersión de mercurio es un problema mundial, ya que la sustancia es volátil y puede dispersarse por el aire en grandes áreas. Este metal pesado tóxico luego se lava en arroyos y lagos cuando llueve. Se almacena en el suelo, el agua y los organismos vivos, afectando a toda la cadena alimentaria. Puede dañar el cerebro y el sistema nervioso central de humanos y animales.

Según un informe del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), las emisiones de mercurio a la atmósfera aumentaron aproximadamente un 20 % entre 2010 y 2015. En 2015, se emitieron al aire unas 2200 toneladas de mercurio como resultado de la actividad humana. actividades como la fabricación de cemento, la extracción de oro en pequeña escala, la quema de carbón, la producción de metales y otras industrias manufactureras. Además, se estima que 1.800 toneladas de mercurio terminaron en el suelo y el agua ese mismo año. Según el informe, las concentraciones de mercurio en la atmósfera pueden haber aumentado en un 450 por ciento en el último siglo.

« Todas y cada una de las formas en que podemos reducir las emisiones de mercurio son buenas, porque el mercurio que se emite se acumula en el medio ambiente y continúa representando una amenaza para la salud durante miles de años », dice Wickman.

Captura el metal mediante electroquímica.

Hace cinco años, su equipo de investigación en Chalmers presentó un método pionero para eliminar el mercurio del agua mediante procesos electroquímicos. El método se basa en un electrodo de metal que absorbe el metal tóxico y forma una aleación. Luego, el mercurio se puede eliminar de manera segura y el electrodo se puede reutilizar. Ahora, los investigadores han llevado esta tecnología un paso más allá y, en un nuevo estudio, han demostrado cómo se puede eliminar el mercurio del ácido sulfúrico concentrado.

Los experimentos con ácido sulfúrico se realizaron en colaboración con la empresa de minería y refinación de metales Boliden y la empresa Atium, un spin-off de la Chalmers School of Entrepreneurship con el objetivo de llevar al mercado la eliminación de mercurio del agua y productos químicos. Los investigadores ahora esperan poder avanzar con sus socios y desarrollar un tipo de reactor a través del cual el ácido sulfúrico pueda fluir y purificarse al mismo tiempo.

Potencial para reducir costos e impacto ambiental

Hoy en día, el mercurio se elimina principalmente en una etapa anterior : de los concentrados y las corrientes recicladas en la fundición antes de que se produzca el ácido sulfúrico. Este es un proceso establecido, pero deja trazas de mercurio en los productos finales.

« La purificación del ácido sulfúrico también previene las emisiones adicionales de mercurio, al tiempo que permite que la industria opere de manera más rentable y produzca un producto no tóxico de alta pureza. El siguiente paso será ampliar el método a un proceso piloto más cercano a volúmenes del mundo real de miles de toneladas », dice Vera Roth, estudiante de doctorado en Chalmers y primera autora del artículo publicado recientemente en la revista ACS ES&T Engineering.

Esperando valores límite más bajos

Según la base de datos Statista, el volumen del mercado mundial de ácido sulfúrico asciende a unos 260 millones de toneladas al año. Para 2029, se espera que esta cifra aumente a 314 millones de toneladas. Cuanto menor sea el contenido de mercurio del ácido sulfúrico, más valioso es. El ácido sulfúrico para fines comerciales se considera de calidad aceptable cuando su contenido de mercurio es inferior a 0,30 miligramos por kilogramo. Si el contenido es inferior a 0,08 miligramos por kilogramo, se considera que el ácido sulfúrico tiene una alta pureza. Con el nuevo método, los investigadores han reducido el nivel de mercurio a 0,02 miligramos por kilogramo de ácido sulfúrico en su estudio piloto.

« Los valores límite de la cantidad de mercurio que puede contener ácido sulfúrico se basan en la tecnología disponible en la actualidad. Con el nuevo método para purificar el ácido sulfúrico, nuestra esperanza es que la legislación sobre los valores límite se haga más estricta en una perspectiva global en la que los niveles de mercurio sean generalmente mucho mayor », dice Wickman.

Subtítulo : El ácido sulfúrico es un químico industrial importante, pero a menudo contiene una de las sustancias más tóxicas del mundo : el mercurio, un metal pesado volátil, que puede contaminar tanto el aire como el agua. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers han demostrado que es posible reducir los niveles de mercurio en el ácido sulfúrico en más del 90 por ciento, incluso desde niveles bajos. El estudio se realizó en colaboración con la empresa spin-off Atium y la empresa de minería y refinería de metales Boliden. Imagen : Boliden/Unsplash, Nazrin Babashova

Más información sobre el método y el estudio

• El método de purificación elimina el mercurio del ácido sulfúrico ionizando el mercurio y sus iones formando una aleación con otro metal. Un electrodo con una superficie de platino une el mercurio a sí mismo electroquímicamente. Luego absorbe el mercurio tóxico y forma una aleación de los dos metales. Entonces es posible eliminar el mercurio y regenerar el electrodo de forma controlada. Esto significa que el electrodo se puede reutilizar y la sustancia tóxica se puede eliminar de forma segura. El proceso también es altamente eficiente energéticamente. En un episodio del programa UR Samtiden de la Swedish Educational Broadcasting Company (UR), Björn Wickman demuestra cómo funciona el método para eliminar el mercurio del agua
• El artículo Mercury Removal from Concentrated Sulfuric Acid by Electrochemical Alloy Formation on Platinum se publica en la revista científica ACS ES&T Engineering y fue escrito por Vera Roth, Julia Järlebark, Alexander Ahrnens, Jens Nyberg, Justin Salminen, Teodora Retegan Vollmer y Björn Wickman. Los autores trabajan activamente en el Departamento de Física y el Departamento de Química e Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Atium y en Boliden
• El ácido sulfúrico es el producto químico más utilizado en el mundo. Es un reactivo importante utilizado en muchas industrias y se utiliza en la fabricación de todo, desde productos químicos, papel, productos farmacéuticos y cosméticos hasta baterías, detergentes y fertilizantes. También es un ingrediente para muchos procesos de reciclaje que contribuyen a la economía circular y la metalurgia extractiva
• Los experimentos del estudio se realizaron en un ambiente de laboratorio, en un vaso de precipitados de 50 mililitros y posteriormente en un reactor de 20 litros. El siguiente paso será ampliar el método a un proyecto piloto que se acerque más a los volúmenes reales que son habituales en las aplicaciones industriales
• La investigación fue financiada por Formas y por el programa de innovación estratégica Innovación Minera Sueca, una empresa conjunta que involucra a Vinnova, Formas y la Agencia Sueca de Energía

Más sobre metales pesados ​​en el medio ambiente

• Los metales pesados ​​en el agua y los cursos de agua son un enorme problema ambiental que afecta la salud de millones de personas en todo el mundo. Los metales pesados ​​son tóxicos para todos los organismos vivos y se acumulan en la cadena alimentaria. Según la Organización Mundial de la Salud, el mercurio es una de las sustancias más dañinas para la salud humana. Entre otras cosas, afecta nuestro sistema nervioso y el desarrollo del cerebro. Por lo tanto, la sustancia es especialmente peligrosa para los niños y los fetos
• Hoy en día, existen regulaciones estrictas que rigen el manejo de metales pesados ​​tóxicos para evitar su dispersión en el medio ambiente natural. Sin embargo, hay muchos lugares que ya han sido contaminados o están afectados por la deposición de mercurio en el aire que puede provenir de otros países. Como resultado, existen áreas en nuestro entorno natural donde las cantidades de metales pesados ​​han alcanzado concentraciones tóxicas. Por ejemplo, los altos niveles de mercurio en los peces de agua dulce es un problema ambiental bien conocido. Incluso en Suecia, la contaminación por metales pesados ​​es un problema grave, y los peces de la mayoría de los lagos contienen más mercurio que el valor límite. En las industrias en las que se utilizan metales pesados, así como en el reciclaje, el tratamiento y la descontaminación de aguas residuales, existe una gran necesidad de nuevos y mejores métodos para eliminar los metales pesados ​​tóxicos del agua