Sales de calcio comunes en soluciones acuosas y tecnologías para su eliminación y purificación
Los compuestos de calcio se disuelven o disocian en el agua según su naturaleza química. En corrientes acuosas diluidas, el calcio está presente principalmente en forma de iones de calcio disueltos (Ca2+) y otras especies acuosas asociadas, no como moléculas de sal intactas. El calcio se encuentra de forma natural en el agua y también se incorpora mediante procesos industriales y productos químicos para el tratamiento del agua.
¿Necesita gestionar la dureza, las incrustaciones de calcio o una salmuera rica en calcio? El tratamiento adecuado depende de un análisis completo del agua que incluya calcio, magnesio, alcalinidad, sulfato, pH, temperatura y la recuperación de agua deseada. La concentración de calcio por sí sola no determina si se formarán incrustaciones.
Compuestos comunes de calcio y dónde se encuentran
| Compuesto de calcio | Fórmula | Aplicación, sector o uso habitual | Corrientes acuosas en las que suele encontrarse |
|---|---|---|---|
| Bicarbonato de calcio (especies de carbonato disueltas) | Ca(HCO3)2 | Se utiliza habitualmente como forma abreviada para indicar la presencia conjunta de calcio y bicarbonato en la química de las aguas naturales; normalmente no se manipula como una sal seca, estable y aislada. | Aguas subterráneas y superficiales que han disuelto dióxido de carbono y han estado en contacto con piedra caliza u otras rocas carbonatadas; aguas con dureza carbonatada. |
| Carbonato de calcio (calcita, creta, piedra caliza) | CaCO3 | Materiales de construcción, procesamiento de minerales, neutralización y tratamiento del agua con cal; también es un depósito incrustante habitual. | Aguas subterráneas y de proceso en contacto con minerales carbonatados; sólidos precipitados en procesos de ablandamiento, neutralización y formación de incrustaciones. |
| Sulfato de calcio (yeso / anhidrita) | CaSO4·2H2O / CaSO4 | Producción de yeso, minería, cemento y procesamiento de minerales; sal que puede formar incrustaciones en procesos de concentración. | Aguas subterráneas en contacto con yeso, aguas de drenaje minero, aguas residuales industriales, salmueras derivadas del agua de mar y concentrados de membrana. |
| Cloruro de calcio | CaCl2 | Deshielo, control del polvo, operaciones petroleras y gasíferas, procesamiento de alimentos y fabricación de productos químicos. | Escorrentía con sal de deshielo, salmueras de yacimientos petrolíferos, agua de proceso y corrientes en las que se utiliza cloruro de calcio como producto químico de tratamiento o de proceso. |
| Nitrato de calcio | Ca(NO3)2 | Fabricación y uso de fertilizantes, aditivos para hormigón y determinados procesos químicos. | Drenaje agrícola, escorrentía relacionada con fertilizantes y agua de proceso industrial. |
| Fluoruro de calcio (fluorita) | CaF2 | Extracción y procesamiento de fluorita, y tratamiento del fluoruro mediante precipitación. | Aguas subterráneas que contienen fluoruro y aguas de minas o del procesamiento de minerales; también puede aparecer como precipitado del tratamiento. |
| Hidróxido de calcio (cal hidratada) | Ca(OH)2 | Ajuste del pH del agua y de las aguas residuales, ablandamiento con cal y neutralización. | Corrientes a las que se ha dosificado cal; el tratamiento puede formar sólidos de carbonato de calcio o de hidróxidos metálicos que deben separarse. |
| Fosfatos de calcio | CaHPO4, Ca3(PO4)2 y fases relacionadas | Eliminación y recuperación de fosfatos, producción de fertilizantes y tratamiento biológico o químico. | Aguas residuales con fosfatos y lodos de tratamiento; la precipitación depende del pH y de las concentraciones de calcio y fosfato. |
| Hipoclorito de calcio | Ca(OCl)2 | Desinfección de agua potable, piscinas y agua de proceso. | Agua durante y después de la dosificación de hipoclorito; el calcio resultante puede contribuir a la dureza o a la formación de depósitos en algunos sistemas. |
Solubilidad y química del calcio
La solubilidad de los compuestos de calcio varía considerablemente. El cloruro de calcio y el nitrato de calcio son fácilmente solubles, mientras que el carbonato de calcio, el fluoruro de calcio y muchos minerales de fosfato de calcio son poco solubles en condiciones habituales. El sulfato de calcio tiene una solubilidad limitada que varía con la temperatura y la composición de la solución. Estas son comparaciones generales, no límites fijos para aguas de proceso reales.
En las aguas naturales, el dióxido de carbono puede favorecer la disolución de minerales carbonatados, lo que da lugar a calcio y bicarbonato en solución. Los cambios de pH, temperatura, presión o dióxido de carbono disuelto pueden alterar este equilibrio y provocar la precipitación de carbonato de calcio. La concentración de una corriente de agua también puede acercar el sulfato de calcio u otros minerales a la saturación. En las salmueras, la fuerza iónica y las interacciones entre iones afectan a las actividades relevantes, por lo que los valores de solubilidad en agua pura no bastan por sí solos para predecir la formación de incrustaciones.
La dureza cálcica suele expresarse en miligramos por litro como carbonato de calcio (mg/L como CaCO3). Esta es una convención para expresar la dureza en términos equivalentes; no significa que todo el calcio disuelto esté presente como carbonato de calcio. La calculadora de incrustaciones y solubilidad del carbonato de calcio y la calculadora de incrustaciones y solubilidad del sulfato de calcio ofrecen comparaciones ilustrativas; no sustituyen a un análisis completo del agua ni a un modelo de proceso validado.
Soluciones de separación, purificación y concentración
Lenntech puede evaluar opciones de tratamiento para aguas que contienen compuestos de calcio. El proceso adecuado depende de la composición del agua, la calidad deseada, el objetivo de recuperación, el potencial de formación de incrustaciones y la gestión de los residuos. Las opciones siguientes son posibles enfoques; ninguna tecnología es adecuada para todas las corrientes.
| Problema de tratamiento del agua | Posible proceso de tratamiento | Consideraciones para la selección |
|---|---|---|
| Dureza en agua municipal, de servicios auxiliares o de proceso | Ablandamiento con cal o intercambio iónico | El tratamiento con cal puede precipitar carbonato de calcio; el intercambio iónico en ciclo de sodio intercambia calcio y magnesio por sodio y genera una salmuera de regeneración. |
| Calcio y otros iones disueltos en el agua de alimentación | Nanofiltración (NF), ósmosis inversa (RO) o electrodiálisis reversible (EDR) | La NF suele reducir preferentemente los iones divalentes, mientras que la RO y la EDR presentan características de separación diferentes. La recuperación está limitada por la saturación, el pretratamiento, las condiciones de operación y la gestión del concentrado. |
| Riesgo de incrustaciones de carbonato de calcio o sulfato de calcio | Análisis del agua y evaluación del riesgo de incrustaciones, seguidos, cuando proceda, de ablandamiento, ajuste del pH o de la alcalinidad, dosificación de antiincrustante o una estrategia de operación con menor recuperación | La medida de control adecuada depende de la fase mineral y de la composición química de la corriente. Un índice de incrustación por sí solo no constituye una evaluación completa para el diseño. |
| Precipitados que contienen calcio o corrientes ricas en fosfato | Precipitación selectiva seguida de separación de sólidos; puede evaluarse la cristalización cuando resulte apropiada la recuperación | Es necesario evaluar la química de precipitación, las propiedades de los lodos, las concentraciones residuales y la calidad del producto para la corriente específica. |
| Salmuera concentrada o corrientes residuales | Concentración adicional mediante membranas u opciones de vertido cero de líquidos (ZLD) y cristalización | La demanda energética, el control de incrustaciones, la selección de materiales y la calidad y gestión de los sólidos recuperados afectan a la viabilidad. |
Impacto operativo y requisitos
El calcio disuelto contribuye a la dureza. Según la alcalinidad, el pH, la temperatura y los demás iones presentes, el calcio puede contribuir a la formación de depósitos en tuberías, intercambiadores de calor, calderas y sistemas de membranas. La dureza también puede afectar al consumo de jabón y a las especificaciones del agua de proceso. El calcio es un nutriente esencial y el agua potable puede contribuir a su ingesta alimentaria; los requisitos aplicables dependen de la jurisdicción y del uso previsto.
Para el riego y la reutilización industrial, el calcio debe considerarse junto con la salinidad, el sodio, el magnesio y la aplicación prevista. En los sistemas de tratamiento, la eliminación del calcio puede exigir prestar atención al control de la corrosión, la estabilización, la gestión del concentrado o los lodos y los efectos del tratamiento sobre otros parámetros de calidad del agua.
Desarrollo de una solución de tratamiento
Un análisis representativo del agua ayuda a identificar las especies de calcio, los riesgos de incrustación y las vías de tratamiento adecuadas. Cuando proceda, los ensayos de laboratorio y la validación a escala piloto pueden evaluar el rendimiento en condiciones de operación representativas antes de seleccionar un diseño a escala industrial. La evaluación de viabilidad del proceso de Lenntech describe este enfoque de evaluación.
Consulte sobre un problema de tratamiento de agua
Para consultar sobre la composición de un agua o una salmuera concretas, contacte con Lenntech en info@lenntech.com.
Fuentes y lecturas complementarias
- Servicio Geológico de Estados Unidos: Dureza del agua.
- Servicio Geológico de Estados Unidos: Componentes y propiedades del agua subterránea.
- Servicio Geológico de Estados Unidos: Solubilidad de la calcita, la aragonita y la vaterita en soluciones de CO₂–H₂O.
- PubChem: Cloruro de calcio.
- PubChem: Sulfato de calcio.
- Organización Mundial de la Salud: Dureza del agua potable.