Por: Hermann Sáenz, Unimedios

Cristales de ilmenita con forma tetragonal encontrados en arenas negras en el Caño Danta, Guainía. Departamento de Geociencias UN.

Una piedra gredosa, que se halla en las playas de los ríos y los mares, logra degradar los contaminantes diluidos en las fuentes hídricas. Un trabajo de tres años permitió desarrollar la técnica, relativamente simple, que está en la mira de textileras, imprentas y de Ecopetrol.

La ilmenita, mineral que se encuentra a orillas de ríos y mares, podría ser la solución para descontaminar las aguas residuales de cientos de industrias que hoy envenenan los ríos del país.

Desde hace tres años, científicos de la Universidad Nacional de Colombia desarrollan un mecanismo que permite degradar los compuestos contaminantes presentes en los desechos líquidos, para evitar que pasen al estado gaseoso (al aire) y continúen un ciclo perjudicial para el ambiente.

"Trabajamos en algo denominado procesos avanzados de oxidación, los cuales se conocen desde hace 40 años en el mundo. Consiste en tomar los compuestos y degradarlos en un método que busca mineralizar la molécula, esto es, producir dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O), que no son nocivos para el ambiente", explica Herney Ramírez, profesor del Departamento de Ingeniería Química.

Imaginémonos un fenol (compuesto muy contaminante), un clorofenol (tóxico) y un colorante (compuesto de cadenas moleculares grandes muy peligrosas). Lo que hace el proceso es agarrar esas moléculas, romperlas y llevarlas a cadenas moleculares más pequeñas; el derivado que emerge no es tan contaminante. Todo lo anterior sucede dentro del líquido", explica Ramírez.

Un nuevo camino

Uno de los procesos avanzados de oxidación más conocidos es la reacción de Fenton, que consiste en tomar hierro y mezclarlo con peróxido de hidrógeno, es decir, agua oxigenada (H₂O₂). Se encontró que los dos compuestos reaccionaban y formaban lo que se conoce como radicales libres, que son altamente oxidantes y toman una molécula, la descomponen, la degradan y por último la mineralizan.

"El proceso tenía una dificultad y era la formación de lodos que no ayudan para nada en la industria o en las plantas de tratamiento porque se necesitaría otro procedimiento para retirar ese sobrante", comenta Ramírez.

Hace 25 años se empezaron a hallar nuevos procesos avanzados de oxidación en los que se agarra un sólido al cual se le pone hierro (Fe); el problema es que se necesitaba unir dióxido de titanio con el metal para generar los radicales deseados en contacto con la luz ultravioleta (UV), radiación que produce la oxidación. Esta es una unión difícil de realizar en laboratorio, por lo que se ensayaron varios métodos con el fin de lograr la mezcla.

Para ello era necesario un catalizador, sustancia que permite acelerar o propiciar una determinada reacción química en contacto físico con reactivos específicos, sin cambiar sus propiedades originales.

"Comenzamos a trabajar hace tres años en el tema e hicimos los primeros catalizadores usando una arcilla localizada en Tuluá (Valle del Cauca) llamada bentonita, que tiene la ventaja de contener hierro en su estructura. La empezamos a mezclar con el dióxido de titanio y obtuvimos unas microesferas que nos permitían degradar contaminantes, pero el catalizador se desactivaba en el proceso", menciona Ramírez.

El hallazgo

Finalmente, ingenieros químicos de Ingeominas descubrieron en la base de datos de la Institución un mineral que de manera natural tiene la mezcla de dióxido de titanio con óxido de hierro: la ilmenita. "Se ajustaba como anillo al dedo porque nos evitábamos el problema de buscar métodos de preparación para unir los dos compuestos, con el riesgo de que se desactivara el catalizador; era lo que buscábamos", agrega el experto.

En ese momento unieron fuerzas con los geólogos. El minerólogo Thomas Cramer, del Departamento de Geociencias, y sus estudiantes del Laboratorio de Geoquímica y Mineralogía Aplicada analizaron ilmenitas procedentes de Guaviare, Guainía y Putumayo recolectadas por los estudiantes Zezé Amaya, Amed Bonilla y José Franco.

La ilmenita es un óxido de titanio y hierro (FeTiO₃) que se forma originalmente en magmas, y después, cuando la roca se descompone por la meteorización, se concentra en arenas de ríos y playas. El mineral tiene una pequeña dificultad y es que no es puro, viene con algunas trazas de químicos no apropiados para la reacción, como magnesio, manganeso, calcio y potasio.

Se concluyó que el de mejor proporción en términos de hierro y dióxido de titanio es el de Guaviare. Aunque hace poco se descubrieron reservas cerca a las playas de Santa Marta, todavía no ha sido estudiada su calidad.

"Queremos estudiar cuáles ilmenitas ofrecen los mejores resultados y cómo se transforman durante la fotocatálisis", agrega Cramer.

La ilmenita es un sólido parecido a la arcilla o a la arena, que debe someterse a un complicado tratamiento de pulverización. Primero, se le debe separar la magnetita (un tipo de mineral magnético) usando un imán muy potente; al retirarlo, es necesario remover otros elementos adheridos mediante los ácidos sulfúrico, clorhídrico y nítrico. Así se purifica y se adquiere un alto contenido de dióxido de titanio y óxido de hierro.

Hasta ahí, "lo que obtenemos son grumos que, en ese estado, no sirven, pues necesitamos que la sustancia esté en suspensión (dispersa de forma uniforme en el medio líquido) para garantizar un buen contacto entre la materia contaminante y el sólido (ilmenita), que actúa como catalizador. Por eso, los grumos se muelen en un mortero especial –a futuro la idea es hacerlo en un molino de bolas– para conseguir las partículas deseadas", explica Ramírez.

Luego, la mezcla se vierte en agua, se agita, se expone a la luz UV y así se inicia un proceso de degradación de los contaminantes, en lo que se denomina una catálisis natural. Por ejemplo, si se toma una muestra de agua contaminada con el colorante Naranja 2, muy usado por las textileras, mediante este tratamiento se logra purificarla en 70% y hacerla transparente. Cabe destacar que de un kilo de ilmenita natural, sin procesar, se obtienen solo 300 gramos aptos para depurar el agua contaminada.

"La mayor ventaja es que usamos un mineral que se encuentra en la naturaleza, solo hay que recogerlo; si bien su trituración no es tan fácil, el proceso de purificación es simple. El principal contra es el costo de la luz UV, por eso queremos desarrollar un fotorreactor con el fin de aprovechar la luz del sol", afirma el experto.

Por ahora, empresas como Ecopetrol y las dedicadas a la imprenta y a las telas están interesadas en aplicar en sus técnicas industriales el mecanismo ideado por la UN. Los investigadores del Departamento de Ingeniería Química buscan por ahora una patente para el descubrimiento, que representaría un gran alivio para el ambiente.

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