Simulación computacional para la obtención de una enmienda agrícola enriquecida en magnesio a partir de agua de mar

Abstract

En un contexto de escasez hídrica, se ha favorecido el desarrollo integral de la industria de la desalinización como fuente alternativa y sostenible a las aguas continentales. Los procesos convencionales de desalación separan el agua de mar en dos corrientes principales, una que contiene una baja concentración de sales disueltas, y otra de salmuera concentrada, que sería el desecho del proceso. Ésta última presenta una concentración de magnesio entre 1,9 a 3,3 g/L, por lo que se presenta como una potencial alternativa para la producción de una enmienda agrícola enriquecida en magnesio. En este estudio, se utilizó un enfoque de simulación computacional con el programa HSC Chemistry 6.0 para modelar y analizar el proceso de obtención de la enmienda agrícola a partir de agua de mar. Para esto, se llevaron a cabo experimentos de laboratorio, obteniendo variables fundamentales para la precisión de la simulación, variando el agente precipitante de la enmienda para seleccionar aquella con la que se obtengan mejores resultados. Finalmente, se evalúa un caso de estudio a nivel de ingeniería de perfil, para así estimar los costos operacionales y el orden de magnitud de la inversión asociado al proceso propuesto. Respecto a los agentes precipitantes, éstos fueron cal viva, cal apagada, caliza y cal hidráulica. Fueron probadas en el laboratorio para evaluar con cuál de ellas se llega a pH mayor a 11, que es el requerido para la etapa de precipitación y además presente menor costo operacional. Los pH obtenidos fueron 12,71; 12,34; 8,77 y 8,74 respectivamente, por lo tanto, para este proceso, se selecciona la cal viva como alcalinizante del sistema. Los resultados obtenidos a través de las simulaciones indican que en base al proceso planteado, se obtiene un precipitado compuesto principalmente por hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), carbonato de calcio (CaCO3) y sulfato de calcio (CaSO4), los cuales son propicios para la obtención de una enmienda agrícola enriquecida en magnesio. Sin embargo, al realizar un ensayo de DRX a la muestra final por elemento presente, ésta sólo cumple con la proporción de calcio y magnesio, que son 7,496% y 6,757% respectivamente, por lo tanto, se requiere de un acondicionamiento del producto final para que cumpla la composición de una enmienda agrícola enriquecida en magnesio como tal. Respecto al balance de masa y energía desarrollado, en el cual se considera como base de cálculo un caudal de salmuera de 4464 [m3/h] con una concentración de magnesio de 2,345 g/L se puede producir 81,44 t/h de una enmienda agrícola enriquecida en magnesio. Cabe destacar que para lograr la producción de esta enmienda, se requieren 2043 t/h de lechada de cal, esto equivale a 304,26 t/h de cal viva y 1738,84 t/h de agua de preparación. Desde el punto de vista energético, se requieren de 33.505 MJ en la etapa de secado para lograr que el producto final presente un 1% de humedad. Finalmente en el desarrollo de la ingeniería de perfil, una vez definido el lugar de implementación de la planta se pudo obtener el capex y el opex, los cuales son $USD 6.029.060 y $USD 4.432.241 respectivamente, en donde el principal costo asociado a la producción de enmienda agrícola enriquecida en magnesio es el uso del reactivo óxido de calcio. Por otro lado, el ingreso por venta de tonelada de enmienda agrícola alcanza los $USD 1137,405, por lo cual se obtiene un PayBack de 2 años, 4 meses y 9 días, por lo cual el proyecto se considera rentable y se sugiere continuar con la etapa de Ingeniería conceptual.