Generalidades del intercambio ionico

Generalidades del intercambio ionico
El intercambio de iones elimina los iones indeseados de un agua cruda transfiriéndolos a un material sólido, llamado un intercambiador de iones, que los acepta mientras cede un número equivalente de una especie deseable almacenada en el esqueleto del intercambiador de iones. El intercambiador de iones tiene una capacidad limitada para el almacenaje de ionesen su esqueleto, llamada “capacidad de intercambio”; debido a esto, el intercambiador de iones eventualmente se agota de sus iones deseables y se satura con los iones indeseados. Entonces se procede a un lavado con una solución fuerte de regeneración que contiene la especie deseable de iones, y éstos entonces substituyen los iones indeseables acumulados, volviendo el material del intercambio a unacondición usable. Esta operación es un proceso químico cíclico, y el ciclo completo incluye generalmente un lavado a contracorriente con la solución regeneradora, enjuague y servicio.
Los primeros intercambiadores de iones eran aluminosilicatos de sodio inorgánicos, algunos han sido fabricados sintéticamente partiendo de una forma natural de un mineral llamado zeolita. A pesar de que ahora estaszeolitas tienen un uso limitado para el tratamiento del agua, el nombre ha persistido, e incluso los intercambiadores de iones orgánicos sintéticos a menudo se llaman las zeolitas.
Los intercambiadores de iones que se utilizan en el tratamiento de aguas son estructuras de esqueleto que tienen muchos sitios de intercambio iónico, como se muestra en la Figura siguiente. 


Modelo de unintercambiador de cationes que muestra los sitios de intercambio en el esqueleto cargados negativamente

El esqueleto de plástico insoluble es un ion enormemente grande que esta eléctricamente cargado para mantener los iones con carga opuesta. Como tal, el intercambiador de iones se relaciona con los polielectrolitos utilizados para la coagulación y floculación, pero hechos deliberadamente conalto peso molecular para ser esencialmente insolubles. Los  intercambiadores con los sitios de carga negativa son
intercambiadores de cationes, ya que ocupan los iones cargados positivamente. Los intercambiadores de aniones están cargados positivamente y, por consiguiente, toma los iones negativos. La estructura plástica es porosa y permeable,  de modo que la partícula de intercambio iónico participa enel todo proceso.
Los intercambiadores típicos son en forma de gránulos, que tiene un tamaño aproximado de 20 a 50 Mallas (0,8 a 0,3 mm). La capacidad también se expresa como miliequivalentes por el mililitro (meq/mL), que es igual que normalidad; miliequivalentes por gramo seco (meq/g); y kilogramos por pie cúbico (kg/pie3).
En la historia temprana del ablandamiento por zeolita, era común a ladureza del agua se expresara en gramos por galón (gr/gal) (1 gr/gal aprox 17.1 mg/L). Debido a este uso común, la capacidad de las zeolitas se clasificó en kilogramos capacidad de intercambio por metro cúbico de zeolita, un término algo incomodo. El factor de conversión de la normalidad de la resina a kilogramos por pie cúbico (kgr/ft3) es de aproximadamente 22, de modo que un intercambiadorcatiónico con una capacidad de 2,0 meq / ml tiene una capacidad de intercambio de aproximadamente el 44 kg/ft3.
Utilizando la normalidad como una base para expresar el intercambio de un material intercambiador de iones y también para expresar la concentración de electrolitos en agua, es muy fácil de utilizar la expresión clásica,
VxNx = VwNw
Donde:
Vx = volumen de material de intercambio
Nx =normalidad del intercambiador
Vw = volumen de agua procesada por ciclo
Nw = normalidad de los electrolitos intercambiable en el agua

Por ejemplo, un agua que tenga un contenido de electrolitos totales de 200 mg / L expresado como
CaCO3 tiene una dureza de 150 mg / L, la normalidad de los electrolitos intercambiables
si esta agua es ablandada es 150/50, o 3,0 meq / L, o 0.003 N Si esta se...