Níquel en el Agua

Símbolo Ni, número atómico 28, metal duro, blanco plateado, dúctil y maleable. La masa atómica del níquel presente en la naturaleza es 58.71.

El níquel tiene cinco isótopos naturales con masas atómicas de 58, 60, 61, 62, 64. También se han identificado siete isótopos radiactivos, con números de masa de 56, 57, 59, 63, 65, 66 y 67.

La mayor parte del níquel comercial se emplea en el acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión. También es importante en monedas como sustituto de la plata. El níquel finamente dividido se emplea como catalizador de hidrogenación.

El níquel es un elemento bastante abundante, constituye cerca de 0.008% de la corteza terrestre y 0.01% de las rocas ígneas. En algunos tipos de meteoritos hay cantidades apreciables de níquel, y se piensa que existen grandes cantidades en el núcleo terrestre. Dos minerales importantes son los sulfuros de hierro y níquel, pentlandita y pirrotita (Ni, Fe)xSy; el mineral garnierita, (Ni, Mg)SiO3.nH2O, también es importante en el comercio. El níquel se presenta en pequeñas cantidades en plantas y animales. Está presente en pequeñas cantidades en el agua de mar, el petróleo y en la mayor parte del carbón.

El níquel metálico es fuerte y duro (3.8 en la escala de Mohs), Cuando está finamente dividido, es de color negro. La densidad del níquel es 8.90 veces la del agua a 20ºC (68ºF); se funde a 1455ºC (2651ºF) y hierve a 2840ºC (5144ºF); es sólo moderadamente reactivo. Resiste la corrosión alcalina y no se inflama en trozos grandes, pero los alambres muy finos pueden incendiarse. Está por encima del hidrógeno en la serie electroquímica; se disuelve con lentitud en ácidos diluidos liberando hidrógeno. En forma metálica es un agente reductor fuerte.

El níquel es dipositivo en sus compuestos, pero también puede existir en los estados de oxidación 0, 1+, 3+, 4+. Además de los compuestos simples o sales, el níquel forma una variedad de compuestos de coordinación o complejos. La mayor parte de los compuestos de níquel son verdes o azules a causa de la hidratación o de la unión de otros ligandos al metal. El ion níquel presente en soluciones acuosas de compuestos simples es a su vez un complejo, el [Ni(H2O)6]2+.

Efectos del Níquel sobre la salud

El níquel es un elemento que ocurre en el ambiente sólo en muy pequeños niveles. Los humanos usan el níquel para muchas aplicaciones diferentes. La aplicación más común del níquel es el uso como ingrediente del acero y otros productos metálicos. Este puede ser encontrado en productos metálicos comunes como es la joyería.

Los alimentos naturalmente contienen pequeñas cantidades de níquel. El chocolate y las grasas son conocidos por contener altas cantidades. El níquel es tomado y este aumentará cuando la gente come grandes cantidades de vegetales procedentes de suelos contaminados. Es conocido que las plantas acumulan níquel y como resultado la toma de níquel de los vegetales será eminente. Los fumadores tiene un alto grado de exposición al níquel a través de sus pulmones. Finalmente, el níquel puede ser encontrado en detergentes. Los humanos pueden ser expuestos al níquel al respirar el aire, beber agua, comer comida o fumar cigarrillos. El contacto de la piel con suelo contaminado por níquel o agua puede también resultar en la exposición al níquel. En pequeñas cantidades el níquel es esencial, pero cuando es tomado en muy altas cantidades este puede ser peligroso para la salud humana.

La toma de altas cantidades de níquel tienen las siguientes consecuencias:

• Elevadas probabilidades de desarrollar cáncer de pulmón, nariz, laringe y próstata.
• Enfermedades y mareos después de la exposición al gas de níquel.
• Embolia de pulmón.
• Fallos respiratorios.
• Defectos de nacimiento.
• Asma y bronquitis crónica.
• Reacciones alérgicas como son erupciones cutáneas, mayormente de las joyas.
• Desordenes del corazón.

Efectos ambientales del Níquel

El níquel es liberado al aire por las plantas de energía y las incineradoras de basuras. Este se depositará en el suelo o caerá después de reaccionar con las gotas de lluvia. Usualmente lleva un largo periodo de tiempo para que el níquel sea eliminado del aire. El níquel puede también terminar en la superficie del agua cuando es parte de las aguas residuales. La mayor parte de todos los compuestos del níquel que son liberados al ambiente se absorberán por los sedimentos o partículas del suelo y llegará a inmovilizarse. En suelos ácidos, el níquel se une para llegar a ser más móvil y a menudo alcanza el agua subterránea.

No hay mucha más información disponible sobre los efectos del níquel sobre los organismos y los humanos. Sabemos que altas concentraciones de níquel en suelos arenosos puede claramente dañar a las plantas y altas concentraciones de níquel en aguas superficiales puede disminuir el rango de crecimiento de las algas. Microorganismos pueden también sufrir una disminución del crecimiento debido a la presencia de níquel, pero ellos usualmente desarrollan resistencia al níquel. Para los animales el níquel, es un elemento esencial en pequeñas cantidades. Pero el níquel no es sólo favorable como elemento esencial; puede ser también peligroso cuando se excede la máxima cantidad tolerable. Esto puede causar varios tipos de cánceres en diferentes lugares de los cuerpos de los animales, mayormente en aquellos que viven cerca de refinerías. No es conocido que el níquel se acumule en plantas o animales. Como resultado el níquel no se biomagnifica en la cadena alimentaria.

Las operaciones de precipitación y sedimentación química, llevadas a cabo de manera independiente o en combinación con reacciones de oxidación-reducción, se utilizan ampliamente para la eliminación de metales.

Los agentes de precipitación habitual son: cal, sosa cáustica y sulfuros. En la siguiente tabla se recogen sus características.

Cal, Ca(OH)2	Sosa Cáustica, NaOH	Sulfuros, NaSH y FeS
Reactivo más barato	Más cara que la cal	Tratamiento eficaz a bajas concentraciones
Genera grandes volúmenes de lodos	Genera menos volúmenes de lodos básicos	Lodo aplicable a la recuperación de suelos
Los lodos normalmente son aplicables a la recuperación de suelos	Lodo aplicable a la recuperación de suelos

También se emplean carbonatos de sodio y de calcio para metales cuando su solubilidad correspondiente, dentro de un intervalo de pH, no es la suficiente para acudir a este tratamiento.

Una variante de la operación de precipitación es la precipitación electrostática, la cual se encuentra en vías de implantación a escala industrial.

La sedimentación puede ser sustituida por una filtración dependiendo del metal a tratar, así para el caso de retirar zinc, la precipitación química con cal se acompaña de una filtración en lechos de arena.

Para retirar cadmio, níquel o plomo suele adicionarse en la etapa de precipitación con cal un agente de captación  para estos compuestos que está formado de silicatos, carbonatos  y fosfatos de metales alcalinos.  Esta adición además de obtener mayores rendimientos favorece la decantación.

Si se pretende retirar Zinc, Hierro, Cobre o Manganeso la cal empleada en la precipitación se puede sustituir por óxido de magnesio.

Intercambio Iónico

Para la eliminación de metales pesados en disoluciones diluidas resultan aplicables los sistemas de intercambio iónico.  Las resinas que se emplean son resinas de intercambio catiónico, que se clasifican en fuertemente o débilmente  ácidas.

Las resinas fuertemente ácidas presentan las siguientes selectividades (en orden decreciente de preferencia) hacia los diferentes cationes: bario, plomo, calcio, níquel, cadmio, cobre, zinc, magnesio, potasio, amoniaco, sodio e hidrógeno.

La ósmosis inversa constituye una alternativa para la eliminación de metales de corrientes residuales de bajo caudal.

Oxidación-Reducción

Las reacciones químicas de oxidación-reducción se emplean para reducir la toxicidad o la solubilidad, o para transformar una sustancia en otra más fácilmente manipulable. Como se ha visto con anterioridad esta operación mayoritariamente se combina con la precipitación química.

Las reacciones químicas de reducción se emplean principalmente para el tratamiento de corrientes que contiene cromo hexavalente, mercurio y plomo. Los agentes reductores más comunes son el dióxido de azufre, sales de sulfitos y sales de hierro.

Los procesos de reducción y precipitación de corrientes residuales que contienen cromo involucran una reducción del cromo hexavalente al estado trivalente en condiciones ácidas, pH £ 3, empleando dióxido de azufre como agente reductor, seguida de una precipitación con cal, en condiciones básicas, con pH entre 8 y 9:

H2Cr2O7 + 3SO2 ® Cr2(SO4)3 + H2O

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 ®2Cr(OH)3+3CaSO4