Rimozione del ferro dalle acque: reazione, diagramma di Pourbaix

Elevate concentrazioni di ferro nelle acque possono causare una serie di problemi e si deve procedere alla sua rimozione.
Il ferro è il metallo più abbondante all’interno della Terra costituendo il 34,6% della massa del nostro pianeta ed è il quarto elemento per abbondanza nell’intero universo. La concentrazione di ferro nei vari strati della terra  varia con la profondità. Essa è massima nel nucleo  che è costituito probabilmente da una lega di ferro e nichel e decresce fino al 4,75% nella crosta terrestre. 

Il ferro si trova nel terreno a basse concentrazioni e nelle acque sotterranee.
Nelle acque il ferro è presente nella forma solubile Fe2+ o Fe(OH)+ , sotto forma di Fe3+ o come idrossido di ferro (III)  scarsamente solubile.

La presenza del ferro nelle acque può anche avere origine industriale ed in particolar modo dall’industria mineraria o siderurgica.
In generale il ferro non presenta un pericolo per la salute umana o per l’ambiente, ma livelli eccessivi possono essere dannosi. Inoltre se è presente nell’acqua le conferisce una colorazione scura e un gusto metallico rendendola sgradevole per il consumo.

Può essere all’origine della corrosione degli scoli delle fogne a causa dello sviluppo di ferrobatteri.

I ferrobatteri sono un gruppo di microrganismi aerobi che ottengono carbonio dal biossido di carbonio e ricavano l’energia per il proprio organismo dall’ossidazione per via enzimatica del ferro dallo stato di ossidazione + 2 allo stato di ossidazione +3. Tali batteri accelerano la reazione che avviene naturalmente tra ossigeno e ioni Fe2+ presenti nell’acqua o sulla superficie di tubazioni metalliche catturando l’energia rilasciata dal processo di ossidazione e utilizzandola per il proprio metabolismo.

Reazione

La reazione che avviene è:

4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe(OH)3

In acqua aerata il potenziale redox dell’acqua è tale che avviene una ossidazione dello ione ferro (II) a ferro (III) che precipita come idrossido di ferro (III). Pertanto avviene una rimozione naturale del ferro disciolto:

4 Fe2+ + 3 O2 → 2 Fe2O3

Fe2O3 + 3 H2O → 2 Fe(OH)3

La formazione dell’idrossido insolubile comporta la possibilità di intasamenti delle tubazioni oltre che all’inquinamento di resine a scambio ionico usate per l’addolcimento delle acque.

Diagramma di Pourbaix

La forma in cui si trova il ferro disciolto in acqua dipende dal pH e dal potenziale come mostrato dal diagramma di Pourbaix il cui sono rappresentate le possibili condizioni stabili del sistema e può essere utilizzato per predire la forma in cui si trova il materiale metallico.

diagramma Pourbaix

Di solito le acque sotterranee hanno un basso contenuto di ossigeno, quindi un basso potenziale redox e un pH basso ( 5,5-6,5 ).

Le acque sotterranee sono naturalmente anaerobiche e il ferro rimane in soluzione pertanto è necessaria la sua rimozione.

La rimozione dello ione Fe2+ per via chimico-fisica si ottiene aumentando il potenziale redox dell’acqua per ossidazione grazie all’ossigeno presente nell’aria e ciò avviene per semplice ventilazione.

In caso di acqua acida il trattamento di ventilazione deve essere unito a una correzione del pH in modo che lo ione Fe2+ sia ossidato a Fe3+ che precipita come idrossido di ferro (III). Il precipitato è poi separato dall’acqua per filtrazione su sabbia o per decantazione.

La precipitazione per ossidazione chimica può essere ottenuta anche usando ossidanti forti quali il diossido di cloro ClO2, l’ozono O3 o il permanganato di potassio KMnO4.

Sono in commercio filtri deferrizzatori costituiti da un serbatoio contenenti il minerale pirolusite costituito da biossido di manganese MnO2.

L’acqua da trattare è saturata di ossigeno e successivamente attraversa il letto filtrante e subisce l’ossidazione del ferro. Esso precipita sul letto filtrante che ha la proprietà catalizzatrice nei riguardi nell’azione ossidativa.

Un altro tipo di filtro deferrizzante è costituito da zeolite al manganese che catalizza l’ossidazione del ferro e provvede alla filtrazione del precipitato formato.

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...