Quando se utiliza a água para uma determinada aplicação na indústria, é importante se atentar quais são as características exigidas pelo sistema, pois o uso de uma água não adequada poderá gerar problemas nos processos da planta. Um dos casos mais pertinentes ao meio industrial é a presença de sais mineiras na composição da água utilizada, que pode interferir no desempenho de equipamentos ou até mesmo danificá-los, por meio de incrustações, corrosões ou contaminações nas linhas de processo.

Por exemplo, se houver sais com íons de cálcio ou magnésio (propriedade chamada de “dureza da água”), poderá haver a deposição de sólidos no interior de tubulações e acessórios, o que por sua vez, causa entupimentos, constrições, ineficiência de trocas térmicas entre outros problemas. Este é um dos motivos pelo qual águas de caldeiras não podem possuir dureza, afinal iriam afetar o desempenho de todo o processo, além de poder causar acidentes por conta dos picos de pressão causadas na linha em pontos incrustados.

Outro problema comum é o caso de painéis de fornos de indução, em que o uso de água de resfriamento inadequada pode gerar curtos-circuitos por conta da condutividade elétrica elevada causada pelos íons. Para evitar a queima de componentes elétricos dos painéis, é ideal que a condutividade elétrica da água possua valores ótimos na faixa de 10 µS/cm, com um máximo de 50 µS/cm – ou seja, exige-se uma água tratada com controle rigoroso.

Neste contexto, se mostra necessário montar um sistema de tratamento de água para eliminar eventuais danos causados por esses sais. Existem diversas técnicas de purificação de água, cada uma possuindo uma finalidade, eficiência e custo característico que devem ser ponderados na hora de se escolher o melhor tratamento. Entretanto, a alternativa considerada mais eficiente para remover cátions metálicos e aníons presentes na água é a utilização de resinas de troca iônica por apresentar diversas vantagens, como possuir um baixo custo de aquisição, operação e manutenção. Essa técnica pode ser utilizada para remoção parcial de íons (chamado de abrandamento da água, em que somente os cátions são removidos) ou para se remover todos os íons presentes na água (chamado de deionização ou desmineralização).

Esse processo consiste no uso de grânulos poliméricos sintéticos (geralmente copolímeros do estireno com divinil benzeno), na forma de partículas esféricas de diâmetro 300 a 1.180 µm que tem em sua estrutura molecular radicais ácidos (resinas catiônicas) ou básicos (resinas aniônicas) que não sejam indesejáveis à aplicação da água tratada. Esses radicais, quando em contato com os íons na água que possuam carga de mesmo sinal, causam um fenômeno chamado de troca iônica, em que o radical da resina se “desprende” do polímero, de forma que o íon presente na água possa tomar seu lugar, havendo a troca do íon ligado à resina.

Esse fenômeno ocorre até todos os radicais originais da resina terem sido substituídos pelos íons da água, alcançando um ponto de saturação. Neste ponto, a resina não consegue mais remover os sais da água e precisa passar por um processo de regeneração, em que a resina irá retornar ao seu estado inicial e poderá ser utilizado no abrandamento/deionização de água novamente. Essa regeneração consiste em banhar a resina em uma solução aquosa com uma substância rica no íon da sua composição original, de forma que haja uma nova troca iônica e a superfície do polímero retorne a possuir sua estrutura radical original. Porém, é importante ressaltar que esse procedimento não é totalmente irreversível, sendo que a cada regeneração, sítios da resina vão perdendo sua capacidade de troca iônica com o tempo, exigindo a troca da resina com certa regularidade dependendo das especificações do fabricante e do serviço aplicado (por exemplo, tratamento de águas mais duras resultarão num tempo útil de resina menor do que águas brandas).

Como já foi citado acima, existe dois tipos principais de resinas, de uma terceira mista que consiste na mistura de ambas. Abaixo, pode-se conferir algumas informações sobre como essas resinas atuam:

Resina Catiônica: esse tipo de resina possui em sua terminação grupamentos ácidos que removem cátions metálicos da água por troca iônica, tais como: magnésio, cálcio, ferro, entre outros. Essa resina pode ser classificada em 2 grupos, de acordo com o tipo de radical que possuem: resina catiônica fortemente ácida, possuindo radicas H+ ou Na+, exigindo regeneração com soluções de HCl ou NaCl respectivamente (em desmineralizações, é preciso usar ácido clorídrico como regenerante da resina catiônica para de obter água sem íons); e resina catiônica fracamente ácida, possuindo exclusivamente radicas H+, que por sua vez exige regeneração HCl. Dessa forma, resinas que utilizam H+ como radical de troca iônica dizem estar no “ciclo ácido”, pois reduzem o pH da água tratada. Já quando se usa sal (isento de iodo e outros íons que não sejam Na+ e Cl-), diz-se que a resina está no “ciclo sódico”, pois a água tratada sai do abrandador carregada com íons Na+.

Resina Aniônica: Esse tipo de resina possui em sua terminação grupamentos básicos que removem aníons da água por troca iônica, tais como: cloretos, sulfatos, nitratos, entre outros. Pelo mesmo raciocínio utilizados nas resinas catiônicas, a resina aniônica pode ser classificada em 2 grupos, de acordo com o tipo de radical que possuem: resina aniônica fortemente básica, possuindo radicas OH- ou Cl-, e que exige regeneração com soluções de NaOH ou NaCl (em desmineralizações, é preciso usar o hidróxido de sódio necessariamente como regenerante da resina aniônica para de obter uma água tratada sem íons); e resina aniônica fracamente básica, a qual possui exclusivamente radicas OH-, que podem ser regeneradas por NaOH ou Ca(OH)2. Dessa forma, resinas que utilizam OH- como radical de troca iônica aumentam o pH da água tratada, criando um “ciclo básico”. Já quando se usa sal (isento de iodo e outros íons que não sejam Na+ e Cl-), a água tratada sai do abrandador carregada com íons Cl-, motivo pelo qual não se pode utilizar esse tipo de regenerante em sistemas de desmineralização.

Resina mista: Assim como o nome sugere, a resina mista consiste de uma mistura composta por resina catiônica e aniônica, podendo ser fortemente ou fracamente ácida com fortemente ou fracamente básica. Elas possibilitam a remoção tanto de cátions quanto de ânions da água, porém sua regeneração é muita mais complexa e cara que a de uma resina de propósito único, pois exige uma separação dos tipos de resinas quando se atinge a saturação, uma regeneração individual adequada para cada tipo e então a remistura das resinas.

Além de serem amplamente utilizadas para se obter água desmineralizada ou abrandada, as resinas de troca iônica podem ser utilizadas em industrias de galvanoplastia, para recuperação de íons metálicos como zinco, cobre, cromo, níquel, entre outros. Nas indústrias de mineração, utilizadas na recuperação de urânio, platina, ouro, entre outros, e para potabilidade da água, removendo boro, arsênio, nitrato, entre outros. Mas para estes íons metálicos, trabalha-se com resinas de troca iônica que possuem seletividade específica para tais finalidades.