Estudio de las Interacciones Microorganismo-Mineral en la Biolixiviación de la Calcopirita con Sulfolobus Metallicus

Abstract

En este trabajo de tesis se estudió la influencia catalítica de Sulfolobus metallicus en la biolixiviación de calcopirita pura a 70ºC y pH 1,5. La lixiviación se realizó en medio basal Norris en matraces agitados con muestras de calcopirita sintética y natural molida entre -80 # + 120# de Andina. Las muestras fueron caracterizadas monitoreando la concentración de cobre, ferroso, hierro total, sulfato y la población de células en la solución. Se utilizó difracción de rayos x (DRX) para caracterizar los sólidos. Se realizaron análisis por microscopía electrónica de barrido acoplado a espectroscopía de energía dispersiva (SEM-EDS) para determinar la adherencia de las células al mineral. Para evaluar separadamente la influencia de las células planctónicas y las células adheridas en el proceso catalítico, en algunos experimentos los microorganismos fueron impedidos de estar en contacto con la calcopirita manteniéndolos en una cámara separada. Complementariamente, se estudiaron las diferentes especies de azufre disueltas en solución por cromatografía lìquida a alta presión (HPLC) en condiciones abióticas con aire o nitrógeno y en condiciones de inoculación con Sulfolobus metallicus. Finalmente, se estudió a través de espectrografía fotoelectrónica de rayos x (XPS) los cambios superficiales que ocurren sobre la superficie de calcopirita sintética a 60ºC en ausencia (N2) y presencia de aire. Los resultados indicaron que en ausencia de hierro inicial en la solución, la máxima recuperación de cobre se obtiene cuando parte los microorganismos son capaces de adherirse a la superficie de la calcopirita, seguido por el caso abiótico aireado y finalmente el caso abiótico anaeróbico (donde casi no se produce disolución). Se determinó además que es necesaria la adherencia de una parte de la población de microorganismos a la superficie del mineral para aumentar la velocidad de lixiviación de la calcopirita y para mantener la población de microorganismos. Esta adherencia comienza en las grietas sobre la superficie y luego ocurre de manera heterogénea sobre la superficie. Se estableció que el mecanismo de acción de los S. metallicus sobre calcopirita podría ser el siguiente: una parte de los microorganismos que se han adherido a la calcopirita producen un compuesto intermedio, tiosulfato, que los microorganismos que quedan libres en la solución oxidan a sulfito y bisulfito que finalmente pasa a sulfato. Además, estos microorganismos oxidan Fe+2 a Fe+3 producido por la disolución de la calcopirita. En el caso en que se agrega inicialmente 1 g/l de Fe +3 a la solución, la máxima recuperación de cobre se obtiene en el caso abiótico aireado seguido por los casos inoculados y finalmente el caso abiótico anaeróbico. El mecanismo de disolución de la calcopirita es principalmente química. En los casos inoculados, los microorganismos toman el azufre o algún compuesto intermedio de azufre producido durante el proceso férrico de disolución como fuente de energía y además regeneran el Fe+2 a Fe+3. En cambio en los casos abióticos el mecanismo de disolución de la calcopirita viene dado por la reducción del oxígeno sobre la superficie del mineral y el hierro presente en la solución como ferroso (Eh bajo).