Efecto de la concentración inicial de bacterias reductoras de sulfato y el pH del medio de cultivo sobre la biocementación de relaves mineros espesados en biorreactores estáticos alimentados por lotes

Abstract

Los relaves mineros, residuos generados durante la extracción y procesamiento de minerales, representan un desafío ambiental importante debido a su composición de roca molida, agua y minerales no valorizados, así como a los riesgos químicos y mecánicos asociados a su disposición. La elevada proporción de agua y el predominio de partículas finas aumentan su susceptibilidad a fenómenos de licuefacción, que pueden provocar fallas catastróficas en los depósitos y la liberación de contaminantes al entorno. La biocementación mediante precipitación de calcita inducida por microorganismos (MICP) se presenta como una estrategia prometedora para estabilizar los relaves, mejorando su resistencia física y química. El objetivo de esta memoria fue evaluar cómo el pH del medio de cultivo y la concentración inicial de bacterias reductoras de sulfato (BRS) afectan la eficiencia del proceso de biocementación en relaves mineros espesados. Para ello, se realizaron dos experimentos utilizando 16 biorreactores estáticos cerrados bajo condiciones anóxicas y temperatura ambiente durante 63 días. Nueve biorreactores se emplearon para estudiar el efecto del pH del medio de alimentación, y siete para analizar la influencia de la concentración inicial de BRS. Los resultados demostraron que ambos factores afectan significativamente la biocementación. Se identificó un pH óptimo de 9,0 para maximizar la eficiencia del consorcio bacteriano. Asimismo, mayores concentraciones iniciales de BRS promovieron mayor actividad metabólica y formación de calcita. Sin embargo, la centrifugación y la adición de calcio afectaron la viabilidad bacteriana, reduciendo la eficiencia global del proceso. Estos hallazgos resaltan la importancia de optimizar la preparación e inoculación bacteriana, así como controlar parámetros críticos, para lograr una estabilización efectiva de los relaves mediante biocementación.

Mine tailings, residues generated during mineral extraction and processing, represent a significant environmental challenge due to their composition of crushed rock, water, and non-valuable minerals, as well as the chemical and mechanical risks associated with their disposal. The high-water content and predominance of fine particles increase their susceptibility to liquefaction, which can lead to catastrophic failures in storage facilities and the release of contaminants into the environment. Microbially induced calcite precipitation (MICP) has emerged as a promising strategy to stabilize tailings, enhancing both their physical and chemical resistance. The objective of this thesis was to evaluate how the pH of the culture medium and the initial concentration of sulfate-reducing bacteria (SRB) affect the efficiency of the biocementation process in thickened mine tailings. Two experiments were conducted using a total of 16 closed static bioreactors maintained under anoxic conditions and room temperature for 63 days. Nine bioreactors were used to study the effect of the culture medium pH, while seven were employed to analyze the influence of the initial SRB concentration. The results demonstrated that both factors significantly affect biocementation. An optimal pH of 9.0 was identified to maximize the efficiency of the bacterial consortium. Higher initial concentrations of SRB promoted greater metabolic activity and calcite formation. However, the centrifugation process combined with calcium addition reduced bacterial viability, decreasing the overall efficiency of biocementation. These findings highlight the importance of optimizing bacterial preparation and inoculation procedures, as well as controlling critical parameters, to achieve effective stabilization of mine tailings through biocementation.