Biolixiviación de cobre en mineral sulfurado

Biolixiviación de cobre en mineral sulfurado

Abstract

La solubilización de metales a partir de minerales bajo la acción directa o indirecta de microorganismos para la recuperación posterior de los metales en solución se conoce como “biolixiviación”. Este método es una alternativa económica para la recuperación de metales a partir de minerales, especialmente minerales de baja ley y residuos de las actuales operaciones de minería, que requiere un moderado capital de inversión y costos de operación. En este trabajo, se estudia la cinética de lixiviación de una muestra de calcopirita de 1 a 2% de ley bajo 4 condiciones 2 controles sin bacteria de los cuales 1 contenía la fuente de ion férrico en forma de FeSO4 y 2 con cultivo de Acidithiobacillus ferrooxidans de los cuales 1 no contenía la fuente de ion férrico. Se observa que de las 4 condiciones la muestra con la bacteria y con la fuente de ion férrico presentó el mayor porcentaje de recuperación de cobre, lo que prueba su importancia en el proceso de lixiviación, sin embargo, se observó que sin la fuente de Fe2+ ,su sola presencia no fue suficiente para alcanzar un buen porcentaje de lixiviación, por lo que se prueba a su vez que su rol es de catalizador  mientras que el ion férrico es el que realiza la solubilización del cobre, lo que concuerda con el mecanismo indirecto de biolixiviación.

Palabras clave: biolixiviación, calcopirita, cobre,  Acidithiobacillus ferrooxidans.

Introducción

La solubilización de metales a partir de minerales bajo la acción directa o indirecta de microorganismos para la recuperación posterior de los metales en solución se conoce como “biolixiviación”. Este método es una alternativa económica para la recuperación de metales a partir de minerales, especialmente minerales de baja ley y residuos de las actuales operaciones de minería, que requiere un moderado capital de inversión y costos de operación. La lixiviación en pilas, depósitos, etc., con microorganismos ofrece una serie de ventajas que abarcan equipos simples, inversión y costos de operación menores, y rendimientos razonables. En la biolixiviación, los sulfuros metálicos se extraen del mineral mediante células microbianas que son quimiolitotróficas y crecen a un pH bajo. Estas células oxidan el hierro y / o azufre reducido para usarlos como fuentes de energía, con lo que biolixivia el mineral. El hierro férrico oxida el sulfuro mineral liberando el metal en solución. Los compuestos reducidos de azufre generados durante el ataque de hierro férrico son oxidados aún más por las células a sulfato, ayudando a mantener el bajo pH requerido para la actividad celular y la acción del hierro férrico. Finalmente, la reducción del hierro ferroso generado durante el ataque mineral se oxida por los microorganismos a iones férricos. El microorganismo más estudiado ha sido la Acidithiobacillus ferrooxidans (Gentina, J. C., & Acevedo, F ; 2013)

La extracción de metales seleccionados de sulfuros minerales como la calcopirita puede ser un proceso oxidativo en el que los iones férricos son el oxidante y el componente de sulfuro del mineral se oxida a azufre elemental.

[pic 1]

Proceso paralelo de disolución no oxidativa que también es sensible al potencial, contribuye a la cinética de la lixiviación de calcopirita en soluciones de ácido sulfúrico

[pic 2]

Los microorganismos desempeñan un papel catalítico en la oxidación de iones ferrosos a iones férricos, regenerando así el oxidante.

[pic 3]

También oxidan el azufre a sulfato, generando ácido.

[pic 4]

El diseño y la operación del proceso de estas complejas operaciones metalúrgicas se pueden abordar mejor con la ayuda de modelos matemáticos que proporcionan una herramienta útil para comprender la interacción de las variables operativas más importantes en el comportamiento del proceso. (Neuburg, H. et al 1991)

Para hacer el análisis cinético de se usan dos estrategias medir, en matraz y en columna

Metodología Experimental

Preparación de inóculos de A. ferroxidans en medio 9K

Para los inóculos de la bacteria, se preparó 1 L de medio de cultivo 9K stock (10X) en agua destilada (sin adicionar la fuente de hierro), se ajustó el pH a 1,6 con H2SO4 10N y se esterilizó. Después se prepararon 200 ml de cultivo diluyendo 180 ml  del medio 9K stock (1X) preparado previamente en agua destilada. Luego se disolvieron FeSO4· 7H2O directamente en polvo y se volvió a ajustar el pH a 1,6 con la solución H2SO4 10N y se Inoculó con 20 ml de A. ferrooxidans. Luego se dejó el cultivo a 200 r.p.m., 30ºC y pH 1,6.

3.2 Biolixiviación de cobre en matraces

Para el estudio de biolixiviación se siguieron 4 cultivos en matraces, Cultivo y se siguió la cinética de crecimiento se puede medición Biomasa, pH y observar cambio de color en el medio de cultivo (Rojo, presencia de ion férrico Fe3+). Se prepararon 4 cultivos de 100 mL para el estudio: Control sin bacteria, Control con Fe2+, cultivo con A. ferroxidans y un cultivo con A. ferroxidans + Fe2+ (9 g/l). Para esto se prepararon 90 ml de medio cultivo 9K (1X) y adicionó el mineral como fuente de energía (10% p/v), luego se ajustó el pH a 1,6 mediante H2SO4 10N y se inoculó con 10 ml de un cultivo de A. ferrooxidans preparado en el paso anterior, tras lo cual se dejó 200 r.p.m., 30ºC y pH 1,6

- Para seguir la biolixiviación se midió pH y cobre en solución

4.- Metodología Analítica

Recuento de células: directo usando una cámara de Neubauer. Contando las células en el cuadrado central y de las esquinas con la ayuda de un contador manual.

Cuantificación de cobre en solución:

La medición de cobre en solución se realizó mediante determinación yodométrica

Soluciones:

- Solución de tiosulfato de sodio 0,1 N: Pesar 12,4 g de Na2S2O3*5H2O y 3 a 4 g de NaOH y aforar

a 1 litro.

- Solución patrón (2 g/l de Cu2+): Pesar 7,9 g de CuSO4*5H2O y acidularla con ácido sulfúrico 1 N

...