Procesamiento de sulfuros complejos · PDF file 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de...

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  • CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES

    AVANZADOS, S.C.

    PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES

    ESTUDIO DE LOS PROCESOS RELEVANTES

    ASOCIADOS A LA BIOFLOTACIÓN SELECTIVA DE

    MINERALES SULFUROSOS COMPLEJOS CON

    LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS

    Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en

    Ciencias de Materiales presenta:

    CARLA VERÓNICA DÍAZ LÓPEZ

    DIRECTORES DE TESIS

    DRA. EMMA TERESA PECINA

    DR. ERASMO ORRANTIA BORUNDA

    Chihuahua,Chih. Septiembre 2011

  • DEDICATORIA

    A mis padres, Carlos y Emilia, que siempre me han apoyado y que

    fueron los que me enseñaron a siempre terminar lo que empiezo. Que

    con su ejemplo de lucha han dejado una huella imborrable en mí.

    A mis hijos Luis Carlos y Amina Sofía, que son mi inspiración día a

    día, verlos crecer es lo máximo.

    A mi esposo Ramón que sin su apoyo no habría podido terminar mis

    estudios.

    A todos mis seres queridos, hermanos y amigos, porque de alguna

    manera u otra han estado presentes apoyándome.

    A Dios por darme esperanza y fuerza en estos últimos años.

    Dedico a todos con amor.

  • AGRADECIMIENTOS

    Agradezco a la Dra. Emma Pecina por su apoyo incondicional y por

    ayudarme a realizar este sueño.

    A mis asesores y revisores de tesis por sus valiosas observaciones y

    aportaciones a mi trabajo.

    Al CONACYT y a la Secretaría de Educación Pública (SEP) por el apoyo

    económico otorgado mediante la beca No. 240118/212218 y el

    financiamiento de la experimentación derivado del proyecto SEP-CYT de

    Ciencia Básica, CB-2005-48639-R "Estudio de los procesos relevantes

    asociados a la bioflotación selectiva de minerales sulfurosos complejos".

  • i

    ÍNDICE GENERAL

    RESUMEN 1

    ABSTRACT 2

    CAPÍTULO 1 3

    INTRODUCCIÓN 3

    CAPÍTULO 2 8

    ANTECEDENTES 8

    2.1 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8

    2.2 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12

    2.3 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIÓN BACTERIANA 15

    2.3.1 PUNTO ISOELÉCTRICO (IEP) 18

    2.4 MODELOS TERMODINÁMICOS PARA ISOTERMAS 19

    2.5 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIÓN 20

    2.6 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22

    2.6.1 BACTERIAS COMO COLECTORES 22

    2.7 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFÁTICOS 23

    2.8 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMÁTICO-ALIFÁTICO 23

    2.9 MECANISMOS DE INTERACCIÓN MINERAL-COLECTOR 24

    2.9.1 INTERACCIONES QUÍMICAS MINERAL-COLECTOR 25

    2.9.2 INTERACCIONES FÍSICAS MINERAL-COLECTOR 25

    2.9.3. INTERACCIONES ELECTROQUÍMICAS MINERAL-COLECTOR 26

    2.10 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27

    2.11 INTERACCIONES GALVÁNICAS 30

    2.12 ACTIVACIÓN 32

    2.13 ACTIVACIÓN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

  • ii

    CAPÍTULO 5 37

    OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

    5.1 OBJETIVO GENERAL 37

    5.2 OBJETIVOS PARTICULARES 37

    CAPÍTULO 6 39

    MATERIALES Y METODOS ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

    6.1 MINERALES Y REACTIVOS 39

    6.2 METODOLOGÍA 40

    6.2.1 CULTIVO 40

    6.2.2 ISOTERMAS DE ADHESIÓN 41

    6.2.3 DETERMINACIÓN DE HIERRO 41

    6.2.4 ELECTROFORESIS 42

    6.2.5 PRUEBAS DE MICROFLOTACIÓN 43

    CAPÍTULO 7 46

    RESULTADOS Y DISCUSIÓN 46

    7.1 CINÉTICA DE CRECIMIENTO 46

    7.2 CINÉTICA DE ADHESIÓN 48

    7.3 ISOTERMAS DE ADHESIÓN 50

    7.4 POTENCIAL ZETA 61

    7.4.1 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

    7.4.2 L. FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

    7.4.3 CORRELACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 67

    7.5 MICROFLOTACIÓN 71

    CAPÍTULO 8 90

  • iii

    CONCLUSIONES 90

    CAPÍTULO 9 94

    RECOMENDACIONES 94

    CAPÍTULO 10 95

    REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 95

  • iv

    ÍNDICE TABLAS

    TABLA 1. APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIÓN 9

    TABLA 2. ANÁLISIS QUÍMICO DE LOS MINERALES EMPLEADOS 39

    TABLA 3. MEDIO DE CULTIVO 9K 40

    TABLA 4. GRUPOS QUE SE ENCUENTRAN EN LA SUPERFICIE EN DIFERENTES ESPECIES

    MOLECULARES QUE PUEDEN ESTAR PRESENTES EN LA SUPERFICIE BACTERIANA Y SU

    CONSTANTE DE DISOCIACIÓN (PKA). 63

    TABLA 5. ÁREA SUPERFICIAL DE LOS MINERALES ESTUDIADOS 755

    TABLA 6. MUESTRA LOS VALORES OBTENIDOS DE AZUFRE ELEMENTAL EN CALCOPIRITA Y

    PIRROTITA NATURAL Y EN MEZCLAS. 799

    TABLA 7. AFINIDAD DE L. FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN M.A.T.S. CON

    DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIÓN DE TIONOCARBAMATO.

    87

    TABLA 8. AFINIDAD DE L. FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN M.A.T.S. CON

    DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIÓN DE TIONOCARBAMATO.

    88

  • v

    ÍNDICE FIGURAS

    FIGURA 1. ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

    FIGURA 2. ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACÁRIDO 15

    FIGURA 3. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIÓN DE POTENCIAL EN LA

    INTERFASE SÓLIDO/LÍQUIDO. IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT,

    RESPECTIVAMENTE (HUNTER, 1981). 17

    FIGURA 4. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIÓN DE LA GALENA

    (1) Y PIRITA (2). POTENCIALES DE REPOSO DE LA GALENA (A), MIXTO (B), PIRITA (C) 31

    FIGURA 5. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE L.F. EN MEDIO 9K-FERROSO. ESCALA LOGARÍTMICA. 47

    FIGURA 6. EVOLUCIÓN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIÓN Y DE LA CONCENTRACIÓN DE

    FERROSO DEL CULTIVO DE L. FERROOXIDANS. 48

    FIGURA 7. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

    CONTACTO CON CALCOPIRITA. 49

    FIGURA 8. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

    CONTACTO CON PIRROTITA. 49

    FIGURA 9. CINÉTICA DE ADHESIÓN DE L. FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIÓN DE PH

    EN SOLUCIÓN A UN PH DE 2.5 DONDE A ES 2.4X107, B 2.14X107, C 1.82X107 Y D 1.13X107

    BACT/ML. 52

    FIGURA 10. LA GRÁFICA MUESTRA LA CONCENTRACIÓN DE FE2+ EN SOLUCIÓN DURANTE UNA

    FRACCIÓN DE TIEMPO. 53

  • vi

    FIGURA 11. LA GRÁFICA MUESTRA LA CONCENTRACIÓN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

    MINERALES DURANTE UNA FRACCIÓN DE TIEMPO. 54

    FIGURA 12. CINÉTICA DE ADHESIÓN DE L. FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIÓN DEL

    PH EN SOLUCIÓN A PH 2.5, DONDE A ES 2.48X107, B 1.6X107, C 3.45X107 Y D 3.45X107 BACT/ML.

    55

    FIGURA 13. INFLUENCIA DEL TIEMPO EN LA ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS A PIRROTITA. LA

    CONCENTRACIÓN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 2.14 X 107. SÍMBOLOS: ■, XA, NÚMERO DE

    BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA; ♦,XL, NÚMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

    MILILITRO. 56

    FIGURA 14. INFLUENCIA DEL TIEMPO EN LA ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS A CALCOPIRITA.

    LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 1.6 X 107CEL/ML. SÍMBOLOS: ■, XA, NÚMERO

    DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA; ♦,X L, NÚMERO DE BACTERIAS LIBRES

    POR MILILITRO. 57

    FIGURA 15. ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIÓN DE TIEMPO DE

    CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES. ■ 1.82 X 107CEL/ML, ♦ 2.14X107

    CEL/ML. 58

    FIGURA 16. ISOTERMA DE ADSORCIÓN EN EQUILIBRIO (10 MIN) PARA L. FERROOXIDANS EN

    PIRROTITA. LA LÍNEA SÓLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR. 59

    FIGURA 17. ISOTERMA DE ADSORCIÓN EN EQUILIBRIO (120 MIN) PARA L. FERROOXIDANS EN

    CALCOPIRITA. LA LÍNEA SÓLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR. 59

    FIGURA 18. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN MÁXIMA, XAM Y LA CONSTANTE DE

    EQUILIBRIO, KA, EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA. 60

    FIGURA 19. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN MÁXIMA, XAM Y LA CONSTANTE DE

    EQUILIBRIO, KA, EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN CALCOPIRITA. 61

  • vii

    FIGURA 20. COMPORTAMIENTO DEL POTENCIAL ZETA DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS. 62

    FIGURA 21. COMPARACIÓN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L. FERROOXIDANS PURA Y

    ADAPTADA, PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA. 65

    FIGURA 22. COMPARACIÓN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L. FERROOXIDANS PURA Y

    ADAPTADA, CALCOPIRITA PURA Y BIOMODIFICADA 66

    FIGURA 23. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO DE L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA DE

    LA CALCOPIRITA A PH 3. LA FIGURA PRESENTA LA VELOCIDAD DE ADSORCIÓN DE LA BACTERIA

    SOBRE LA CALCOPIRITA. LA LÍNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

    BACTERIA A PH 3. LA ADHESIÓN FUE DETERMINADA A PH 2.5. ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

    NANO3. 67

    FIG 24. POTENCIAL ZETA DE L. FERROOXIDANS Y DEL AZUFRE ELEMENTAL EN FUNCIÓN DEL PH.

    ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE S° DE 10-2M NANO3. 68

    FIGURA 25. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

    DE LA CALCOPIRITA A PH 9. ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3. 69

    FIGURA 26. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO DE L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA DE

    LA PIRROTITA A PH 3. LA FIGURA PRESENTA LA VELOCIDAD DE ADSORCIÓN DE LA BACTERIA

    SOBRE LA PIRROTITA. LA AD