Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11...

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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

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CENTRO DE INVESTIGACIOacuteN EN MATERIALES

AVANZADOS SC

PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES

ESTUDIO DE LOS PROCESOS RELEVANTES

ASOCIADOS A LA BIOFLOTACIOacuteN SELECTIVA DE

MINERALES SULFUROSOS COMPLEJOS CON

LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS

Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en

Ciencias de Materiales presenta

CARLA VEROacuteNICA DIacuteAZ LOacutePEZ

DIRECTORES DE TESIS

DRA EMMA TERESA PECINA

DR ERASMO ORRANTIA BORUNDA

ChihuahuaChih Septiembre 2011

DEDICATORIA

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

fueron los que me ensentildearon a siempre terminar lo que empiezo Que

con su ejemplo de lucha han dejado una huella imborrable en miacute

A mis hijos Luis Carlos y Amina Sofiacutea que son mi inspiracioacuten diacutea a

diacutea verlos crecer es lo maacuteximo

A mi esposo Ramoacuten que sin su apoyo no habriacutea podido terminar mis

estudios

A todos mis seres queridos hermanos y amigos porque de alguna

manera u otra han estado presentes apoyaacutendome

A Dios por darme esperanza y fuerza en estos uacuteltimos antildeos

Dedico a todos con amor

AGRADECIMIENTOS

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

ayudarme a realizar este suentildeo

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

aportaciones a mi trabajo

Al CONACYT y a la Secretariacutea de Educacioacuten Puacuteblica (SEP) por el apoyo

econoacutemico otorgado mediante la beca No 240118212218 y el

financiamiento de la experimentacioacuten derivado del proyecto SEP-CYT de

Ciencia Baacutesica CB-2005-48639-R Estudio de los procesos relevantes

asociados a la bioflotacioacuten selectiva de minerales sulfurosos complejos

i

IacuteNDICE GENERAL

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

CAPIacuteTULO 1 3

INTRODUCCIOacuteN 3

CAPIacuteTULO 2 8

ANTECEDENTES 8

21 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8

22 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12

23 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIOacuteN BACTERIANA 15

231 PUNTO ISOELEacuteCTRICO (IEP) 18

24 MODELOS TERMODINAacuteMICOS PARA ISOTERMAS 19

25 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIOacuteN 20

26 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22

261 BACTERIAS COMO COLECTORES 22

27 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFAacuteTICOS 23

28 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMAacuteTICO-ALIFAacuteTICO 23

29 MECANISMOS DE INTERACCIOacuteN MINERAL-COLECTOR 24

291 INTERACCIONES QUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 25

292 INTERACCIONES FIacuteSICAS MINERAL-COLECTOR 25

293 INTERACCIONES ELECTROQUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 26

210 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27

211 INTERACCIONES GALVAacuteNICAS 30

212 ACTIVACIOacuteN 32

213 ACTIVACIOacuteN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

ii

CAPIacuteTULO 5 37

OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

51 OBJETIVO GENERAL 37

52 OBJETIVOS PARTICULARES 37

CAPIacuteTULO 6 39

MATERIALES Y METODOS iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO

61 MINERALES Y REACTIVOS 39

62 METODOLOGIacuteA 40

621 CULTIVO 40

622 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 41

623 DETERMINACIOacuteN DE HIERRO 41

624 ELECTROFORESIS 42

625 PRUEBAS DE MICROFLOTACIOacuteN 43

CAPIacuteTULO 7 46

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 46

71 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO 46

72 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN 48

73 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 50

74 POTENCIAL ZETA 61

741 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

742 L FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

743 CORRELACIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 67

75 MICROFLOTACIOacuteN 71

CAPIacuteTULO 8 90

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

sid

ad

de

corr

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middotcm

-2

E V

Den

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de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 2: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

DEDICATORIA

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

fueron los que me ensentildearon a siempre terminar lo que empiezo Que

con su ejemplo de lucha han dejado una huella imborrable en miacute

A mis hijos Luis Carlos y Amina Sofiacutea que son mi inspiracioacuten diacutea a

diacutea verlos crecer es lo maacuteximo

A mi esposo Ramoacuten que sin su apoyo no habriacutea podido terminar mis

estudios

A todos mis seres queridos hermanos y amigos porque de alguna

manera u otra han estado presentes apoyaacutendome

A Dios por darme esperanza y fuerza en estos uacuteltimos antildeos

Dedico a todos con amor

AGRADECIMIENTOS

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

ayudarme a realizar este suentildeo

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

aportaciones a mi trabajo

Al CONACYT y a la Secretariacutea de Educacioacuten Puacuteblica (SEP) por el apoyo

econoacutemico otorgado mediante la beca No 240118212218 y el

financiamiento de la experimentacioacuten derivado del proyecto SEP-CYT de

Ciencia Baacutesica CB-2005-48639-R Estudio de los procesos relevantes

asociados a la bioflotacioacuten selectiva de minerales sulfurosos complejos

i

IacuteNDICE GENERAL

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

CAPIacuteTULO 1 3

INTRODUCCIOacuteN 3

CAPIacuteTULO 2 8

ANTECEDENTES 8

21 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8

22 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12

23 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIOacuteN BACTERIANA 15

231 PUNTO ISOELEacuteCTRICO (IEP) 18

24 MODELOS TERMODINAacuteMICOS PARA ISOTERMAS 19

25 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIOacuteN 20

26 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22

261 BACTERIAS COMO COLECTORES 22

27 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFAacuteTICOS 23

28 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMAacuteTICO-ALIFAacuteTICO 23

29 MECANISMOS DE INTERACCIOacuteN MINERAL-COLECTOR 24

291 INTERACCIONES QUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 25

292 INTERACCIONES FIacuteSICAS MINERAL-COLECTOR 25

293 INTERACCIONES ELECTROQUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 26

210 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27

211 INTERACCIONES GALVAacuteNICAS 30

212 ACTIVACIOacuteN 32

213 ACTIVACIOacuteN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

ii

CAPIacuteTULO 5 37

OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

51 OBJETIVO GENERAL 37

52 OBJETIVOS PARTICULARES 37

CAPIacuteTULO 6 39

MATERIALES Y METODOS iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO

61 MINERALES Y REACTIVOS 39

62 METODOLOGIacuteA 40

621 CULTIVO 40

622 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 41

623 DETERMINACIOacuteN DE HIERRO 41

624 ELECTROFORESIS 42

625 PRUEBAS DE MICROFLOTACIOacuteN 43

CAPIacuteTULO 7 46

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 46

71 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO 46

72 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN 48

73 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 50

74 POTENCIAL ZETA 61

741 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

742 L FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

743 CORRELACIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 67

75 MICROFLOTACIOacuteN 71

CAPIacuteTULO 8 90

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

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-1

-08

-06

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-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

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-1

-08

-06

-04

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0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

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-1

-08

-06

-04

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0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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Watling HR 2006 The bioleaching of sulphide minerals with emphasis on copper

sulphides ndash A review Elsevier Hydrometallurgy 86 81 ndash 108

Woods R 1988 Flotation of sulphide minerals In P Somasundaran and B

Moudgil (editors) Reagents in Mineral Technology 39 ndash 78

99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 3: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

AGRADECIMIENTOS

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

ayudarme a realizar este suentildeo

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

aportaciones a mi trabajo

Al CONACYT y a la Secretariacutea de Educacioacuten Puacuteblica (SEP) por el apoyo

econoacutemico otorgado mediante la beca No 240118212218 y el

financiamiento de la experimentacioacuten derivado del proyecto SEP-CYT de

Ciencia Baacutesica CB-2005-48639-R Estudio de los procesos relevantes

asociados a la bioflotacioacuten selectiva de minerales sulfurosos complejos

i

IacuteNDICE GENERAL

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

CAPIacuteTULO 1 3

INTRODUCCIOacuteN 3

CAPIacuteTULO 2 8

ANTECEDENTES 8

21 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8

22 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12

23 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIOacuteN BACTERIANA 15

231 PUNTO ISOELEacuteCTRICO (IEP) 18

24 MODELOS TERMODINAacuteMICOS PARA ISOTERMAS 19

25 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIOacuteN 20

26 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22

261 BACTERIAS COMO COLECTORES 22

27 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFAacuteTICOS 23

28 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMAacuteTICO-ALIFAacuteTICO 23

29 MECANISMOS DE INTERACCIOacuteN MINERAL-COLECTOR 24

291 INTERACCIONES QUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 25

292 INTERACCIONES FIacuteSICAS MINERAL-COLECTOR 25

293 INTERACCIONES ELECTROQUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 26

210 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27

211 INTERACCIONES GALVAacuteNICAS 30

212 ACTIVACIOacuteN 32

213 ACTIVACIOacuteN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

ii

CAPIacuteTULO 5 37

OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

51 OBJETIVO GENERAL 37

52 OBJETIVOS PARTICULARES 37

CAPIacuteTULO 6 39

MATERIALES Y METODOS iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO

61 MINERALES Y REACTIVOS 39

62 METODOLOGIacuteA 40

621 CULTIVO 40

622 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 41

623 DETERMINACIOacuteN DE HIERRO 41

624 ELECTROFORESIS 42

625 PRUEBAS DE MICROFLOTACIOacuteN 43

CAPIacuteTULO 7 46

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 46

71 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO 46

72 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN 48

73 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 50

74 POTENCIAL ZETA 61

741 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

742 L FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

743 CORRELACIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 67

75 MICROFLOTACIOacuteN 71

CAPIacuteTULO 8 90

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

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middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 4: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

i

IacuteNDICE GENERAL

RESUMEN 1

ABSTRACT 2

CAPIacuteTULO 1 3

INTRODUCCIOacuteN 3

CAPIacuteTULO 2 8

ANTECEDENTES 8

21 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8

22 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12

23 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIOacuteN BACTERIANA 15

231 PUNTO ISOELEacuteCTRICO (IEP) 18

24 MODELOS TERMODINAacuteMICOS PARA ISOTERMAS 19

25 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIOacuteN 20

26 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22

261 BACTERIAS COMO COLECTORES 22

27 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFAacuteTICOS 23

28 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMAacuteTICO-ALIFAacuteTICO 23

29 MECANISMOS DE INTERACCIOacuteN MINERAL-COLECTOR 24

291 INTERACCIONES QUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 25

292 INTERACCIONES FIacuteSICAS MINERAL-COLECTOR 25

293 INTERACCIONES ELECTROQUIacuteMICAS MINERAL-COLECTOR 26

210 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27

211 INTERACCIONES GALVAacuteNICAS 30

212 ACTIVACIOacuteN 32

213 ACTIVACIOacuteN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

ii

CAPIacuteTULO 5 37

OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

51 OBJETIVO GENERAL 37

52 OBJETIVOS PARTICULARES 37

CAPIacuteTULO 6 39

MATERIALES Y METODOS iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO

61 MINERALES Y REACTIVOS 39

62 METODOLOGIacuteA 40

621 CULTIVO 40

622 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 41

623 DETERMINACIOacuteN DE HIERRO 41

624 ELECTROFORESIS 42

625 PRUEBAS DE MICROFLOTACIOacuteN 43

CAPIacuteTULO 7 46

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 46

71 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO 46

72 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN 48

73 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 50

74 POTENCIAL ZETA 61

741 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

742 L FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

743 CORRELACIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 67

75 MICROFLOTACIOacuteN 71

CAPIacuteTULO 8 90

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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FeS2

1 2

PbS

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d

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Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

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-1

-08

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0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 5: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

ii

CAPIacuteTULO 5 37

OBJETIVOS DEL PROYECTO 37

51 OBJETIVO GENERAL 37

52 OBJETIVOS PARTICULARES 37

CAPIacuteTULO 6 39

MATERIALES Y METODOS iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO

61 MINERALES Y REACTIVOS 39

62 METODOLOGIacuteA 40

621 CULTIVO 40

622 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 41

623 DETERMINACIOacuteN DE HIERRO 41

624 ELECTROFORESIS 42

625 PRUEBAS DE MICROFLOTACIOacuteN 43

CAPIacuteTULO 7 46

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN 46

71 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO 46

72 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN 48

73 ISOTERMAS DE ADHESIOacuteN 50

74 POTENCIAL ZETA 61

741 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61

742 L FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64

743 CORRELACIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 67

75 MICROFLOTACIOacuteN 71

CAPIacuteTULO 8 90

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

sid

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de

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middotcm

-2

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Den

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ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

Abramov AA Avdohin VM 1997 Oxidation of sulfide minerals in benefication

processes Moscow Mining Institute 119-189

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 6: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

iii

CONCLUSIONES 90

CAPIacuteTULO 9 94

RECOMENDACIONES 94

CAPIacuteTULO 10 95

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 95

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

sid

ad

de

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Den

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de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 7: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

iv

IacuteNDICE TABLAS

TABLA 1 APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIOacuteN 9

TABLA 2 ANAacuteLISIS QUIacuteMICO 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 DISOCIACIOacuteN (PKA) 63

TABLA 5 AacuteREA 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 MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

87

TABLA 8 AFINIDAD DE L FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN MATS CON

DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIOacuteN DE TIONOCARBAMATO

88

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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de

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-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

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Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 8: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

v

IacuteNDICE FIGURAS

FIGURA 1 ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14

FIGURA 2 ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACAacuteRIDO 15

FIGURA 3 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIOacuteN DE POTENCIAL EN LA

INTERFASE SOacuteLIDOLIacuteQUIDO IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT

RESPECTIVAMENTE (HUNTER 1981) 17

FIGURA 4 REPRESENTACIOacuteN ESQUEMAacuteTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIOacuteN DE LA GALENA

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

FIGURA 5 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LF EN MEDIO 9K-FERROSO ESCALA LOGARIacuteTMICA 47

FIGURA 6 EVOLUCIOacuteN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIOacuteN Y DE LA CONCENTRACIOacuteN DE

FERROSO DEL CULTIVO DE L FERROOXIDANS 48

FIGURA 7 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON CALCOPIRITA 49

FIGURA 8 CINEacuteTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN

CONTACTO CON PIRROTITA 49

FIGURA 9 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE PH

EN SOLUCIOacuteN A UN PH DE 25 DONDE A ES 24X107 B 214X107 C 182X107 Y D 113X107

BACTML 52

FIGURA 10 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN SOLUCIOacuteN DURANTE UNA

FRACCIOacuteN DE TIEMPO 53

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

sid

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de

corr

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middotcm

-2

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Den

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ad

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corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

REFERENCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

Abramov AA Avdohin VM 1997 Oxidation of sulfide minerals in benefication

processes Moscow Mining Institute 119-189

Ackerman PK Harris GH Klimpel RR and Aplan FF 1987 Evaluation of

flotation collectors for copper sulphides and pyrite I Common sulfhydryl collectors

Int J Min Process 21 105-127

Aksu Z 2005 Application of biosorption for the removal of organic pollutants a

review Process Biochemistry 40 997-1026

Attia YA Elzeky M y Ismail M 1993 Enhanced separation of pyrite from

oxidized coal by flotation using biosurface modification Int J of Mineral Processing

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GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 9: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

vi

FIGURA 11 LA GRAacuteFICA MUESTRA LA CONCENTRACIOacuteN DE FE2+ EN LA SUPERFICIE DE LOS

MINERALES DURANTE UNA FRACCIOacuteN DE TIEMPO 54

FIGURA 12 CINEacuteTICA DE ADHESIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIOacuteN DEL

PH EN SOLUCIOacuteN A PH 25 DONDE A ES 248X107 B 16X107 C 345X107 Y D 345X107 BACTML

55

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

CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 214 X 107 SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO DE

BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA diamsXL NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES POR

MILILITRO 56

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

LA CONCENTRACIOacuteN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 16 X 107CELML SIacuteMBOLOS XA NUacuteMERO

DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA diamsX L NUacuteMERO DE BACTERIAS LIBRES

POR MILILITRO 57

FIGURA 15 ADSORCIOacuteN DE L FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIOacuteN DE TIEMPO DE

CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES 182 X 107CELML diams 214X107

CELML 58

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

PIRROTITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

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

CALCOPIRITA LA LIacuteNEA SOacuteLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR 59

FIGURA 18 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA XAM Y LA CONSTANTE DE

EQUILIBRIO KA EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA 60

FIGURA 19 ESTIMACIOacuteN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIOacuteN MAacuteXIMA 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 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

sid

ad

de

corr

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middotcm

-2

E V

Den

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de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 10: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

vii

FIGURA 20 COMPORTAMIENTO DEL POTENCIAL ZETA DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS 62

FIGURA 21 COMPARACIOacuteN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L FERROOXIDANS PURA Y

ADAPTADA PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA 65

FIGURA 22 COMPARACIOacuteN 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA CALCOPIRITA LA LIacuteNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA

BACTERIA A PH 3 LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 67

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

ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE Sdeg 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 ADSORCIOacuteN DE LA BACTERIA

SOBRE LA PIRROTITA LA ADHESIOacuteN FUE DETERMINADA A PH 25 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M

NANO3 70

FIGURA 27 EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA

DE LA PIRROTITA A PH 9 ELECTROLITO SOPORTE 10-2M NANO3 70

FIG 28MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711

FIG 29 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53microM COMPARADOS EN

TODO EL RANGO DE PH 762

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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ad

de

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Den

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de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 11: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

viii

FIG 30 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA CALCOPIRITA -75+53microM Y

PIRROTITA -53+38microM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH 783

FIG 31 RECUPERACIOacuteN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75+53 microM EN TODO EL RANGO

DE PH PROPORCIOacuteN 21 PIRROTITA-CALCOPIRITA 74

iexclERROR MARCADOR NO DEFINIDO LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE

CALCOPIRITA Y PIRROTITA PURAS 76

FIG 33 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA CALCOPIRITA NATURAL ()

CALCOPIRITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y CALCOPIRITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 78

FIG 34 LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL ()

PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITROacuteGENO () Y PIRROTITA EN

PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXIacuteGENO () 80

FIG 35 MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721

FIG 36 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75+53microM BIOMODIFICADA 81

FIG37 MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53+38microM BIOMODIFICADA 732

FIG 38 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

CALCOPIRITA EL MINERAL FUE ACONDICIONADO EN PRESENCIA DE BACTERIA POR 0 10 20 45

60 Y 90 MIN EN COLECTOR 5100 A PH 90 TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIOacuteN 833

FIG 39 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -53+38microM 844

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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FeS2

1 2

PbS

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d

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Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

Page 12: Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11 interacciones galvÁnicas 30 2.12 activaciÓn 32 2.13 activaciÓn del mineral tipo

ix

FIG 40 EFECTO DE L FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINEacuteTICA DE FLOTABILIDAD DE LA

PIRROTITA -75+53microM 844

5FIG 41 MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85

FIG 42 CARAacuteCTER ELECTROacuteN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIOacuteN MICROBIANA AL

CLOROFORMO Y ADHESIOacuteN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L FERROOXIDANS COMO

FUNCIOacuteN DE FUERZA IOacuteNICA -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M 87

1

RESUMEN

El estudio descrito en esta tesis estaacute orientado a conocer los procesos y

mecanismos de relevancia en la interaccioacuten bacteriamineral sulfuroso

bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotacioacuten La

directriz principal es el desarrollo de investigaciones que permitan

generar conocimiento fundamental de intereacutes en el futuro disentildeo de

tecnologiacutea para la explotacioacuten de mezclas minerales complejas tiacutepicas

de yacimientos mexicanos Se presenta la experimentacioacuten empleando

sulfuros complejos (calcopiritapirrotita) en presencia de la bacteria

Leptospirillum ferrooxidans Asimismo se efectuacutea una evaluacioacuten de un

colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en

selectividad y resistencia al medio aacutecido respecto a xantatos

El estudio estaraacute dirigido a dos aspectos generales el proceso de

bioflotacioacuten en siacute y el desarrollo y aplicacioacuten de bioreactivos de flotacioacuten

Para lograr lo anterior se considera lo siguiente (i) establecer los

procesos relevantes en la interaccioacuten bacteriamineral (ii) caracterizar

la adhesioacuten bacteriana y su efecto en la modificacioacuten superficial de los

sulfuros de intereacutes (iii) evaluar el impacto de fenoacutemenos de

trascendencia en sistemas de flotacioacuten de sulfuros como el contacto

galvaacutenico y la activacioacuten por especies de cobre en bioflotacioacuten (iv)

determinar la influencia del colector no convencional en la interaccioacuten

bacteriamineral (v) establecer meacutetodos de modificacioacuten quiacutemica

superficial de las ceacutelulas bacterianas con el fin de generar bioreactivos

eficientes para las caracteriacutesticas de los minerales involucrados

2

ABSTRACT

The study described in this thesis aims to understand the relevant

processes and mechanisms in the interaction bacteria sulphide mineral

under experimental conditions comparable to the flotation process The

main guideline is to develop research that will generate fundamental

knowledge interest in the future design of technology for the

exploitation of complex mineral mixtures typical Mexican reservoir We

report experiments using complex sulphide minerals (chalcopyrite

pyrrhotite) in the presence of Leptospirillum ferrooxidans It also makes

an assessment of unconventional collector (thionocarbamate) which has

advantages in selectivity and resistance to acid medium compared to

xanthates

The study will be focused on two broad areas bioflotacioacuten process itself

and the development and application of flotation bioreactives To

achieve this it is considered that (i) establish the relevant processes in

the interaction bacteria mineral (ii) to characterize bacterial adhesion

and its effect on surface modification of sulphide interest (iii) assess the

impact of phenomena of importance in sulphide flotation systems such

as galvanic contact and activation of copper species in bioflotation (iv)

determine the influence of non-conventional collectors in the interaction

bacteria mineral (v) establish methods of surface chemical

modification of bacterial cells in order to generate efficient bioreactives

for the characteristics of the minerals involved

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

3

CAPIacuteTULO 1

INTRODUCCIOacuteN

Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se

explotan uno de los temas de mayor intereacutes en procesamiento de

minerales corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar

meacutetodos praacutecticos y reactivos maacutes eficientes para el beneficio de

yacimientos sulfurosos complejos Uno de los aspectos de la

problemaacutetica actual se basa en las dificultades que involucra la

depresioacuten de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos

La depresioacuten de la pirrotita hexagonal representa un reto metaluacutergico

cuando estaacute asociada a yacimientos de minerales complejos debido a

que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de

separacioacuten con resultados que no son completamente satisfactorios

La biotecnologiacutea aplicada al procesamiento de minerales representa una

de las aacutereas maacutes prometedoras para el tratamiento de minerales de

sulfuros complejos El empleo de reactivos bioloacutegicos como cultivos de

microorganismos y la manipulacioacuten de las modificaciones originadas por

la adhesioacuten selectiva de las bacterias sobre el mineral son aspectos de

un aacuterea tecnoloacutegica relativamente nueva para el beneficio de minerales

que hoy en diacutea es econoacutemicamente atractiva gracias a sus beneficios en

aacutereas como la biooxidacioacuten de menas refractarias de oro y biolixiviacioacuten

de sulfuros de cobre

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

4

Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo

Acidithiobacilli representan a los microorganismos maacutes ampliamente

usados en la biotecnologiacutea de minerales Acidithiobacillus ferrooxidans y

Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias maacutes representativas de

este grupo Una bacteria menos estudiada pero que se ha comprobado

que tiene la capacidad de oxidar sulfuros es Leptospirillum

ferrooxidans microorganismo gram-negativo quimilitoautotroacutefico que

obtiene su energiacutea a traveacutes de la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros L

ferrooxidans es la bacteria que se utilizoacute para la realizacioacuten de esta tesis

doctoral

Dentro de las innovaciones tecnoloacutegicas aplicadas al procesamiento de

minerales destacan la biolixiviacioacuten y la bioflotacioacuten La biolixiviacioacuten es

definida como el proceso de disolucioacuten hidrometaluacutergica asistida por

microorganismos para la recuperacioacuten de metales Por otra parte el

tema que nos ocupa la bioflotacioacuten es definida como la separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismos (Deo y Natarajan 1997)

La bioflotacioacuten se debe a las modificaciones quiacutemicas superficiales

originadas por la adhesioacuten de la bacteria con la superficie del mineral La

naturaleza de estas modificaciones y por lo tanto su aplicabilidad son

el resultado de las caracteriacutesticas de la propia bacteria como su

hidrofobicidad carga y composicioacuten de la membrana exterior

resistencia a la presencia de iones toacutexicos velocidad de adherencia etc

Para elucidar el mecanismo de adhesioacuten bacteriana es importante

entender las propiedades fiacutesico quiacutemicas de la superficie tanto del

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

5

mineral como del microorganismo La comprensioacuten de este proceso

permite que se pueda prever mediante modelos teoacutericos sus efectos

Estos modelos teoacutericos que sirven para entender y predecir la adhesioacuten

existen y se basan en la termodinaacutemica

El empleo de herramientas como los modelos termodinaacutemicos cineacutetica

de adhesioacuten y crecimiento y caracterizacioacuten quiacutemica superficial

permiten la comprensioacuten de los procesos de mayor importancia en la

adhesioacuten bacteriana asiacute como la generacioacuten de informacioacuten

fundamental que resulta indispensable en la definicioacuten de nuevas

estrategias para desarrollar procesos de bioflotacioacuten

11 Estructura de la tesis

La tesis consta de 10 capiacutetulos que cubren los siguientes aspectos

Capiacutetulo 2 Antecedentes

En este capiacutetulo se efectuoacute una revisioacuten bibliograacutefica exhaustiva sobre la

aplicacioacuten de bacterias en flotacioacuten y su beneficio en la extraccioacuten del

mineral econoacutemicamente atractivo

Capiacutetulo 3 Justificacioacuten

En este capiacutetulo se establecioacute la problemaacutetica actual y el beneficio

generado por el trabajo de investigacioacuten que se desarrollaraacute

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

6

Capiacutetulo 4 Hipoacutetesis

Se dan posibles respuestas a los problemas planteados asiacute como

creencias sobre como reaccionaraacute tanto la bacteria como los minerales

ante diferentes situaciones

Capiacutetulo 5 Objetivos

El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos

relevantes de la interaccioacuten de L ferrooxidans con minerales sulfurosos

en presencia de un colector no convencional

Capiacutetulo 6 Materiales y Meacutetodos

En esta seccioacuten se describen teacutecnicas meacutetodos cantidades y

como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda

la investigacioacuten

Capiacutetulo 7 Resultados y Discusioacuten

Esta seccioacuten arroja resultados para cada una de las pruebas

realizadas como isotermas de crecimiento y adhesioacuten potencial zeta

MATS determinacioacuten de azufre elemental y muestra las graacuteficas con

las que se observa maacutes claramente los resultados obtenidos

Capiacutetulo 8 Conclusiones

Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos

CAPIacuteTULO 1 Introduccioacuten

7

Capiacutetulo 9 Recomendaciones

Se recomienda sobre posibles anaacutelisis que podriacutean complementar

esta investigacioacuten

Capiacutetulo 10 Referencias Bibliograacuteficas

Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la

realizacioacuten de esta tesis

CAPITULO 2 Antecedentes

8

CAPIacuteTULO 2

ANTECEDENTES

21 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales

El empleo de bacterias como reactivos bioloacutegicos para efectuar el

beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el aacuterea de

biolixiviacioacuten La literatura abunda de ejemplos de aplicacioacuten praacutectica en

biolixiviacioacuten de sulfuros desulfurizacioacuten de carboacuten bioremediacioacuten de

efluentes entre otros (Attia y col 1993 Suzuki 2001 Aksu 2005)

Por otra parte la bioflotacioacuten o beneficio de minerales mediante el

empleo de microorganismos es un aacuterea del procesamiento de minerales

relativamente nueva La bioflotacioacuten es definida como ldquola separacioacuten

selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento mediante la

interaccioacuten con microorganismosrdquo (Deo y Natarajan 1997) Los

resultados publicados sobre investigaciones de bioflotacioacuten han abierto

grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con

respuestas deficientes a los meacutetodos tradicionales de flotacioacuten El

empleo de bacterias como reactivos de flotacioacuten proporciona claras

ventajas sobre aquellos puramente quiacutemicos debido a su degradacioacuten

natural y baja toxicidad

CAPITULO 2 Antecedentes

9

Debido a que la bioflotacioacuten es un aacuterea relativamente nueva los

estudios sobre la aplicacioacuten de bacterias para la flotacioacuten de minerales

sulfurosos son escasos La mayor parte de los escasos estudios sobre

sulfuros conciernen a la depresioacuten de la pirita y en menor medida a la

separacioacuten de mezclas galenaesfalerita y piritaarsenopirita asiacute como a

la evaluacioacuten de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales

(galena molibdenita calcocita arsenopirita) El efecto de bacterias en

bioflotacioacuten con respecto a los sulfuros minerales maacutes comunes y en

algunos sistemas de minerales no metaacutelicos se resumen en la tabla 1

Tabla 1 Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotacioacuten

Referencia Mineralbacteria Observacioacuten

Solojenken 1979

Galenamolibdenita calcopirita esfalerita grupo de desulfovibrio (SRB1)

Primera mencioacuten sobre el empleo de bacterias

en flotacioacuten Se sugiere que las bacterias del grupo SRB favorecen la eliminacioacuten del colector de los minerales deprimidos (esfalerita y calcopirita) Xantato como colector

Townsley 1987

Pirita asociada a carboacuten

Aciditiobacillus ferrooxidans

Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en matriz carbonosa

Ohmura y col 1993

Pirita Escherichia coli (Ec) y Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La adherencia de Ec se describe en base a interacciones hidrofoacutebicas mientras que la adhesioacuten de Af sigue una interaccioacuten quiacutemica especiacutefica La adhesioacuten de Af sobre pirita es

afectada negativamente por la presencia de iones ferrosos y es indiferente a la presencia de iones feacuterricos

Yelloji Rao y Somasundaran 1995

Galenaesfalerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

La flotabilidad de la galena es suprimida en

presencia de Af se sugiere es debido a la

oxidacioacuten del mineral (PbS a PbSO4) La esfalerita permanece hidrofoacutebica Se indica la peacuterdida de la selectividad a medida que se incrementa la concentracioacuten de bacterias Xantato

Deo y Natarajan 1997 y 1998

Minerales no metaacutelicos Paenibacillus polymyxa (Pp)

La especies ioacutenicas provenientes de los

minerales (cuarzo hematita aluacutemina y kaoliacuten) originan cambios quiacutemicos en la superficie de las bacterias favoreciendo la depresioacuten de

CAPITULO 2 Antecedentes

10

hematita y aluacutemina

Nagaoka y col 1999

PiritaGalenamolibdenita

calcolcitaMillerita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Aplicacioacuten de Af como depresor de pirita

El efecto depresor tiene el orden

PiritagtgtgalenamilleritagtMolibdenitacalcocita

Pruebas a pH 2 sin colector

Sharma y col

2000

Piritacalcopirita Aciditiobacillus ferrooxidans (Af) Paenibacillus polymyxa (Pp)

Los cambios quiacutemicos superficiales en la bacteria pueden ser manipulados para fines especiacuteficos en flotacioacuten (como su aplicacioacuten en pH neutro) siendo los factores clave la concentracioacuten y composicioacuten del medio de cultivo y la adaptacioacuten a un tipo de mineral

Xantato

Santhiya y col 2001

Galenaesfalerita

Aciditiobacillus thiooxidans (At)

La flotabilidad de la galena es suprimida por la adsorcioacuten especiacutefica de At La esfalerita sin activadorcolector es selectivamente flotada de la galena mediante bioflotacioacuten

Subrahmanyam y col 2003

GalenaesfaleritaBacillus polymyxa

El empleo del metabolito de la bacteria deprime a la galena Establecimiento de posibles mecanismos de interaccioacuten en base a la interaccioacuten carbohidratos del metabolitogalena en base a modelo aacutecidobase Xantato

Wei y col 2003

PiritaAciditiobacillus ferrooxidans (Af)

Indica que la disminucioacuten en el potencial zeta

de los minerales favorece la interferencia de algunos iones (Mg2+) con componentes de la superficie bacteriana impactando en el efecto depresor de la bacteria El efecto depresor es interpretado en funcioacuten a la disminucioacuten en la energiacutea libre de superficie que debilita el

contacto con el xantato

Chandraprabha

y col 2004

ArenopiritaPirita Aciditiobacillus ferrooxidans

La bacteria muestra una mayor afinidad por pirita en relacioacuten con arsenopirita favoreciendo la separacioacuten selectiva

Hosseini y col

2005

Calcopiritapirita

Aciditiobacillus

ferrooxidans (Af)

La bacteria actuacutea como depresor de la pirita

permitiendo la flotabilidad de la calcopirita Se demuestra que las caracteriacutesticas quiacutemicas de

la superficie de la bacteria y del metabolito dependen de las condiciones del medio de cultivo

1 De sus siglas en ingleacutes sulfate-reducing bacteria

CAPITULO 2 Antecedentes

11

Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los

microorganismos que comuacutenmente viven en el medio acuoso aacutecido de

minas de yacimientos sulfurosos Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus

thiooxidans son las bacterias maacutes ampliamente usadas en la

biotecnologiacutea relacionada al procesamiento de minerales El rol maacutes

importante lo juega T ferrooxidans Esta bacteria fue aislada por Colmer

y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carboacuten aacutecido En el 2000

fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood

Este microorganismo mesoacutefilo es capaz de catalizar la oxidacioacuten de

sulfuros metaacutelicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxiacutegeno

como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la

oxidacioacuten de Fe2+ a Fe3 (mecanismo indirecto) Existe evidencia de que

A ferrooxidans crece mejor si la concentracioacuten de hierro es mayor

(Torma 1977)

Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es

probablemente igual de importante que A ferrooxidans en los

mecanismos de lixiviacioacuten y bioflotacioacuten es por esto que L ferrooxidans

representa una perspectiva de aplicacioacuten amplia en este campo aunque

la informacioacuten publicada es muy limitada (Sand 1992 Giaveno y col

2007)

Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo

acidoacutefilo quimilitoautotroacutefico aeroacutebico con forma de espiral aunque

tiene una increiacuteble capacidad para cambiar su forma fiacutesica Tiene una

caracteriacutestica uacutenica e inusual que es capaz de utilizar el ioacuten ferroso como

donador de electrones como resultado leptospirilli tiene una gran

afinidad por el ioacuten ferroso y a diferencia de A ferrooxidans su habilidad

CAPITULO 2 Antecedentes

12

para oxidar ioacuten ferroso no es inhibida por el feacuterrico El potencial redox

para Fe2+Fe3+ es muy positivo (+70mV a pH 20) es por esto que estaacute

obligado a usar la reaccioacuten O2H2O (+820mV) como su aceptor de

electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un

microorganismo aerobio Trabaja a temperaturas de 28 ndash 30degC y el pH

oacuteptimo es de 15 a 18 (Sand 1992 Rawlings 2002 Donati y Sand

2007)

Puede oxidar pirita esfalerita y calcopirita en cultivos puros Se ha

demostrado que puede fijar N2 Regularmente esta especie se encuentra

en procesos de bioflotacioacuten donde oxidan metales sulfurosos en

colaboracioacuten con oxidadores de azufre Es maacutes abundante que A

ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand 2007

Giaveno y col 2007)

22 Estructura de superficie bacteriana

La superficie celular bacteriana esta compuesta por la pared celular

membrana y fimbrias o pili La pared celular es un componente

bacteriano muy importante Estructuralmente la pared celular es

necesaria para

Mantenimiento de la forma caracteriacutestica de la bacteria

Contrarrestar el efecto de la presioacuten osmoacutetica Dentro de la bacteria

existe una alta concentracioacuten de solutos y afuera una baja

concentracioacuten asiacute que el agua trata de adentrarse a la ceacutelula (Sharma

2001)

CAPITULO 2 Antecedentes

13

Las bacterias pueden ser de dos tipos Gram negativas o Gram

positivas eso les confiere capacidades y componentes distintos

Gram Negativo (Gracilicute) La estructura celular es maacutes complicada y

mucho maacutes delgada comparada con los Gram positivo solo tiene un

20 de peptidoglicano en su pared celular Tiene dos regiones uacutenicas

que rodean la membrana citoplasmaacutetica el espacio periplaacutesmico y la

membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacaacuteridos (LPS) El

espacio periplaacutesmico separa a la membrana externa de la capa de

peptidoglicano contiene proteiacutenas que pueden destruir partiacuteculas

dantildeinas contenidas en este espacio La membrana externa es una

bicapa lipiacutedica y se adhiere al peptidoglicano a traveacutes de lipoproteiacutenas

La estructura exterior de una bacteria gram negativa estaacute compuesta

principalmente de polisacaacuteridos que son altamente hidrofiacutelicos Sin

embargo una fraccioacuten de la membrana exterior estaacute compuesta de

proteiacutenas (lipoproteiacutenas) altamente hidrofoacutebicas y de peptidoglicanos

que le dan la fuerza mecaacutenica a la bacteria Lo que distingue a una

bacteria Gram negativa de una Gram positiva ademaacutes de la capacidad

de fijar la tincioacuten de azul violeta es la presencia o ausencia de una

membrana exterior los teacuterminos Firmicute o Gracilicute se refieren a

esta capacidad (James 1991)

La capa de lipopolisacaacuteridos estaacute presente en la membrana externa la

porcioacuten lipiacutedica del LPS contiene una sustancia toacutexica llamada Liacutepido A

que es la responsable de todos los efectos patogeacutenicos asociados a estas

bacterias (Hancock 1991)

CAPITULO 2 Antecedentes

14

Lipopolisacaacuteridos (LPS) Estaacuten compuestos de dos partes el Liacutepido A y la

cadena de polisacaacuteridos que es la que estaacute expuesta El Liacutepido A es

derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de aacutecidos

grasos se conecta al resto de la cadena Adherida al Liacutepido A se

encuentra la regioacuten conservada que contiene al KDO (aacutecido 3 deoxy

manoclucoacutesido) heptosa glucosa y azuacutecares de glucosamina El resto

del polisacaacuterido contiene unidades repetitivas de azuacutecares y es llamado

Antiacutegeno O Este antiacutegeno es llamado asiacute porque es el que estaacute expuesto

por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea

anticuerpos ante esta estructura El LPS confiere la carga negativa y

repele moleacuteculas hidrofoacutebicas ya que es altamente hidrofiacutelico (Sharma

2001)

Figura 1 Estructura de la pared celular

CAPITULO 2 Antecedentes

15

Figura 2 Estructura de un lipopolisacaacuterido

Figura 3 Fases de crecimiento bacteriano

23 Factores que afectan a la adhesioacuten bacteriana

A medida que la bacteria se mueve hacia el sustrato diversos factores

del medio toman relevancia afectando las fuerzas que definen si

procede o no la adherencia La adhesioacuten microbiana depende de las

interacciones aacutecidasbaacutesicas electrostaacuteticas de van der Waals

generadas con el sustrato A su vez estas interacciones son funcioacuten de

las propiedades superficiales tanto del soacutelido como del microorganismo

asiacute propiedades tales como la carga superficial

hidrofobicidadhidrofilicidad y energiacuteas interfaciales definen los

procesos de adhesioacuten (Sharma y Hanumantha 2003)

Antiacutegeno

O

Liacutepido

A

Aacutecidos

Grasos

CAPITULO 2 Antecedentes

16

La caracterizacioacuten quiacutemica de las bacterias se ha efectuado mediante

teacutecnicas de potencial zeta espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT

ATR FTIR-transmisioacuten)

Dentro de los paraacutemetros importantes empleados para la caracterizacioacuten

de bio-peliacuteculas destaca el potencial zeta () El potencial de superficie

(ie la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno

de la solucioacuten acuosa) depende de la densidad de adsorcioacuten de los

cationes y aniones que determinan el potencial Generalmente el

potencial de la superficie no puede ser medido directamente El

comportamiento eleacutectrico de las pulpas o de la dispersioacuten mineral se

mide o aproxima empleando un paraacutemetro maacutes faacutecilmente medible el

potencial zeta (potencial ) Empleando un modelo simplificado de doble

capa se puede aceptar que la diferencia de potencial que se desarrolla

entre el plano de corte (denominado como de Stern (ver Figura 3)) -el

cual representa la distancia entre el centro del contraioacuten hidratado y la

superficie- y el seno de la solucioacuten origina el valor del potencial A

pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicacioacuten exacta

del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de

Helmholtz (OHP)

Uno de los meacutetodos maacutes comunes para medir el ζ es el de electroforesis

En flotacioacuten de minerales la adsorcioacuten se produce gracias a la accioacuten de

fuerzas especiacuteficas entre la superficie del mineral y el surfactante

Considerando que la adhesioacuten bacteriana es definida por interacciones

electrostaacuteticas de van Der Waals y aacutecidobaacutesicas se concluye que

dicha adhesioacuten seraacute regulada en gran medida por la naturaleza eleacutectrica

CAPITULO 2 Antecedentes

17

de la superficie tanto bacteriana como mineral De aquiacute la importancia

de este paraacutemetro La informacioacuten de los cambios provocados en el

potencial zeta y de manera general sobre el comportamiento

electrocineacutetico del sistema proporciona informacioacuten que permite elucidar

los mecanismos de interaccioacuten bacteriamineral Por otra parte

Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un meacutetodo de caracterizacioacuten

de especies superficiales de las ceacutelulas bacterianas en funcioacuten del IEP1

(punto isoeleacutectrico) del sistema

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

IHP OHP

0

d=

i

0

0 i d

Catioacuten

hidratado

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

carga por unidad de aacuterea

potencial

Subiacutendices 0 i y d hacen

referencia a la superfice plano

IHP y OHP respectivamente

Anioacuten

Iones

determinantes

del potencial

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de la posible distribucioacuten de potencial en la

interfase soacutelidoliacutequido IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt

respectivamente (Hunter 1981)

1 La condicioacuten a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto

isoeleacutectrico (IEP del ingleacutes isoelectric point)

CAPITULO 2 Antecedentes

18

231 Punto isoeleacutectrico (Iep)

El punto isoeleacutectrico o punto de carga cero es ese punto en la movilidad

de la curva del pH donde la partiacutecula (ceacutelula) tiene cero movilidad El iep

de las bacterias es determinado por el balance entre cargas anioacutenicas y

catioacutenicas en la superficie de la ceacutelula

Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la

presencia de poliacutemeros de superficie Las ceacutelulas se dividiacutean en tres

categoriacuteas seguacuten su iep

IEP le 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato

En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de

fosfato asociados a los lipopolisacaacuteridos en la membrana externa

2 lt IEP le 28 se ha demostrado que resulta de la predominancia de

aacutecidos glucoacuternicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos

El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser

causado por los grupos carboxilo asociados a polisacaacuteridos que forman

parte de la membrana externa

IEP gt 32 en las ceacutelulas bacterianas es difiacutecil de interpretar Reflejan

una mezcla hecha a base de proteiacutenas o peptidoglicanos asociados a

grupos carboxilos o amonio (Sharma 2000)

En cuanto a la caracterizacioacuten de la superficie de los minerales por

medio del IEP es necesario inferir sobre la historia de la muestra ya que

algunas han sido hidratadas previamente o tienen impurezas que

CAPITULO 2 Antecedentes

19

podriacutean alterar el resultado del potencial zeta Existen impurezas de

adsorcioacuten o estructurales si alguna se encuentra presente antes de la

medicioacuten del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la direccioacuten

del hidroacutexido de la impureza (Parks 1965)

24 Modelos termodinaacutemicos para Isotermas

Estudios de equilibrio describen la relacioacuten entre el adsorbente y el

adsorbato y describen por isotermas de adsorcioacuten lo que usualmente es

el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solucioacuten a una

temperatura constante en el equilibrio Las isotermas de Freundlich y

Langmuir son las primeras y maacutes sencillas relaciones de adsorcioacuten

conocidas

La isoterma de Langmuir que es la que se acopla a nuestro sistema se

basa en 3 suposiciones

1 La adsorcioacuten no puede ser maacutes allaacute de la cobertura de la

monocapa

2 Todos los sitios de la superficie son equivalentes y puede

recibir como maacuteximo un aacutetomo adsorbido

3 La capacidad de absorber una moleacutecula en un sitio

determinado es independiente de la ocupacioacuten de los sitios

vecinos (Rao 2004)

CAPITULO 2 Antecedentes

20

25 Desarrollo de bioreactivos de flotacioacuten

La adhesioacuten bacteriana a un mineral resulta en la modificacioacuten de las

propiedades superficiales del sustrato el grado y extensioacuten de la

modificacioacuten es definida por las propias caracteriacutesticas quiacutemicas de la

bacteria y de compuestos quiacutemicos generados como consecuencia de las

actividades metaboacutelicas del microorganismo Sharma y colaboradores

(2000) demuestran cambios quiacutemicos superficiales en P polymyxa

adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A ferrooxidans a distintos

medios de cultivo (medio con Fe2+ y Sdeg) La adaptacioacuten origina cambios

en las caracteriacutesticas hidrofiacutelicas de las bacterias generando un mayor

efecto depresor en pirita y galena

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

La complejidad de las interacciones quiacutemicas fiacutesicas y electroquiacutemicas

del sistema de flotacioacuten generan un amplio campo de investigacioacuten sin

embargo existen procesos como la oxidacioacuten de los sulfuros la

activacioacuten accidental de mineral tipo ganga y el contacto galvaacutenico que

influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotacioacuten

convencional Por lo tanto es de gran intereacutes conocer el efecto de estos

procesos en la interaccioacuten sulfurobacteria Este planteamiento permitiraacute

tener una mayor comprensioacuten de los fenoacutemenos fiacutesicos quiacutemicos y

electroquiacutemicos de importancia para los sistemas de bioflotacioacuten de

minerales sulfurosos

CAPITULO 2 Antecedentes

21

Bacterias con reactivos de flotacioacuten

El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectuacutea

mediante el proceso de flotacioacuten el cual se basa en las propiedades de

energiacutea o tensioacuten superficial que estos minerales desarrollan en

soluciones acuosas de surfactantes (Watling 2006)

La flotabilidad de los minerales sulfurosos estaacute gobernada por su

naturaleza hidrofoacutebica o hidrofiacutelica naturaleza que puede ser

manipulada mediante la adicioacuten de un colector Un colector es un

compuesto orgaacutenico cuya funcioacuten consiste en interaccionar

selectivamente con las partiacuteculas del mineral de intereacutes Tambieacuten se

adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad

por la interfase agua-aire su funcioacuten es controlar la espuma Se le

agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie

del mineral modificaacutendola para que el colector pueda adsorberse Los

depresores son compuestos empleados para mantener hidrofiacutelica la

superficie del mineral mientras que los reguladores del pH como su

nombre lo indica son empleados para controlar el pH

Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se

explotan el empleo de colectores no convencionales es cada vez maacutes

frecuente en la industria de concentracioacuten de minerales por flotacioacuten

Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar

quelatos por lo que su estructura contiene aacutetomos donadores con una

gran afinidad por iones especiacuteficos de la superficie mineral lo cual le

confiere gran selectividad al colector (Woods 1988)

CAPITULO 2 Antecedentes

22

26 Colectores no convencionales

261 Bacterias como colectores

Los microorganismos tanto vivos como muertos pueden funcionar

como agentes de flotacioacuten modificando la superficie de algunos

minerales Pueden funcionar como colectores depresores o activadores

en el proceso de flotacioacuten (Colmer 1947 Smith 2005) Estos

microorganismos inducen propiedades hidrofoacutebicas una vez que se

adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha 2003) La

pared celular estaacute conformada por grupos funcionales tales como

poliacutemeros peacuteptidos fosfoliacutepidos proteiacutenas y aacutecidos micoacutelicos Estos

grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y

utilizar biopoliacutemeros extracelulares o asociados a la membrana para

catalizar reacciones quiacutemicas en la superficie del mineral (Chandaphara

y col 2006)

Al igual que los reactivos tradicionales los microorganismos interactuacutean

con la superficie del mineral y eacuteste adquiere caracteriacutesticas anfoteacutericas

Algunas bacterias como Bacillus polymixa Mycobacterium phei

Rhodococcus opacus Bacillus subtillis Thiobacillus ferroxidans y

Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separacioacuten

de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col 2003)

Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patoacutegena que

puede funcionar como colector para apatita y calcita ademaacutes puede

usarse en forma de ceacutelulas congeladas o de suspensiones acuosas En la

flotacioacuten anioacutenica S carnosus funciona como depresor para apatita pero

es un activador para calcita (Miettinen y col 2003)

CAPITULO 2 Antecedentes

23

27 Colectores tipo Quelatos Alifaacuteticos

En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como

colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos

contenidos de pirita Por su parte Ackerman (1987) mediante sus

estudios indicoacute que es comparable el poder colector del xantato con el

tionocarbamato Demostroacute que para un nuacutemero dado de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno un incremento en lo largo de la cadena

ligada al oxiacutegeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la

cadena tenga ramificaciones En el caso que la cadena sea lineal para el

mismo nuacutemero de aacutetomos de carbono unidos al oxiacutegeno la capacidad

colectora se incrementa con el aumento en el nuacutemero de aacutetomos de

carbono unidos al nitroacutegeno

Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes

para minerales sulfurosos cuacutepricos son las tioureas mono-tiofosfatos di

alquiacutelicos y monotiofosfinatos dialquiacutelicos Estos uacuteltimos demuestran

algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en

teacuterminos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio

rango de pH

28 Colectores tipo Quelatos Aromaacutetico-Alifaacutetico

Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso praacutectico

de agentes quelantes como colectores eacutestos deben tener cadenas

CAPITULO 2 Antecedentes

24

largas ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que

tengan accioacuten selectiva contra un mineral especiacutefico

Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector

La posicioacuten del grupo alquil en el anillo benceacutenico frente a frente

con el grupo quelante funcional

La estructura del grupo alquil que es la mejor cuando es una

cadena lineal con un grupo eacuteter en el punto de unioacuten al anillo

aromaacutetico

El liacutemite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la

adecuada hidrofobicidad que variacutea entre tres y seis aacutetomos de

carbono

Los reactivos maacutes importantes sintetizados para la flotacioacuten de

minerales sulfurosos son tiocarbamatos tiourea derivados del aacutecido

fosfoacuterico mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini 1990)

29 Mecanismos de interaccioacuten mineral-colector

Aquiacute se presentan los modelos maacutes reconocidos sobre el desarrollo de

una superficie hidrofoacutebica por la interaccioacuten con un colector tipo tiol

CAPITULO 2 Antecedentes

25

291 Interacciones quiacutemicas mineral-colector

Las primeras teoriacuteas consideraban que el mecanismo a traveacutes del cual el

colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable

involucraba procesos de adsorcioacuten Ademaacutes el anioacuten del colector (Xndash en

el caso de xantatos) podiacutea participar en reacciones con el catioacuten

metaacutelico del sulfuro (M2+) para formar el compuesto metal-colector

M2+ + 2Xndash MX2 (1)

En la actualidad el empleo de teacutecnicas modernas para la identificacioacuten

de los productos de interaccioacuten de colectores tipo tiol con minerales

sulfurosos ha permitido la identificacioacuten de los siguientes productos de

interaccioacuten mineral-colector el propio colector adsorbido

superficialmente compuestos metal-colector y el diacutemero del colector

292 Interacciones fiacutesicas mineral-colector

A pesar de que la interaccioacuten mineral-colector por procesos fiacutesicos es

comuacutenmente relacionada con minerales no sulfurosos se ha establecido

que la interaccioacuten entre los sulfuros y los iones o moleacuteculas del colector

podriacutea llevarse a cabo por mecanismos fiacutesicos con enlaces deacutebiles (Van

del Waals) electrostaacuteticos y de hidroacutegeno Un ejemplo de lo anterior es

la adsorcioacuten de moleacuteculas del colector (eg aacutecido xaacutentico) y co-

adsorcioacuten de productos de oxidacioacuten aceitosos (dixantoacutegeno) Sobre

este uacuteltimo producto se considera que el enlace es hidrofoacutebico (Van der

Waals) semejante al generado por la interaccioacuten de las cadenas

hidrocarbonadas del colector

CAPITULO 2 Antecedentes

26

293 Interacciones electroquiacutemicas mineral-colector

En general los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden

actuar como donadores o receptores de electrones El mecanismo

electroquiacutemico propone que la interaccioacuten mineralcolector se lleva a

cabo a traveacutes de una reaccioacuten anoacutedica que transmite los electrones del

colector al mineral los electrones regresan a la solucioacuten a traveacutes de

reacciones catoacutedicas como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto (Woods

1988)

Las reacciones anoacutedicas que involucran al mineral y al colector pueden

dar lugar a los siguientes productos

(a) Quimisorcioacuten del ioacuten tiol (Xndash)

Xndash Xads+ endash (2)

(b) Oxidacioacuten del ioacuten tiol al correspondiente ditiolato

2Xndash X2 + 2endash (3)

La importancia de la dimerizacioacuten radica en que el diacutemero o ditiolato es

el producto con las caracteriacutesticas no polares maacutes acentuadas y por lo

tanto el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementaraacute

significativamente si se adsorbe el diacutemero en su superficie o bien si en

su superficie ocurre la oxidacioacuten anoacutedica del colector para formar el

diacutemero

CAPITULO 2 Antecedentes

27

210 Sistema de sulfuros complejos

La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)

maacutes abundantes Se encuentra en la naturaleza comuacutenmente asociada a

yacimientos de calcopirita esfalerita etc La pirrotita (Fe(1-x)S x=0-02)

es un mineral sulfuroso con caracteriacutesticas magneacuteticas variables

definidas por el contenido de hierro en su estructura Ocurre en la

naturaleza en dos estructuras cristalinas hexagonal y monocliacutenica La

forma monocliacutenica representa a la pirrotita ferromagneacutetica y puede ser

eliminada mediante separacioacuten magneacutetica La pirrotita hexagonal es

ligeramente paramagneacutetica y su eliminacioacuten requiere de meacutetodos de

separacioacuten por viacutea quiacutemica La depresioacuten de la pirrotita hexagonal

representa un reto metaluacutergico cuando estaacute asociada a yacimientos de

sulfuros minerales complejos debido a que el beneficio generalmente

involucra esquemas complejos de separacioacuten con resultados que no son

completamente satisfactorios Por su importancia son de particular

intereacutes los yacimientos cuacutepricos con asociaciones de zinc (Buswell

2002)

Una amplia gama de minerales pueden ser oxidados por L ferrooxidans

T ferrooxidans A thiooxidans estos incluyen la pirita (FeS2)

calcopirita (CuFeS2) esfalerita (ZnS) y pirrotita (FeS) La lixiviacioacuten es

considerada como una combinacioacuten de ataque enzimaacutetico directo en

donde la bacteria ataca la superficie del mineral y una oxidacioacuten

quiacutemica indirecta del ioacuten ferroso a feacuterrico (como sulfato feacuterrico) donde el

ioacuten feacuterrico es el responsable de lixiviar los sulfuros La importancia de

esta informacioacuten se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

CAPITULO 2 Antecedentes

28

ocurren en las etapas de bioflotacioacuten auacuten cuando se llevan a cabo en

una fraccioacuten pequentildea La lixiviacioacuten de un concentrado de zinc

conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones

ZnS+2Fe3+rarrZn2++S0+2Fe2+ (4)

4FeS2+15O2+2H2Orarr2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)

4FeSO4+2H2SO4+O2rarr2Fe2(SO4)3+2H2O (6)

2S0+2H2O+3O2rarr2H2SO4 (7)

2ZnS+O2+4H+rarr2Zn2++2S0+2H2O (8)

Ecs (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimaacutetico inmediato mientras que

las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de

lixiviacioacuten con la oxidacioacuten del ioacuten ferroso a feacuterrico El azufre elemental

as a menudo un producto intermedio de la biolixiviacioacuten y los

microorganismos son responsables de su oxidacioacuten a aacutecido sulfuacuterico

como se observa en la ecuacioacuten (7) Los aspectos maacutes relevantes del

metabolismo de los microorganismos son la oxidacioacuten del ioacuten ferroso la

oxidacioacuten del azufre y la fijacioacuten del dioacutexido de carbono para el

crecimiento celular (Sampson 2005)

CAPITULO 2 Antecedentes

29

Recientemente en la Universidad de Utah (Miller 2005) se examinoacute la

hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 30 hasta

un pH de 92 basado en las mediciones de los aacutengulos de contacto Los

resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte

estado hidrofiacutelico por arriba de un pH de 45 (con un aacutengulo de contacto

de 0deg) Cuando el pH es menor a 45 la hidrofobicidad natural de la

pirrotita se incrementa con una disminucioacuten en el pH teniendo un

aacutengulo de contacto de 51deg a un pH de 30

La Pirrotita Fe1minusxS no tiene estequiometria fija y estaacute compuesta de

una densidad que variacutea desde 458 hasta 465 Tiene caracteriacutesticas

inusuales Primero la cantidad de azufre variacutea de los 50 a los 55 aacutetomos

de azufre por cada 50 aacutetomos de hierro Esto es que los valores de x

variacutean de 0 a 02 Segundo tiene dos simetriacuteas para su estructura

cristalina cuando la pirrotita es relativamente baja en azufre o el valor

de x es cercano a 0 la estructura es hexagonal o priacutesmica pero cuando

la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monocliacutenica

Tercero el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es

igual a 0 a 20degC su magnetismo se incrementa a 131 emug

Entonces despueacutes de la magnetita la pirrotita monocliacutenica rica en

azufre es el mineral magneacutetico maacutes comuacuten (Skinner y col 2004)

La Calcopirita es el mineral de cobre maacutes ampliamente distribuido y una

de las principales fuentes del mismo Se compone de sulfuro de cobre-

hierro (CuFeS2) que cristaliza en el sistema tetragonal con una dureza

entre 35 y 4 y un peso especiacutefico entre 41 y 43 Tiene brillo metaacutelico

su color es amarillo latoacuten y con frecuencia estaacute empantildeado o con

CAPITULO 2 Antecedentes

30

irisaciones Se encuentra en general en vetas metaacutelicas o en rocas maacutes

antiguas muchas veces con pirita o sulfuro de hierro

En general bajo condiciones convencionales de flotacioacuten a un pH de

90 existe buena recuperacioacuten de calcopirita obtenida por colectores

tipo tiol (Buswell y Nicol 2002)

211 Interacciones galvaacutenicas

Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxiacutegeno disuelto El

azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidacioacuten como son

-2 0 +2 +4 y +6 los sulfatos en los que el azufre se encuentra en

estado de oxidacioacuten -2 son susceptibles a la oxidacioacuten (Rao 1988)

El contacto entre una superficie catoacutedica y de una anoacutedica resulta de la

creacioacuten de una celda galvaacutenica En una mezcla de sulfuros el mineral

con el potencial de reposo mayor actuaraacute como caacutetodo mientras que

aqueacutel con el potencial de reposo menor seraacute el aacutenodo (Sohn y

Wadsworth 1979 Rao y Finch 1988) Un ejemplo de la interaccioacuten

galvaacutenica se ilustra en la figura 4 En esta figura se presentan las curvas

de polarizacioacuten anoacutedica y catoacutedica para la galena y pirita

respectivamente en presencia de oxiacutegeno Su interseccioacuten con el eje de

densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada

mineral el cual estaacute asociado con el equilibrio

CAPITULO 2 Antecedentes

31

Den

sid

ad

de

corr

ien

te

mA

middotcm

-2

E V

FeS2

1 2

PbS

a

d

cb

Den

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FeS2

1 2

PbS

a

d

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Figura 315 Representacioacuten

esquemaacutetica de las curvas de

polarizacioacuten de la galena y de la pirita

en presencia de oxiacutegeno Curva 1

rama catoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la pirita curva 2

rama anoacutedica de la curva de

polarizacioacuten de la galena (a) potencial

de reposo de la galena (b) potencial

mixto de la galena y pirita en

presencia de oxiacutegeno (c) potencial de

reposo de la pirita (d) densidad de

corriente correspondiente al potencial

mixto

Figura 4 Representacioacuten esquemaacutetica de las curvas de polarizacioacuten de la galena (1) y

pirita (2) Potenciales de reposo de la galena (a) mixto (b) pirita (c)

Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso las

reacciones anoacutedicas y catoacutedicas se llevan a cabo sobre su superficie en

sitios con diferentes actividades electroquiacutemicas Por otro parte si dos

minerales estaacuten en contacto la reduccioacuten del oxiacutegeno baacutesicamente se

realiza en el mineral catoacutedico La actividad por la reduccioacuten del oxiacutegeno

disuelto variacutea considerablemente debido a la electroactividad de los

minerales sulfurosos (Woods 1988)

La interaccioacuten de minerales sulfurosos con agentes de flotacioacuten en

particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquiacutemicos

Estos compuestos son susceptibles a la oxidacioacuten y su interaccioacuten con el

oxiacutegeno en agua sigue mecanismos electroquiacutemicos (Rao 1988) Las

interacciones electroquiacutemicas que se dan entre los propios minerales y

entre los minerales y el medio de molienda representa una de las

CAPITULO 2 Antecedentes

32

fuentes maacutes importantes de iones lo cual da lugar a la participacioacuten de

fenoacutemenos como la activacioacuten de la pirrotita

212 Activacioacuten

Las especies metaacutelicas hidrolizadas son componentes muy activos en las

pulpas de flotacioacuten de los sulfuros debido a la afinidad de estas

especies por la superficie mineral La interaccioacuten de estas especies

metaacutelicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la

flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar 1991)

Los iones metaacutelicos se presentan en la superficie mineral en una

variedad de formas cuya concentracioacuten depende del tiempo y de la

cineacutetica de las reacciones involucradas Uno de los efectos maacutes

importantes de la adsorcioacuten de iones es la activacioacuten (Finkelstein

1997)

Este fenoacutemeno se produce debido a la contaminacioacuten de la superficie

mineral con especies metaacutelicas por las que el colector tiene afinidad

El proceso de activacioacuten se puede llevar a cabo por iones introducidos al

sistema de forma deliberada o inadvertida debido a la presencia de

iones metaacutelicos provenientes del propio sistema Asimismo los iones

pueden migrar reduciendo las diferencias inherentes que existen entre

los minerales dando como resultado una peacuterdida de selectividad (Sui

1996)

CAPITULO 2 Antecedentes

33

213 Activacioacuten del Mineral tipo Ganga

El mineral tipo ganga o no valioso es flotado cuando contiene metales

preciosos como el oro pero generalmente es deprimido durante la

flotacioacuten de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo

cobre zinc etc Sin embargo es comuacuten observar partiacuteculas libres de

pirita en los concentrados de Plomo Cobre o Zinc indicando la

activacioacuten de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui 1996)

Uno de los mecanismos propuestos para la activacioacuten con Cu2+

contemplan al cobre como catalizador de la oxidacioacuten de la pirita

induciendo asiacute la flotabilidad del mineral se sugiere que el Cu2+ se

reduce a Cu+ reaccioacuten que soporta la oxidacioacuten del mineral con la

correspondiente formacioacuten de azufre elemental (Finkelstein 1977) Las

teacutecnicas modernas han permitido la identificacioacuten de compuestos plomo-

colector de pirita proveniente de circuitos de flotacioacuten que conteniacutean

galena (Brinen y cols 1993) Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)

y pirrotita (Fe1minusxS) es importante determinar el impacto de la bacteria

sobre los procesos de activacioacuten accidental de la pirrotita por iones de

cobre

CAPITULO 3 Justificacioacuten

34

CAPITULO 3

JUSTIFICACIOacuteN

Esta tesis doctoral se realizoacute con el fin de introducir a Meacutexico paiacutes con

amplios recursos minerales en un campo nuevo en el beneficio de

sulfuros y con el empleo de reactivos bioloacutegicos en flotacioacuten se

contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementacioacuten

de procesos amigables con el medio ambiente

Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las

alternativas maacutes soacutelidas para el procesamiento de minerales complejos

ya que por su baja toxicidad y su selectividad son amigables al ambiente

que es lo que se busca con esta investigacioacuten sustituir procesos

contaminantes y econoacutemicamente poco atractivos por procesos

sustentables

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

35

CAPITULO 4

HIPOTESIS

1 El proceso de bioflotacioacuten de calcopirita se vera incrementado en

presencia de L ferrooxidans

2 El colector no convencional tionocarbamato nos permitiraacute mayor

selectividad durante la flotacioacuten de los minerales ya que tiene

mayor estabilidad en un amplio rango de pH

3 La adhesioacuten de L ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se daraacute de

forma raacutepida maacutes se espera que tenga mayor afinidad por

pirrotita esto dependeraacute de la disponibilidad de sitios de unioacuten del

mineral

4 Se analizaraacute si las isotermas de adhesioacuten realizadas se ajustan a

la isoterma de Langmuir

5 Se analizaraacute si la cantidad de hierro es un factor clave para la

adhesioacuten o desercioacuten de la bacteria al mineral

6 Se adaptara L ferrooxidans a los minerales y se analizaraacute si esta

adaptacioacuten modifica su carga superficial

7 Se cree que la mezcla de minerales afectaraacute su porcentaje de

flotabilidad

8 Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificaraacute el

potencial de reposo de los minerales

9 Se cree que los iones de cobre liberados por la activacioacuten

favorecen la flotabilidad de la pirrotita

CAPITULO 4 Hipoacutetesis

36

10 Se sospecha que L ferrooxidans es donador de electrones

Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipoacutetesis

Se establece que es posible desarrollar un proceso de separacioacuten de

sulfuros de metales baacutesicos mediante la aplicacioacuten de reactivos

bioloacutegicos especiacuteficamente el empleo de L ferrooxidans como depresor

de pirrotita

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

37

CAPIacuteTULO 5

OBJETIVOS DEL PROYECTO

51 Objetivo general

Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interaccioacuten de

Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos particularmente

calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales

52 Objetivos particulares

Establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas que

permitan obtener bacterias con acciones depresoras especiacuteficas para las

superficies minerales de intereacutes

Generar informacioacuten sobre los procesos de adhesioacuten entre la membrana

bacteriana y la superficie del mineral

CAPITULO 5 Objetivos del Proyecto

38

Proponer los procesos derivados de la interaccioacuten bacteriamineral

responsables de las modificaciones en el caraacutecter hidrofoacutebico de las

partiacuteculas minerales en bioflotacioacuten

Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotacioacuten

de los sulfuros de intereacutes biomodificados por la presencia de L

ferrooxidans

Evaluar el efecto de L ferrooxidans en la activacioacuten de pirrotita por

especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales

Determinar el impacto del contacto galvaacutenico en la flotabilidad de

sulfuros de intereacutes en presencia de L ferrooxidans y colectores no

convencionales

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

39

CAPIacuteTULO 6

MATERIALES Y METODOS

61 Minerales y reactivos

Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta

pureza (ge90) seleccionadas a mano La calcopirita y pirrotita

provienen de la Mina San Martiacuten ubicada en Zacatecas su composicioacuten

quiacutemica se detalla en la Tabla 2 Los reactivos empleados son de grado

analiacutetico El agua destilada posee una conductividad especiacutefica de 10-6

-1middotcm-1

Tabla 2 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Tabla 1 Anaacutelisis quiacutemico de los minerales empleados

Mineral Foacutermula Cu Zn Fe S Pb Pureza

Calcopirita CuFeS2 31245 0220 32578 30452 0015 90

Pirrotita FeS 0116 0004 58989 33062 0017 91

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

40

62 Metodologiacutea

621 Cultivo

Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCCreg No 53992trade y se

sembroacute en medio 9K (Tabla 3)

Se incuboacute a 30degC y 200 rpm Se le dio seguimiento mediante conteo y

determinacioacuten de Fe2+ en solucioacuten Se considero que la bacteria podiacutea

ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107 bacteriasml y

concentracioacuten de Fe2+ de menos de 1ppm cuando estaacute en lo maacuteximo de

su fase exponencial La bacteria se utiliza para determinar su

crecimiento a traveacutes del conteo por la caacutemara de Newbauer en el

microscopio Axioskop 40 marca Zeizz enfocando a un objetivo de 100x

Se cuentan 5 cuadrantes los cuatro de los extremos y el del centro Se

saca la media de los conteos se multiplica por 16 y despueacutes por 10000

para sacar el factor de dilucioacuten por ml Los resultados obtenidos son el

promedio de 5 lecturas

Tabla 3 Medio de Cultivo 9K

(NH4)2SO4 30 g

K2HPO4 05 g

MgSO4 bull 7 H2O 05 g

KCl 01 g

Ca(NO3)2 bull 4 H2O 001 g

FeSO4 bull 7H20 4422 g

Se ajusta con agua destilada a un pH de 20

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

41

622 Isotermas de adhesioacuten

Para su determinacioacuten se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y

Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de

solucioacuten compuesta de 125 ml de agua con pH 25 maacutes 125 ml de

cultivo de Leptospirillum ferrooxidans lavada Se colocan los matraces

en la incubadora marca Orbit Se realizan las lecturas en el microscopio

al tiempo 0 20 45 60 90 120 y 150 minutos a partir del contacto

entre la bacteria y el mineral Para la determinacioacuten de la adhesioacuten

bacteriana el anaacutelisis se dividioacute en 4 grupos el grupo A con una

concentracioacuten inicial de bacteria 24 x 107 celml el grupo B con 182 x

107 celml el grupo C 113 x 107 celml y el grupo D 214 x 107 celml

Para la determinacioacuten de la desviacioacuten de los datos la medicioacuten a una

concentracioacuten de bacterias se realizoacute con 8 repeticiones y cuatro

lecturas en cada una

623 Determinacioacuten de Hierro

Se tomaron muestras al minuto 20 60 90 y 150 las cuales fueron

filtradas y acidificadas mediante la adicioacuten de 20ml de HCl al 20 y

posteriormente analizadas para hierro mediante absorcioacuten atoacutemica Los

valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado El

mineral resultante se dejoacute secar en ambiente del laboratorio

Posteriormente se tomoacute 1gr del mineral y se acondicionoacute con 75 ml de

EDTA Despueacutes se filtro y caracterizoacute quiacutemicamente para determinar la

concentracioacuten de hierro superficial

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

42

624 Electroforesis

Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorcioacuten se

determinoacute el potencial zeta Las mediciones se realizaron utilizando

50ml de NaNO3 10-2M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones

en la fuerza ioacutenica) con 05 ml de L ferrooxidans a diferentes valores

de pH Se utilizaron NaOH o H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

Para los minerales puros se suspendieron 25 g de mineral (-38 microm) en

50 ml de NaNO3 10-2M (p= 5 soacutelidos) y se dejo reposar 24 horas

antes de analizarse

Para analizar la bacteria adaptada a mineral primeramente se cultivo la

bacteria en su medio 9K una vez crecida se puso en contacto con el

mineral a una temperatura de 30degC hasta obtener un crecimiento de

107 Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi

cristalina para su posterior anaacutelisis diluyendo 05ml de L ferrooxidans

en 50ml de 10-2M NaNO3

Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio aacutecido

se colocaron 20g de mineral (-38microm) en 200 ml de solucioacuten a un pH de

25 maacutes 50ml de la bacteria pura lavada Se dejo reposar 24 horas para

su anaacutelisis

Se utilizaron NaOH oacute H2SO4 para ajustar el pH Las muestras se

dejaron reposar alrededor de 20 minutos para lograr un equilibrio antes

de tomar las mediciones Los valores electroforeacuteticos reportados son un

promedio de 3 lecturas

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

43

625 Pruebas de Microflotacioacuten

Procedimiento para calcopirita y pirrotita puros Un gramo de

mineral fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de

colector 5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond

adicionando 1 ml de espumante Se flota por 2 minutos colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para activacioacuten de pirrotita Un gramo de mineral

fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5M

Se decanta y el mineral ahora es acondicionado en 250 ml de colector

5100 al pH deseado Se transfiere a un tubo Hallimond adicionando 1 ml

de espumante Se flota durante 2 minutos recolectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Procedimiento para Mezclas Medio gramo de cada mineral fue

acondicionados por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 al

pH deseado Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de

espumante Se flota durante 2 minutos colectando el concentrando

Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y analizado para

conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

44

Procedimiento para minerales puros acondicionados con L

ferrooxidans Antes de la flotacioacuten el mineral biomodificado fue

previamente activado durante 10 20 45 60 y 90 minutos en una

solucioacuten de 100 ml de L ferrooxidans a pH de 25 Se acondiciona el

mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 90

Se transfirieron a un tubo Hallimond adicionando 1 ml de espumante

Se floto a tiempos especiacuteficos (1 2 4 6 y 8 min) colectando el

concentrando Despueacutes de la flotacioacuten el mineral es filtrado pesado y

analizado para conocer su concentracioacuten de cobre y fierro total

Flotado Alimentado x 100 = Flotabilidad (9)

626 Determinacioacuten de Azufre elemental

Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumeacutetrico Se

adicionan 15 ml de cianuro de sodio se mezcla y se deja reposar la

mezcla durante 2 minutos Se le agregan 5 ml del solvente de acetona y

despueacutes 5 ml de cloruro feacuterrico Se determina la absorbancia a 465 microm

contra el blanco (Bartlett y Skoog 1954)

627 MATS

Este meacutetodo se basa en la comparacioacuten entre la afinidad microbiana y

un solvente polar y uno no polar El solvente polar puede ser aacutecido

(aceptor de electrones) o baacutesico (donador de electrones) pero ambos

solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus

componentes de la superficie

CAPITULO 6 Condiciones Experimentales

45

Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS

Cloroformo solvente aacutecido y hexadecano

Eacuteter dietiacutelico solvente baacutesico fuerte y hexano

Hexadecano y hexano son solventes no polares

Una suspensioacuten de L ferrooxidans conteniendo 84x106 ceacutelulas en 15

ml de tionocarbamato se le agrega 016ml de eacuteter dietiacutelicohexano

cloroformohexadecano a diferentes concentraciones (10-6 10-5 y 10-4)

se mezclo en vortex por 20 40 y 60 segundos La mezcla se dejo

reposar por 10 minutos para asegurar la separacioacuten de las dos fases

antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo

bacteriano

El porcentaje de ceacutelulas unidas fue calculado de la siguiente manera

adherencia = (1 ndash AA0) x 100 (10)

donde A0 es la cantidad de ceacutelulas inicial y la A es la cantidad de ceacutelulas

despueacutes del vortex

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

46

CAPIacuteTULO 7

RESULTADOS Y DISCUSIOacuteN

71 Cineacutetica de crecimiento

En la figura 5 se aprecia la cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-

ferroso Los resultados indican que el crecimiento exponencial inicia

aproximadamente a las 40 horas la fase estacionaria inicia a las 54

horas y continuacutea hasta la uacuteltima lectura efectuada a las 72 horas La

fase de muerte no fue identificada Debido a que se desea trabajar con

la menor variacioacuten en el nuacutemero de bacterias generalmente se eligen

los cultivos que estaacuten en el inicio de su fase estacionaria

El ioacuten ferroso es el nutriente principal de L ferrooxidans razoacuten por la

cual se registroacute la variacioacuten del ferroso con respecto al tiempo del

cultivo La concentracioacuten de Fe2+ del cultivo de L ferrooxidans

disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6 Esta

disminucioacuten es debido a que la bacteria consume el ioacuten ferroso

transformaacutendolo a ioacuten feacuterrico de acuerdo a la siguiente ecuacioacuten

(11)

OHFeHOFe bacteria

2

3

2

2 714142

714

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

47

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

105

106

107

108

0 20 40 60 80

Tiempo horas

Log

No B

acte

ria

s b

acte

ria

sm

l

Figura 5 Cineacutetica de crecimiento de Lf en medio 9K-ferroso Escala logariacutetmica

La lectura final (72 horas) indica que todaviacutea se tiene una concentracioacuten

de ferroso en solucioacuten por lo tanto la fase estacionaria puede

prolongarse algunas horas maacutes Este dato es importante para asegurar

que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoriacutea de

las bacterias que se cuentan esteacuten vivas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

48

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

10

0 20 40 60 80

Tiempo horas

0

2

4

6

8

12

[Fe

2+]

gL

Figura 6 Evolucioacuten del potencial redox de la solucioacuten y de la concentracioacuten de ferroso

del cultivo de L ferrooxidans

72 Cineacutetica de adhesioacuten

Se obtuvieron cineacuteticas de crecimiento para Leptospirillum ferrooxidans

estando en contacto tanto con Calcopirita como Pirrotita esto se

observa en las figuras 7 y 8 respectivamente Los resultados indican que

las ceacutelulas bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se

adhieren a la superficie de eacuteste raacutepidamente ya que en la primer

lectura se observa como disminuye el nuacutemero de ceacutelulas libres en

solucioacuten pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se

encuentra una mayor cantidad de bacterias libres esto se ve maacutes

acentuado en el caso de la Pirrotita ya que pasando los 90 minutos de

contacto repunta el conteo

Este comportamiento se explicara a detalle en resultados posteriores

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

49

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L fe

rro

oxid

an

s(1

06

x m

l)

Figura 7 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Calcopirita

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 50 100 150 200 250 300

Tiempo (mins)

L

ferr

oo

xid

an

s(1

06 x

ml)

Figura 8 Cineacutetica de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto

con Pirrotita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

50

Tambieacuten a partir de estos resultados se determinoacute que el tiempo de

equilibrio de crecimiento para L ferrooxidans estando en contacto con

los minerales es de 90 minutos ya que es donde existe una estabilidad

en el crecimiento

El comportamiento de L ferrooxidans estando en contacto con Pirrotita

y con Calcopirita es similar hasta el momento Se observa que hay un

decremento en la concentracioacuten de L ferrooxidans comparando la

concentracioacuten inicial con la obtenida pasando los 90 minutos de contacto

con el mineral

Se observa que en el caso de contacto con Pirrotita Leptospirillum tiene

menos afinidad o adherencia ya que las lecturas confirman que existe

maacutes bacteria libre en solucioacuten que en el caso de la calcopirita

Tambieacuten se observa que la dilucioacuten de la bacteria con la solucioacuten a pH

25 interfiere en la unioacuten de la bacteria al mineral obteniendo poca

variacioacuten en las lecturas obtenidas antes y despueacutes del tiempo de

equilibrio

73 Isotermas de adhesioacuten

Para establecer las estrategias de adaptacioacuten de cepas bacterianas a los

minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L

ferrooxidans estas se deben a la composicioacuten del medio variando la

concentracioacuten de medio de cultivo con solucioacuten aacutecida donde A es 11 B

es cultivo puro C 105 y D 14

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

51

La cantidad de bacterias por mililitro estaacute dada por la concentracioacuten

inicial de bacterias en el medio antes de ponerlas en contacto con el

mineral Los resultados muestran el comportamiento de L ferrooxidans

al ponerlas en contacto con el mineral en funcioacuten del tiempo

En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesioacuten de L

ferrooxidans sobre la pirrotita se grafica bacterias libres XL en funcioacuten

de la concentracioacuten inicial de bacterias De manera general se puede

observar que la disminucioacuten en la concentracioacuten de bacterias libres en

los primeros 20 min es muy pronunciada y este comportamiento se

observa para todas las pruebas realizadas indicando que la bacteria se

adhiere al mineral en cuestioacuten Los resultados sugieren que la adsorcioacuten

depende de la concentracioacuten inicial de la bacteria La absorcioacuten es un

proceso muy raacutepido

Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan lo cual

indica la desorcioacuten de una fraccioacuten de la bacteria previamente adherida

La prueba con la concentracioacuten inicial maacutes diluida (D de la fig 9) es la

que presenta una menor desorcioacuten de bacterias en cambio la prueba

con la concentracioacuten inicial maacutes concentrada (B) presenta una mayor

desorcioacuten de bacterias Estos resultados pueden indicar que la adhesioacuten

entre L ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los

sitios de unioacuten (o de adsorcioacuten) en el mineral ya que entre maacutes

concentrada esta la solucioacuten se ocupan estos sitios con mayor rapidez

soltaacutendose en un tiempo maacutes corto en cambio en la solucioacuten maacutes

diluida la mayoriacutea de los microorganismos permanecen unidos al mineral

por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

52

significativo (Bueno y cols 2007) Lo anterior se analizaraacute con la

determinacioacuten de las constantes cineacuteticas de los datos

C

on

c

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Co

nc

de

bacte

ria

slib

res X

L (b

act

ml)

A

B

C

D

A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

Figura 9 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en pirrotita como funcioacuten de pH en

solucioacuten a un pH de 25 donde A es 24x107 B 214x107 C 182x107 y D 113x107

bactml

Por otra parte la disolucioacuten de hierro por efecto de la interaccioacuten del

mineral con L ferrooxidans es mayor cuando se emplea pirrotita como

sustrato en comparacioacuten con las pruebas de calcopirita Los resultados

se presentan en la figura 10 Los resultados sugieren que la desercioacuten

de la bacteria podriacutea efectuarse en una solucioacuten rica en hierro debido a

la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solucioacuten sobre el

contenido en la superficie del soacutelido

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

53

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

000E+00

300E+00

600E+00

900E+00

120E+01

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Fe

2+

(microM

gr)

Po

Cp

Figura 10 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en solucioacuten durante una

fraccioacuten de tiempo

Otra posibilidad es que L ferrooxidans se encuentre adherido donde

exista la mayor concentracioacuten de fierro oxidado los resultados de

anaacutelisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor

concentracioacuten de eacuteste en la Calcopirita que en la Pirrotita lo cual se

muestra en la figura 11 por lo cual la bacteria se puede quedar anclada

al mineral oxidando al fierro Se descarta que el aumento en el nuacutemero

de bacterias libres es solucioacuten sea debido al crecimiento ya que se

realizo la cineacutetica de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se

observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y

nuestro procedimiento duro 25 horas

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

54

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

0

05

1

15

2

25

3

120E+07 125E+07 130E+07 135E+07 140E+07

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

L ferrooxidans (bactml)

Fe

2+

(microM

gr) Cp

Po

Figura 11 La graacutefica muestra la concentracioacuten de Fe2+ en la superficie de los minerales

durante una fraccioacuten de tiempo

En la figura 12 podemos observar la adsorcioacuten de L ferrooxidans sobre

la calcopirita como un proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10

minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentracioacuten

inicial de bacterias

En esta graacutefica podemos observar que tanto la opcioacuten C como la D

tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solucioacuten

concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene maacutes sitios

de unioacuten disponibles (o no especiacuteficos) por lo cual L ferrooxidans se

mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la

prueba sin importar la saturacioacuten de la solucioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

55

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

300E+07

350E+07

400E+07

0 50 100 150 200

Tiempo (min)

L

ferr

ooxid

an

s(b

actm

l)A

B

C

D

A

B

C

D

Figura 12 Cineacutetica de adhesioacuten de L ferrooxidans en calcopirita como funcioacuten del pH

en solucioacuten a pH 25 donde A es 248x107 B 16x107 C 345x107 y D 345x107

bactml

El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviacioacuten estaacutendar

del 7 esto es en un orden de lectura de 107 el error se encuentra en

el orden de 105

La adsorcioacuten de L ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13

El nuacutemero total de bacteria absorbida XA aumenta en los primeros 10

minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo se estabiliza alrededor

del minuto 120 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por mililitro

XL disminuye y luego recupera su nuacutemero hasta llegar al equilibrio a los

120 minutos El nuacutemero de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio

al mismo tiempo para las dos concentraciones El porcentaje maacuteximo de

organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en

contacto bacteriamineral siendo del 72 del total cuando 214 x 107

bacterias fueron adicionadas al ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

56

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

6b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

0 50 100 150

000E+00

500E+06

100E+07

150E+07

200E+07

250E+07

Figura 13 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Pirrotita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 214 x 107 Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Pirrotita diamsXL nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La absorcioacuten de L ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura

14 El nuacutemero total de bacteria adsorbida XA aumenta en los primeros

10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizaacutendose

alrededor del minuto 30 Similarmente el nuacutemero de bacteria libre por

mililitro XL disminuye en los primeros 10 minutos aumentando a partir

del minuto 20 El porcentaje de organismos absorbidos a la calcopirita

fue del 70 del total cuando 16 x 107 bacterias fueron adicionadas al

ensayo

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

57

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

XL

(10

7b

acte

rias lib

res

ml)

XA

(10

7b

acte

rias a

dh

erid

asg

)

Tiempo (min)

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

0 20 40 60 80 100 120 140 160

000E+00

300E+06

600E+06

900E+06

120E+07

150E+07

180E+07

Figura 14 Influencia del tiempo en la adsorcioacuten de L ferrooxidans a Calcopirita La concentracioacuten inicial de bacteria fue de 16 x 107celml Siacutembolos XA nuacutemero de

bacterias adheridas por g de Calcopirita diamsX L nuacutemero de bacterias libres por mililitro

La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L ferrooxidans

suspendidas en solucioacuten medidas en funcioacuten del tiempo de contacto

entre las ceacutelulas y la pirrotita La concentracioacuten de ceacutelulas libres decrecioacute

raacutepidamente a medida que pasoacute el tiempo de contacto infiriendo que

estas ceacutelulas libres fueron absorbidas de la fase liacutequida a la superficie

del mineral El nuacutemero de ceacutelulas absorbidas depende de la

concentracioacuten inicial de ceacutelulas libres Este proceso llega al equilibrio a

los 120 minutos de contacto

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

58

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Tiempo (min)

Con

cen

tracioacute

n d

e c

eacutelu

las lib

res e

n

so

lucioacute

n

XL

10

7(c

eacutelu

lasm

l)

0

05

1

15

2

25

0 50 100 150

Figura 15 Adsorcioacuten de L ferrooxidans en Pirrotita como funcioacuten de tiempo de contacto y con concentraciones iniciales diferentes 182 x 107celml diams 214x107

celml

La figura 16 muestra la distribucioacuten del equilibrio de L ferrooxidans

entre la superficie de la pirrotita y el medio liacutequido a los 10 minutos de

contacto La concentracioacuten XA se refiere a las bacterias absorbidas por

gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de ceacutelulas libres por

mililitro de solucioacuten La forma de la isoterma indica que el equilibrio se

puede adecuar a la isoterma de Langmuir

(12)

Donde XAM es la capacidad de absorcioacuten maacutexima por unidad de masa y

KA es la constante de equilibrio de absorcioacuten

LA

LAAMA

XK

XKXX

1

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

59

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 106 (bactml)Conc de ceacute oacuten XL 106 (bactml)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 05 1 15 2 25

Conc

de

ceacutelu

las

ad

so

rbid

as

en P

irro

tita

XA

10

9(b

act

g)

Figura 16 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (10 min) para L ferrooxidans en

Pirrotita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

La figura 17 muestra el equilibrio de L ferrooxidans entre la superficie

de la calcopirita y el medio liacutequido al minuto 120 La concentracioacuten XA

se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL

es la cantidad de ceacutelulas libres por mililitro de solucioacuten y al igual que

para la Pirrotita la forma de esta isoterma tambieacuten se puede ajustar a la

isoterma de Langmuir

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Co

nc d

e c

eacutelu

las a

dso

rbid

as

en

Ca

lcop

irita

X

A

10

9(b

actg

)

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL 107 (bactml)

-02

0

02

04

06

08

1

12

14

0 05 1 15 2 25 3

Figura 17 Isoterma de adsorcioacuten en equilibrio (120 min) para L ferrooxidans en

Calcopirita La liacutenea soacutelida representa la isoterma de Langmuir

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

60

La graacutefica de XLXA contra XL muestra una liacutenea recta (figura 18) El

coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es de 08977 indicando que

se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la cuesta y la interseccioacuten en la

liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es de 1x109 bacteriasg de

Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml La isoterma de Langmuir predicha

estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00 500E+06 100E+07 150E+07

000E+00

400E-03

800E-03

120E-02

160E-02

Figura 18 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Pirrotita

La graacutefica de la figura 19 XLXA contra XL muestra al igual que con la

pirrotita una liacutenea recta El coeficiente de correlacioacuten para la ecuacioacuten es

de 0600 indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir Por la

cuesta y la interseccioacuten en la liacutenea de regresioacuten se determinoacute que XAM es

de 9x1010 bacteriasg de calcopirita y KA de 617x10-9 bacteriaml La

isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con

los datos de equilibrio

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

61

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Conc de ceacutelulas libres en solucioacuten XL (bactml)

Con

c d

e c

eacutelu

las lib

res e

n s

olu

cioacute

nC

onc

de

ceacute

lula

s a

dso

rbid

as

XLX

A(g

l)

000E+00

200E-03

400E-03

600E-03

800E-03

100E-02

400E+06 600E+06 800E+06 100E+07 120E+07 140E+07

Figura 19 Estimacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten maacutexima XAM y la constante de

equilibrio KA en la isoterma de Langmuir en Calcopirita

74 Potencial Zeta

741 Leptospirillum ferrooxidans original

Se realizoacute la medicioacuten de potencial zeta para observar el

comportamiento de L ferrooxidans como una partiacutecula cargada en un

medio liacutequido La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de

L ferrooxidans en funcioacuten del pH El IEP obtenido para la bacteria se

encontroacute alrededor de un pH de 25

La carga de la superficie de la ceacutelula bacteriana esta compuesta por

grupos funcionales como el carboxilo (-COOH) amino (-NH2) e

hidroxilos (-OH) que se originan a partir de componentes de la

membrana como lipopolisacaacuteridos lipoproteiacutenas y proteiacutenas de

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

62

membrana La presencia mayoritaria de alguno de estos componentes

modifica el iep obtenido en este caso confirma la presencia de grupos

carboxilo en la membrana El resultado del IEP de L ferrooxidans de

este trabajo es similar al reportado por otros autores para bacterias

acidoacutefilas como Acidithiobacillus ferrooxidans estas dos bacterias son de

la misma especie con actividades metaboacutelicas de oxidacioacuten del ioacuten

ferroso Por ejemplo el valor es muy parecido al obtenido por Sharma

(2001) quien reporta el potencial zeta para Acidithiobacillus

ferrooxidans a un pH de 20 En su anaacutelisis concluye que este valor

puede deberse a la presencia de polisacaacuteridos asociados a grupos

carboxilo

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0 2 4 6 8 10

pH

Po

ten

cia

l ze

ta m

V

Figura 20 Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans

La presencia de polisacaacuteridos fosfatos y grupos amino en la pared

celular determinan la carga neta (potencial zeta) de la superficie

bacteriana esta carga esta dada por el equilibrio de

disociacioacutenasociacioacuten de grupos aacutecidos y baacutesicos (Casas Botero 2007)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

63

En la tabla 4 se describen las reacciones quiacutemicas que dan la carga a la

superficie bacteriana con sus constantes de disociacioacuten (Ka) A un valor

fisioloacutegico de pH (5-7) la mayoriacutea de las bacterias estaacuten cargadas

negativamente y la cantidad de grupos fosfato y carboxilo exceden a

las de los grupos amino (Poortinga y col 2002)

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 disociacioacuten

(pKa)

Reaccioacuten Moleacutecula

pKa

-COOH rarr -COO- + H+ Polisacaacuterido

28 (11)

-NH3+ rarr -NH2 + H+ Proteiacutena peptidoglicano

90 (12)

-HPO4 rarr -PO4- + H+ Acido teicoico

21 (13)

-H2PO4 rarr -HPO4 + H+ Fosfoliacutepidos

21 (14)

Como ya se mencionoacute L ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25

esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en

su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -PO4 y HPO4

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

64

742 L ferrooxidans adaptada y Minerales puros

Se compara el comportamiento de L ferrooxidans pura y adaptada a

pirrotita observando la curva de potencial zeta de la bacteria adaptada

presentando un valor negativo en todo el rango de pH evaluado (fig21)

En un pH baacutesico se observa un incremento en el valor del potencial zeta

de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidroacutexidos metaacutelicos o

grupos fosfato asociados a lipopolisacaacuteridos de la membrana externa

(Rijnaarts y cols 1995) Lo anterior indica que la adaptacioacuten de la

bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L ferrooxidans

debido al incremento en especies feacuterricas

La curva de potencial zeta de pirrotita en funcioacuten del pH se presenta en

la figura 21 Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de

pH no observaacutendose el IEP El valor de potencial zeta de la pirrotita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans e indicando la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral La curva de potencial zeta en funcioacuten del pH

obtenida por Mitchel y col (2005) para pirita muestra un IEP de 22

dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo

IEP para ambos minerales

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

65

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5

0 5

10

0 2 4 6 8 10

Lferrooxidans

Pirrotita

Lferrooxidans adaptada

Pirrotita biomodificada

pH

Po

ten

cia

l Z

eta

m

V

Figura 21 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Pirrotita pura y biomodificada

Por otra parte se realizoacute potencial zeta para L ferrooxidans original y

adaptada a calcopirita calcopirita pura y biomodificada Los resultados

se muestran en la figura 22 e indican que el comportamiento del

potencial zeta de ambas bacterias es muy similar en todo el rango de pH

evaluado En condiciones alcalinas se acentuacutea la carga negativa de la

bacteria adaptada sin embargo presenta la misma tendencia

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

66

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

0

2 4 6 8 10 12

L Ferrooxidans adaptada

Lferrooxidans

Calcopirita

Calcopirita Biomodificada

Zeta

Po

tenti

al

mV

pH

Figura 22 Comparacioacuten de valores de potencial zeta para L ferrooxidans pura y

adaptada Calcopirita pura y biomodificada

En cuanto a la medicioacuten de potencial zeta para calcopirita Sharma

(2001) demostroacute que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de

pH 30 Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en

todo el rango de pH maacutes no se obtiene el IEP esto depende de la carga

superficial que es determinada por los iones determinantes del potencial

(M+ S2-) debido a la molienda en seco e indirectamente por OH- y H+

que determinan la estabilidad de las especies superficiales (MOH+

MOH2)

Al igual que con la pirrotita el valor de potencial zeta de la calcopirita

biomodificada es independiente al valor de pH siendo similar a la carga

correspondiente a L ferrooxidans esto indica la interaccioacuten de la

bacteria con el mineral A pH aacutecido (2) el potencial zeta del mineral

biomodificado y mineral puro son muy similares conforme se avanza en

un pH maacutes baacutesico la carga del mineral biomodificado se incrementa con

respecto al mineral puro

Pote

ncia

l

Zeta

m

V

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

67

743 Correlacioacuten y anaacutelisis de resultados

En la figura 23 se puede observar que la forma de la curva para el

potencial de calcopirita es similar en forma a la adsorcioacuten de la bacteria

El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y

permanece sin cambios a lo largo del periacuteodo El IEP esta definido al

mismo tiempo por la carga negativa de la superficie de L ferrooxidans

(punteada) Sin embargo la lectura final del potencial zeta de calcopirita

excede el valor de la bacteria indicando la presencia de especies con un

valor maacutes negativo de potencial zeta

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250

ti min

Zeta

po

ten

tia

l m

V

120

130

140

150

160

170

180

120

130

140

150

160

170

180

(Cp)

adsorcioacuten [Ba

cter

ial

cell

] x

10

7cel

lm

l

(L ferrooxidans)

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

calcopirita La liacutenea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3 La

adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

68

La carga de la superficie del Sdeg es negativo como se muestra en la

figura 24 Y asiacute puede determinarse que el potencial zeta de la

calcopirita a un pH de 3 biomodificada con L ferrooxidans es el

resultado de la contribucioacuten de los grupos superficiales de la bacteria

adsorbida y de la formacioacuten de Sdeg Como referencia la curva de

potencial zeta de L ferrooxidans es presentada como funcioacuten del pH

Por otra parte a un pH de 90 donde se realizo la flotacioacuten el potencial

zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre

el mineral y la bacteria (figura 25) Los resultados indican la formacioacuten

de hidroacutexidos metaacutelicos comenzando con la disolucioacuten de la calcopirita

durante el acondicionamiento aacutecido con la bacteria El IEP de Cu(OH)2 es

94 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks 1965) El valor de potencial

zeta y posteriormente la concentracioacuten de hidroacutexidos con el mineral se

incrementa con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de hidroacutexidos

metaacutelicos mayormente aquellos con fierro y la hidrofilicidad de la

bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofoacutebica de

la calcopirita

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

0 3 6 9 12

pH

Po

ten

cial

zeta

m

V

Sdeg

L ferrooxidans

Fig 24 Potencial zeta de L ferrooxidans y del azufre elemental en funcioacuten del pH

Electrolito soporte de las pruebas de Sdeg de 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

69

Ademaacutes es conocido que L ferrooxidans no participa en la oxidacioacuten del

azufre a comparacioacuten de A ferrooxidans

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

0 50 100 150

ti min

-30

-28

-26

-24

-22

-20

pH=9

Po

ten

cial

zet

a m

V

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

El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como funcioacuten de tiempo de

interaccioacuten se muestra en la figura 26 La curva de potencial zeta para

pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de

interaccioacuten y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la

bacteria A un pH de 90 existe un incremento en el potencial zeta del

mineral el cual se mantiene constante en los primeros 45 minutos de

contacto con la bacteria (figura 27) Los resultados corroboran el hecho

de que la fraccioacuten del mineral que reacciona es miacutenima

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

70

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

[Ba

cteri

al

cel

l]

x1

07

cel

lm

l

-18

-15

-12

-9

-6

-3

0

0 50 100 150 200 250

t min

po

ten

cia

l zet

a

mV

120

140

160

180

200

(Po)

(L ferroxidans)

adsorcioacuten

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 adsorcioacuten de la bacteria sobre la

pirrotita La adhesioacuten fue determinada a pH 25 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

-20

-16

-12

-8

-4

0

0 50 100 150

t min

Po

ten

cial

zeta

m

V

pH=9

Figura 27 Efecto del tiempo de contacto con L ferrooxidans en el potencial zeta de la

pirrotita a pH 9 Electrolito soporte 10-2M NaNO3

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

71

75 Microflotacioacuten

Minerales puros

Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH aacutecido

tiene una recuperacioacuten cercana al 90 que va decreciendo conforme el

pH de va haciendo baacutesico mantenieacutendose constante a lo largo de casi

todo el rango de pH

Por su parte la pirrotita -53+38microm a pH aacutecido tiene una recuperacion

de alrededor de 40 mantenieacutendose asiacute hasta pH 80 que tiene un

descenso de 15 recuperaacutendose a un pH de 90

La pirrotita -75+53microm tiene una pobre recuperacioacuten de alrededor de

solo el 10 sin observarse cambio notorio en todo el rango de pH (fig

28)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10

pH

Flo

tabili

da

d Calcopirita

Pirrotita -75+53microm

Pirrotita -53+38microm

Fig 28 Microflotacioacuten de minerales puros

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

72

Mezclas

Para conocer el comportamiento de los minerales puros en mezcla con el

mismo tamantildeo de partiacutecula o diferente se realizaron anaacutelisis de

microflotacioacuten para comparar el porcentaje de recuperacioacuten en todo el

rango de pH

La figura 29 nos muestra la recuperacioacuten de Calcopirita (Cp) pura

comparaacutendola en mezcla con Pirrotita (Po) -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Flo

tabili

dad

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Po mix

Cp mix

Calcopirita

Po -75+53microm

Fig 29 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53microm comparados en

todo el rango de pH

Se observa que una mezcla con el mismo tamantildeo de partiacutecula tiene un

efecto sobre los minerales La calcopirita en mezcla una recuperacioacuten

menor mas sin embargo entre mas baacutesico sea el pH la recuperacioacuten va

aumentando hasta alcanzar un 80

En cambio la pirrotita no muestra un cambio notorio al estar pura que

en mezcla ambas tienen una pobre recuperacioacuten sin importar el pH

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

73

La figura 30 muestra los porcentajes de recuperacioacuten de Calcopirita pura

y en mezcla con Pirrotita -53+38microm

Se observa que el tamantildeo de la partiacutecula afecta la recuperacioacuten de

ambos minerales cuando se encuentran mezclados A diferencia de la

figura anterior eacutesta nos muestra como la mezcla de Cp-Po disminuye

draacutesticamente conforme el pH se hace maacutes baacutesico hasta finalmente

quedar en 20

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Calcopirita

Cp mixPo mix

pH

Flo

tab

ilid

ad

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Cp mixPo mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Pirrotita

Fig 30 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla Calcopirita -75+53microm y

Pirrotita -53+38microm comparados en todo el rango de pH

En el caso de la Pirrotita -53+38microm observamos su disminucioacuten en

recuperacioacuten conforme la solucioacuten va adquiriendo un pH baacutesico

En el caso de la figura 31 observamos el comportamiento de Cp-Po

ambos del mismo tamantildeo de partiacutecula (-75+53microm) con la diferencia

que la Pirrotita se encuentra en proporcioacuten 21 con la Calcopirita

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

74

El cambio en el comportamiento de recuperacioacuten de la Calcopirita en

mezcla es radical ya que no sobrepasa el 40 cuando en cantidades

iguales (fig 29) alcanzaba hasta un 80 El mismo comportamiento se

observa para la Pirrotita ya que su recuperacioacuten se ve disminuida

praacutecticamente a nada en todo el rango de pH aacutecido

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

pH

Flo

tabili

da

d

F

lota

bili

da

d

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

0

20

40

60

80

100

4 6 8 10

Mineral Cp

Cp mix

Mineral Po

Po mix

Fig 31 Recuperacioacuten de minerales puros y en mezcla -75+53 microm en todo el rango de

pH proporcioacuten 21 Pirrotita-Calcopirita

Es evidente que el comportamiento de flotacioacuten de la calcopirita en una

mezcla no es igual al del mineral puro Comparando los resultados se

observa que el mineral puro tiene mayor flotabilidad que cualquiera que

se encuentre en una mezcla lo cual indica que la presencia de pirrotita

disminuye la recuperacioacuten de la calcopirita

El efecto del incremento en el aacuterea de contacto de la pirrotita en la

flotabilidad de la calcopirita puede ser explicado en base al

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

75

comportamiento electroquiacutemico de los dos minerales particularmente el

contacto galvaacutenico Para predecir el comportamiento de ambos sulfuros

se efectuaron pruebas de potencial a circuito abierto OCP

Tabla 5 Aacuterea superficial de los minerales estudiados

Mineral Aacuterea Superficial m2g

Cp -75+53microm 09724

Po -53+38microm 2

Po -75+53microm 39

El potencial de reposo de la Calcopirita (mV vs SCE) es mayor al de la

Pirrotita (mV vs SCE) esto se observa en la fig 32 Los procesos que

ocurririacutean cuando hacen contacto debido a la mezcla pueden ser

explicados de acuerdo a la teoriacutea de potencial mixto para sulfuros El

potencial mixto se caracterizaraacute por un valor intermedio definido por los

valores de la pareja de sulfuros de tal manera que la Calcopirita se

someteraacute a un potencial menos oxidante por lo que actuaraacute como

caacutetodo Por el contrario la pirrotita seraacute sometida a un potencial maacutes

oxidante actuando como aacutenodo La pirrotita soportaraacute las reacciones de

oxidacioacuten en su superficie como la disolucioacuten oxidante

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

76

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Po

Fig 32 La figura muestra los potenciales de reposo de Calcopirita y Pirrotita naturales

Fe (1-x) S+ 2H+ rarr (1-3x) Fe2+ + 2xFe3+ + H2S (13)

2Fe(1-x)S + O2 + 4H+ rarr (2-6x)Fe2+ + 4x Fe3+ + 2Sdeg + 2 H2O (14)

En el rango de pH en que se efectuoacute la flotacioacuten (pH=6-10) las especies

ferrosas y feacuterricas precipitan como hidroacutexidos de hierro

La calcopirita soportaraacute las reacciones de reduccioacuten en su superficie

como es la reduccioacuten del oxiacutegeno disuelto o la probable reduccioacuten de

especies feacuterricas

H2O + frac12 O2 + 2 e- rarr 2 OH- (15)

4Fe2+ + O2 + 4H+ rarr 4Fe3+ + 2 H2O (16)

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

77

Debido a que la calcopirita actuacutea como caacutetodo es necesario determinar

si la reduccioacuten de su potencial de reposo debido al contacto galvaacutenico

inhibe la interaccioacuten con el colector

Seguacuten Ekmekccedili y Demirel (1997) concuerdan en que las interacciones

galvaacutenicas afectan el comportamiento de los minerales naturales Ellos

concluyen que la calcopirita se deprime en presencia de pirita Esta

depresioacuten se atribuye al incremento en las reacciones anoacutedicas en la

superficie de la calcopirita Asiacute oacutexidos de hierro hidrofiacutelicos y especies

oxisulfuacutericas se forman en la superficie que le confiere a la calcopirita

una superficie hidrofiacutelica

En la figura 33 se comparan resultados de la calcopirita en presencia y

ausencia de tionocarbamato 10-5M acondicionada en atmoacutesfera de aire

y nitroacutegeno Los resultados indican que el potencial de reposo del

mineral en presencia de tionocarbamato se hace maacutes negativo

(catoacutedico) evidenciando la interaccioacuten mineral-colector Por otra parte

el potencial oxidante modificado debido a la atmoacutesfera de oxiacutegeno o

nitroacutegeno no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral en presencia del colector Estos resultados indican que para las

condiciones de oxidacioacuten evaluadas la reaccioacuten con el colector es de

naturaleza quiacutemica Por lo anterior se considera que la disminucioacuten de

la flotabilidad de la calcopirita durante el contacto con pirrotita no es

efecto de la disminucioacuten del potencial debido al efecto galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

78

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Calcopirita

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Cp

Cp Th O

Cp Th N

Fig 33 La figura muestra los potenciales de reposo de la Calcopirita natural ()

Calcopirita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Calcopirita en

presencia de tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Para evidenciar el efecto del contacto galvaacutenico en la generacioacuten de

azufre elemental (hidroacutefobo) se efectuaron pruebas empleando el

meacutetodo descrito por Bartlett y Skoog (1954) para cuantificar la cantidad

de azufre elemental presente tanto en los minerales naturales como en

mezclas Los resultados se pueden observar en la tabla 6 Los anaacutelisis

arrojaron que la calcopirita natural no produce azufre elemental

mientras que la pirrotita por si sola produce 0344 mg por cada gramo

de mineral corroborando el efecto propuesto debido al contacto

galvaacutenico

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

79

Tabla 6 Muestra los valores obtenidos de azufre elemental en calcopirita y pirrotita

natural y en mezclas

Mineral Sdeg mgg

Calcopirita natural -75+53microm 0

Pirrotita natural -75+53microm 0344

Mezclas

Po ndash Cp 11 -75+53microm 0579

Po ndash Cp 11 -53+38microm 0914

Po ndash Cp 21 -75+53microm 0565

Para conocer la reaccioacuten con el colector se realizaron pruebas con

pirrotita en presencia y ausencia de tionocarbamato acondicionada en

atmoacutesfera de aire y nitroacutegeno Los resultados los podemos observar en

la figura 34 y nos indican que el potencial de reposo del mineral en

presencia de tionocarbamato permanece constante o sin cambio

aparente lo que nos corrobora que la atmoacutesfera a la que estaacute sometido

el mineral no tiene un efecto importante en el potencial de reposo del

mineral Estos resultados indican que para las condiciones de oxidacioacuten

evaluadas la reaccioacuten con el colector es de naturaleza quiacutemica

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

80

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

-200

-100

0

100

200

300

400

0 2 4 6 8 10 12

pH

mV

vs

SC

E

Po

Po Th O

Po Th N

Pirrotita

Fig 34 La figura muestra los potenciales de reposo de la Pirrotita natural () Pirrotita en presencia de tionocarbamato con nitroacutegeno () y Pirrotita en presencia de

tionocarbamato con oxiacutegeno ()

Minerales acondicionados con L ferrooxidans

Los minerales puros fueron acondicionados con L ferrooxidans para

conocer como influye la bacteria en su recuperacioacuten En la figura 35 se

observa el porcentaje de recuperacioacuten de calcopirita biomodificada

contra el tiempo de interaccioacuten de la bacteria

Se observa que a los 10 minutos de contacto es cuando mas se

recupera el mineral y que entre mas tiempo se flote mas porcentaje de

recuperacioacuten se obtiene

Siendo el minuto 8 el que obtiene el porcentaje maacutes alto casi del 90

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

81

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Fig 35 Microflotacioacuten de Calcopirita biomodificada

En cuanto a la pirrotita -75+53microm biomodificada se observa en la

figura 36 que no existe una recuperacioacuten y que esto es independiente de

el tiempo de interaccioacuten con la bacteria y de el tiempo de flotado

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

Fig 36 Microflotacioacuten de Pirrotita -75+53microm biomodificada

En cambio como se observa en la figura 37 la pirrotita -53+38microm tiene

una mejor recuperacioacuten conforme el tiempo de interaccioacuten con la

bacteria es mas corto y al igual que la calcopirita el minuto 8 de

flotacioacuten es el que obtiene mas recuperacioacuten de mineral

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

82

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Flo

tabili

da

d

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

00

100

200

300

400

500

600

700

800

0 20 40 60 80 100

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

x 8 min

6 min

2 min

1 min

4 min

t interaccioacuten min

Fig 37 Microflotacioacuten de Pirrotita -53+38microm biomodificada

Al comparar el porcentaje de recuperacioacuten de los minerales puros y

biomodificados encontramos diferencias por ejemplo la calcopirita pura

obtuvo alrededor de un 80 de recuperacioacuten en cambio cuando es

biomodificada alcanzoacute un 90 mostrando que la interaccioacuten entre

bacteria-mineral favorece el proceso

En cuanto a las pirrotitas hay discrepancias ya que la pirrotita -

75+53microm no habiacutea obtenido una buena recuperacioacuten (10-20) como

mineral puro y cuando se le biomodificoacute su recuperacioacuten cayo auacuten mas

(5)

En cuanto a la pirrotita -53+38microm pura se obtuvo alrededor de un 40

de recuperacioacuten y despueacutes de haber estado en contacto con

Lferrooxidans obtuvo alrededor de 70 de recuperacioacuten

La figura 38 nos muestra la cineacutetica de flotacioacuten de la Calcopirita en

presencia de L ferrooxidans El factor de correlacioacuten se encuentra entre

090 y 095 lo que nos indica que la flotabilidad de calcopirita en

presencia de la bacteria sigue la cineacutetica de primer orden Esto es que a

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

83

menor tiempo de contacto mayor flotabilidad siguiendo la misma

tendencia conforme crece el tiempo de interaccioacuten

In (

1-R

)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966In

(1

-R)

tf min

Calcopirita

k (10 min) = -03516min-1

R2 = 09061

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (20 min) = -01729min-1

R2 = 09071

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

k (45 min) = -00846min-1

R 2= 09163

-1

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (60 min) = -00746min

R2 = 09527

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

k (90 min) = -00539min-1

R2 = 09498(90 min) = -00539min-1

R2 = 09498

-4

-35

-3

-25

-2

-15

-1

-05

0

0 2 4 6 8 10 12

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

k (0 min) = -0028min -1

R2 = 0966

Fig 38 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la

Calcopirita El mineral fue acondicionado en presencia de bacteria por 0 10 20 45

60 y 90 min en colector 5100 a pH 90 tf es el tiempo de flotacioacuten

Las figuras 39 y 40 nos muestran la cineacutetica de flotacioacuten de la Pirrotita -

53+38microm y -75+53microm en presencia de L ferrooxidans El factor de

correlacioacuten se encuentra entre 059 y 095 lo que nos indica que hay

una dispersioacuten en los datos obtenidos

El efecto no es gradual con el tiempo de interaccioacuten esto nos indica que

el mecanismo de interaccioacuten es complejo en el proceso de

biomodificacioacuten

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

84

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

tf min

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

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-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

k(10min)

= -01653min-1

R2 = 09219

k (20min)

= -00625min-1

R2 = 07802

k(60 min)

= -00846min-1

R2 = 06199

k(45min)

= -00618min-1

R2 = 07397

k(90min)

= -00816min-1

R2 = 09565

-14

-12

-1

-08

-06

-04

-02

0

1 2 3 4 5 6 7 8 90

In(1

-R)

Pirrotita -53+38 um

Fig 39 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-53+38microm

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pirrotita -75 +53 um

tf min

In(1

-R)

k(20min)= -00068min-1

R2 = 07249

k(10min)

= -0006min-1

R2 = 08154

k(45min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(90min)

= -00024min-1

R2 = 05926

k(60min)

= -00019min-1

R2 = 07142

-006

-005

-004

-003

-002

-001

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tf min

In(1

-R)

Fig 40 Efecto de L ferrooxidans en la constante cineacutetica de flotabilidad de la Pirrotita

-75+53microm

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

85

Activacioacuten de Pirrotita

Para conocer el proceso de activacioacuten aplicado a nuestra sistema de flotacioacuten se

activoacute a la Pirrotita -100+200 y Pirrotita -200+400 con CuSO4 10-5M obteniendo

como resultado lo mostrado en la figura 36 Se observa que ambos minerales no

importando su tamantildeo tienen mayor flotabilidad al ser activados comparaacutendolos

con el mineral puro lo que sugiere que el Cu2+ se reduce a Cu+ incrementando la

flotabilidad del mineral oxidaacutendolo y formando posteriormente azufre elemental

0

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

40

20

40

60

80

4 6 8 10

1 Po activada -200+400

2 Po natural -200+400

3 Po activada -100+200

4 Po natural -100+200

pH

Flo

tabilid

ad

1

2

3

4

Figura 41 Microflotacion de Pirrotita activada por especies de Cobre

76 MATS

La adhesioacuten microbiana a superficies soacutelidas resulta de unas complejas

interacciones fisicoquiacutemicas alrededor de la ceacutelula Estas interacciones

son causadas por la carga de la superficie la hidrofobicidad y por la

interaccioacuten en la superficie de electroacuten aceptordonador

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

86

Algunos estudios han reportado que el electroacuten donadoraceptor juega

un papel crucial en el fenoacutemeno de adhesioacuten microbiana Se debe notar

que la energiacutea que se deriva de esta interaccioacuten puede ser el doble que

la que se produce por las interacciones de Lifshitz-van der Waals

Las propiedades fisicoquiacutemicas de la superficie celular pueden ser

modificadas dependiendo de las estructuras que se encuentren en la

superficie o por factores ambientales tales como la temperatura la

composicioacuten del medio fuerzas ioacutenicas y el pH

Caraacutecter electroacuten donador

Los resultados obtenidos del MATS para Lf con diferente

concentracioacuten de tionocarbamato (10-6 M 10-5 M 10-4 M) y a un tiempo

de vortex diferente (20 40 y 60 s) a un pH constante de 25 se

muestran en la tabla 7

Se observa que Lf no reacciona de manera diferente al cambio de

concentracioacuten de colector ni al tiempo de mezclado ya que claramente

se muestra en la figura 40 que no tiene caraacutecter electroacuten donador ya

que no se obtuvo valor alguno

Se observa que solo reacciono vagamente cuando la concentracioacuten del

colector fue de 10-5 M y el tiempo de mezclado fue de 20 y 40 segundos

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

87

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 40 60

Tiempo (s)

Cara

cte

rele

ctr

on

do

nad

or

Fig 42 Caraacutecter electroacuten donador (diferencia entre adhesioacuten microbiana al cloroformo

y adhesioacuten microbiana al hexadecano) de L ferrooxidans como funcioacuten de fuerza ioacutenica -- 0000001 M -- 000001 M -diams- 00001 M

Tabla 7 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Cloroformo Hexadecano

x10-6

20 3217 3661

40 2583 6830

60 872 5880

x10-5

20 1425 927

40 1259 885

60 1701 3361

x10-4 20 1714 2952

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

88

40 1143 2857

60 810 4667

Baacutesicamente L ferrooxidans tiene mayor afinidad por el hexadecano

(solvente fuertemente donador de electrones) que por el cloroformo

(solvente apolar) Estos resultados muestran las bajas propiedades de

donador de electrones de Lf

Caraacutecter electroacuten aceptor

La tabla 8 muestra la afinidad con eacuteter dietiacutelico y hexano El caraacutecter

aceptor de electrones fue estimado entre la diferencia entre la afinidad

al eacuteter dietiacutelico y el hexano pero solo los valores positivos fueron

considerados

Tabla 8 Afinidad de L ferrooxidans a los dos solventes usados en MATS con

diferente tiempo de mezclado y con diferente concentracioacuten de tionocarbamato

Adherencia

Tiempo (s) Eter dietiacutelico Hexano

x10-6

20 998 998

40 681 2139

60 491 1125

x10-5 20 318 1923

CAPITULO 7 Resultados y Discusioacuten

89

40 595 595

60 705 2310

x10-4

20 1548 3619

40 1429 3381

60 2024 3524

De acuerdo a los resultados Lf tiene mayor adherencia al hexano que

al eacuteter dietiacutelico indicando que tiene un caraacutecter aceptor de electrones a

un pH de 25

A un pH acido los grupos funcionales pueden ser desprotonados esto

puede explicar el caraacutecter aceptor obtenido a este pH Estas

propiedades seguacuten estudios se le pueden atribuir a los grupos

funcionales de la superficie celular (Bellon-Fontaine y cols 1996

Hamadi y cols 2004)

CAPITULO 8 Conclusiones

90

CAPIacuteTULO 8

CONCLUSIONES

La obtencioacuten del valor de potencial zeta generoacute informacioacuten sobre los

grupos que se forman la superficie bacteriana y determinan su carga L

ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 25 indicando que estaacute

conformado en su mayoriacutea por grupos ndashCOOH -NH3-HPO4 -H2PO4 -

PO4 y HPO4

La interaccioacuten de la bacteria con el mineral fue evidenciada mediante la

obtencioacuten del potencial zeta de los minerales puros en presencia y

ausencia de bacteria El valor de potencial zeta para Calcopirita

biomodificada es el resultado de la contribucioacuten de grupos superficiales

de la bacteria adsorbida y de la formacioacuten de azufre elemental Cuando

comienza su disolucioacuten se empiezan a formar hidroacutexidos metaacutelicos que

se incrementan con el tiempo de interaccioacuten La precipitacioacuten de estos

hidroacutexidos metaacutelicos y la hidrofilicidad de la bacteria adsorbida

contribuyen a disminuir la hidrofobicidad de la calcopirita

Se realizaron isotermas de absorcioacuten de L ferrooxidans sobre los

minerales puros indicando que en ambos minerales la absorcioacuten es un

proceso raacutepido que ocurre en los primeros 10-20 minutos Los

resultados se ajustan a la isoterma de Langmuir Las constantes

cineacuteticas de absorcioacuten para pirrotita fueron XAM es de 1x109 bacteriasg

CAPITULO 8 Conclusiones

91

de Pirrotita y KA de 2x10-6 bacteriaml Y de 9x1010 bacteriasg de

calcopirita (XAM) y KA de 617x10-9 bacteriaml

Se observoacute la desercioacuten de una fraccioacuten de la bacteria absorbida en

mineral de pirrotita una de las posibles explicaciones es formulada en

base al incremento en la concentracioacuten de hierro en solucioacuten debido a la

biolixiviacioacuten de la propia pirrotita

La calcopirita se comporta diferente al estar en una mezcla que como

mineral puro lo que significa que la presencia de pirrotita inhibe la

recuperacioacuten de la calcopirita Cuando se encuentran en una mezcla se

forma el potencial mixto el cual haraacute que la calcopirita actuacutee como

caacutetodo y la pirrotita como aacutenodo Esta reduccioacuten en el potencial de

reposo de la calcopirita debido al contacto galvaacutenico se tiene que

determinar si inhibe o no la interaccioacuten con el colector y por ello se

evaluacuteo al mineral con su colector (tionocarbamato) evidenciando que

existe una interaccioacuten entre ellos y que eacutesta es de naturaleza quiacutemica y

no debido al efecto galvaacutenico Los mismos resultados fueron arrojados

para la pirrotita evidenciando tambieacuten que su interaccioacuten con el colector

es de naturaleza quiacutemica

Ya que la pirrotita deprime a la calcopirita se le atribuye un incremento

en las reacciones anoacutedicas en su superficie formaacutendose oacutexidos de

hierro hidrofiacutelicos y especies oxisulfuacutericas lo que le confiere una

propiedad hidrofiacutelica

Se realizaron isotermas de adsorcioacuten y cineacuteticas de crecimiento donde

nos indica que la flotabilidad de la calcopirita en presencia de la bacteria

CAPITULO 8 Conclusiones

92

sigue una cineacutetica de primer orden lo que significa que entre menor sea

el tiempo de contacto entre ellos la flotabilidad del mineral se

incrementa

Por el contrario la pirrotita tiene un mecanismo complejo ya que su

efecto no es gradual al tiempo de interaccioacuten

Las pruebas de microflotacioacuten indican que la flotabilidad de la calcopirita

disminuye con el contacto de la pirrotita el incremento en su aacuterea

superficial (pruebas con distinto tamantildeo de partiacutecula y mayor

concentracioacuten del mineral) resulta en la depresioacuten de la calcopirita

Leptospirillum ferrooxidans es efectiva para la separacioacuten actuacutea como

depresor de la pirrotita sin embargo su accioacuten no es suficiente para

contrarrestar la oxidacioacuten de la pirrotita con la generacioacuten de especies

hidroacutefobas en la superficie lo que la convierte en un depresor deacutebil

puesto que su accioacuten no alcanza a cubrir todos los sitios hidroacutefobos

En cuanto a la activacioacuten se concluye que los iones de cobre favorecen

la flotabilidad de la pirrotita no importando su tamantildeo tiene mayor

flotabilidad comparaacutendolo con el mineral puro sin activar indicando que

el colector no convencional (Tionocarbamato) es sensible a la activacioacuten

accidental de minerales tipo ganga como la pirrotita

La cineacutetica de flotacioacuten de minerales estando en contacto con

Leptospirillum ferrooxidans indica que el tiempo ideal de contacto entre

CAPITULO 8 Conclusiones

93

la bacteria y el mineral es de solo 10 minutos y que una vez en el

proceso de flotacioacuten el tiempo ideal de recuperacioacuten de mineral es al

minuto 8

De acuerdo a los resultados de MATS Lf tiene un caraacutecter aceptor

de electrones a un pH de 25 A un pH acido los grupos funcionales

pueden ser desprotonados esto puede explicar el caraacutecter aceptor

obtenido a este pH Estas propiedades seguacuten estudios se le pueden

atribuir a los grupos funcionales de la superficie celular

CAPITULO 9 Recomendaciones

94

CAPIacuteTULO 9

RECOMENDACIONES

En base a la experiencia ganada durante el desarrollo del presente

proyecto a continuacioacuten se enlista una serie de recomendaciones

enfocadas a mejorar y profundizar en los aspectos relacionados a la

bioflotacioacuten

1 Estudiar la adhesioacuten bacteriana de L ferrooxidans en sistemas de

oacutexidos

2 Experimentar con S carnosus como posible colector no

convencional

CAPITULO 10 Bibliografiacutea

95

CAPIacuteTULO 10

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99

GLOSARIO

L f Leptospirillum ferrooxidans

MATS Microbial adhesioacuten to solvents

Cp Calcopirita

Po Pirrotita

IEP Punto isoeleacutectrico

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