Procesamiento de sulfuros complejos · 2017. 6. 14. · 2.10 sistema de sulfuros complejos 27 2.11...
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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
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
Den
sid
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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de
corr
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te
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middotcm
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E V
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
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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
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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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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ad
de
corr
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
Den
sid
ad
de
corr
ien
te
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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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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de
corr
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Den
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corr
ien
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middotcm
-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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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ad
de
corr
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
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
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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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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corr
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Den
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corr
ien
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middotcm
-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
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lula
s a
dso
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XLX
A(g
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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
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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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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E V
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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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
Den
sid
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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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te
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middotcm
-2
E V
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
Den
sid
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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
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
ien
te
mA
middotcm
-2
E V
Den
sid
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
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
37 61-71
Bartlett JK Skoog DA 1954Colorimetric determinationof elemental sulfur in
hydrocarbons Analitical Chemistry 266 1008-1011
Bellon-FontaineMN RaultJ van OssCJ 1996 Microbial adhesion to solvents a
novel method to determine the electron-donorelectron-acceptor or Lewis acid-base
properties of microbial cells Colloids and Surfaces BBiointerfaces 7 47-53
Brinen J Greenhouse S Nagaraj DR y Lee J 1993 SIMS and SIMS imaging
studies of adsorbed dialkyl dithiophosphinates on PbS crystal surfaces Int J of
Mineral Processing 38 93 -109
Bueno BYM Torem ML Molina F Mesquita LMS 2007 Biosorption of lead
(II) chronium (III) and copper (II) by R opacus Equilibrium and kinetic studies
Minerals Engineering 21 65 ndash 75
Buswell AM Bradshaw DJ Harris PJ y Ekmekci Z 2002 The use of
electrochemical measurements in the flotation of a platinum group minerals (PGM) bearing ore Minerals Engineering 15 395ndash404
Buswell AM y Nicol MJ 2002 Some aspects of the electrochemistry of the flotation of pyrrhotite Journal of Applied Sciences 32 1321ndash1329
Casas Botero A E Torem ML Souza L 2007 Fundamental studies of
Rhodococcus opacus as a biocollector of calcite and magnesite Minerals Engineering
20 1026-1032
ChandapharaMN Natarajan KA Somasundaran P 2006 Surface chemical
characterization of Acidithiobacillus ferroxidans grown in presence of different metal
ions In Proceedings of the XXIII International Mineral Processing Congress IMPC
Istanbul pp 442ndash447
Colmer AR y Hinkle ME 1947 The role of microorganisms in acid mine drainage
a preliminary report Science 106 253ndash256
Deo N y Natarajan KA 1997 Interaction of bacillus polymyxa with some oxide
minerals with referente to mineral beneficiation and environmentl control Minerals
Engineering 10(12) 1339-1354
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
96
Deo N y Natarajan KA 1998 Studies on interaction of Paenibacillus polymyxa
with iron ore minerals in relation to beneficiation Int J Mineral Processing 55 41-60
Donati E Sand W 2007 Microbial Processing of Metal Sulfides Ed Springer
Holanda 4ndash 11
Ekmekci Z and Demirel H 1997 Effects of galvanic interactions on colectorless
flotation behavior of chalcopyrite and pyrite Int J Miner Process 52 31-48
Finkelstein NP 1997 The activation of sulphide minerals for flotation a review
Int J of Mineral Processing 52 81 -120
Giaveno A Lavalle L Chiacchiarini P Donati E 2007 Bioleaching of zinc from
low-grade complex siacutelfide ores in an airlift by isolated Leptospirillum ferrooxidans
Hidrometallurgy Vol 89 pp 117 ndash 12
HamadiF LatracheH El Ghmari A ElloualiM MabrroukiM KouiderN 2004
Effect of pH and ionic strenght on hydrophobicity and electron donor and acceptor
characteristics of Escherichia coli and Staphylococcus aureus Annals of Microbiology
54(2) 213-225
Hancock 1991 IC Microbial cell surface architecture Microbial cell surface anaacutelisis
Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York 22 ndash 59
Harris PJ FinkelsteinNP 1975 Interaction between sulfide minerals and
xanthates I The formation of monothiocarbonate at galena and pyrite surfaces Int J
Miner Process 2 (1) 77
James AM 1991 Charge properties of microbial cell surfaces Microbial cell surface
analysis Eds Mozes N Handley PS Busscher HJ Rouxhet PG VCH New York
221 ndash 261
Kelly DP y Wood AP 2000 Reclassification of some species of Thiobacillus to the
newly designated genera Acidithiobacillus gennov Halothiobacillus gennov and
Thermithiobacillus gennov International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 50 511ndash516
Marabini AM Barbaro M y Alesse V 1990 New reagents in sulphide mineral
flotation Int J Miner Process 33 291 ndash 306
Mesquita LM Lins FF y Torem ML 2003 Interaction of a hydrophobic
bacterium strain in a hematitendashquartz flotation System International Journal of Mineral Processing 71 31ndash44
Miller JD LiJ Davidtz JC Vos F 2005 A review of pyrrhotite flotation
chemistry in the processing of PGM ores Minerals Engineering Elsevier 18 855 ndash
865
MitchellTK NguyenAN EvansGM 2005 Heterogoagulation of chalcopyrite and
pyrite minerals in flotation separation Advances in colloid and interface science 114-
115 227-237
Mohammad A y Kingman S 2007 The influence of microwaves on the leaching of
sphalerite in ferric chloride Chemical engineering and Processing 46 883 ndash 888
Parks G 1965 The isoelectric points of solid oxides solid hydroxides and aqueous
hydroxo complex systems Chem Rev 65 177 ndash 195
Poortinga A Bos R Norde W Busscher H 2002 Electric double layer
interactions in bacterial adhesion to surfaces Surface science reports 47 1-32
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
97
PourbaixM ZoubouN 1974 Iron En Atlas of electrochemical equilibria in
aqueous solutions Marcel Pourbaix NACE USA 307-321
Rao SR 1988 Chemistry of Sulphide Minerals Flotation Department of Mining and
Metallurgical Engineering 3 ndash 6
Rao SR y Finch JA 1988 Galvanic interaction studies on sulphide minerals
Canadian Metallurgical Quartery 27(4) 253 - 259
Rao SR 2004 Surface Chemistry of Froth Flotation Plenum Publishers New
York 294 - 298
Rawlings D 2002 Heavy Metal Mining Using Microbes 56 65 ndash 91
Rijnaarts HM Norde W Lyklema J y Zehnder J 1995 The isoelectric point of
bacteria as an indicator for the presence of cell surface polymers that inhibit adhesion
Colloid and Surfaces B 4 191-197
Sampson MI 2005 Testing the ability of a low grade sphalerite concentrate to
achieve autothermality during biooxidation heap leaching Minerals Engineering
Elsevier 18( 4) 427 ndash 437
Sand W et al 1992 Evaluation of Leptospirillum ferrooxidans for Leaching Applied
and Environmental Microbiology 58(1) 85 ndash 92
Senior GD y Trahar WJ 1991 The influence of metal hydroxides and collector on
the flotation of chalcopyrite Int J of Mineral Processing 33 321 ndash 341
Sharma PK Hanumantha RaoK Natarajan KA y Forssberg KSE 2000
Bioflotation of sulfide minerals in the presence of heterotrophic and cheolithotrophic
bacteria En P Massacci (Editor) Proc XXI International Mineral Procesing Congress
Rome Italy July 22-27 Elsevier B8a-94- B8a-103
Sharma PK Hanumantha Rao H Forssberg KSE y Natarajan KA 2001
Surface chemical characterisation of Paenibacillus polymyxa before and after
adaptation of sulfide minerales Int J of Mineral Processing 62 3-25
Sharma PK 2001 Surface Studies relevant to Microbial adhesion and Bioflotation
of Sulphide Minerals Doctoral Thesis Lulea University of Technology Lulea Sweden
Sharma PK y Hanumantha Rao H 2003 Adhesion of Paenibacillus polymyxa on
chalcopyrite and pyrite surface thermodynamics and extended DLVO theory Colloids
and surfaces B Biointerfaces 29(1) 21-38
Shon HY y Wadsworth ME 1979 Rate processes of extractive metallurgy
Plenum Press New York pp 472
Skinner WM Nesbitt HW y Pratt AR 2004 XPS identification of bulk hole
defects and itinerant Fe 3d electrons in natural troilite (FeS)1 Geochim Cosmochim Acta 68 (10) 2259ndash2263
Smith R y Miettinen M 2005 Microorganisms in flotation and flocculation Future
technology or laboratory curiosity Minerals Engineering 19 (6-8) 548 ndash 553
Sui C 1996 Metal ion transfer between sulphide minerals and effect on xanthate
interaction with pyrite PhD Thesis McGrill University Montreal Canada
Suzuki I 2001 Microbial leaching of metals from sulfide minerals Biotechnology
advances 19 119-132
CAPITULO 10 Bibliografiacutea
98
Torma A 1977 The role of Thiobacillus ferrooxidans in hydrometallurgical processes Advance of Biochemistry Engineering 6 (1) 1ndash37
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