Tesis Magíster
Lixiviación bacteriana en reactores: recuperación de cobre a partir de concentrados sulfurados.
Autor
Badilla-Ohlbaum, Ricardo
Universidad de Chile
Institución
Resumen
Se estudió la cinética de lixiviación química (estéril) y bacteriana (con Thiobacillus ferrooxidans) de dos concentrados sulfurados de cobre, utilizando como agente oxidante el sulfato férrico en ambos casos. Los concentrados fueron suministrados por las Divisiones Chuquicamata y El Teniente de Codelco—Chile, el concentrado procedente de Chuquicamata es rico en los minerales sulfurados calcocita y covelita y el de El Teniente es rico en calcopirita. Los estudios de lixiviación química de ambos concentrados se realizaron en matraces agitados a 30°C y los estudios de lixiviación bacteriana se realizaron en un reactor a escala laboratorio del tipo tanque agitado, operado en forma batch a 30 °C. También se estudió la cinética de disolución química de muestras de minerales individuales, como la calcocita, covelita, bornita, enargita, calcopirita y pirita, por ser estas las principales especies encontradas en los concentrados sulfurados de cobre. En los experimentos de lixiviación de concentrados se estudió el efecto de la concentración de férrico sobre la disolución del cobre.
Los resultados experimentales obtenidos indican que para concentraciones de ion férrico entre 0.75 y 15 g/l, la concentración de este agente oxidante no influye en
la cinética de disolución del cobre para ambos concentrados, con lo cual se concluye que la etapa controlante en la disolución de los concentrados no es la difusión del férrico. Se postula entonces que en la disolución de cobre, tanto para las especies mineralógicas como para los concentrados, está controlada por la reacción química del agente oxidante en la superficie de las partículas de sólido.
Con ésto se ha desarrollado un modelo que se ajusta satisfactoriamente a los resultados experimentales obtenidos, el cual considera que la cinética de disolución
de las especies mineralógicas es directamente proporcional al área superficial de éstas. La variación de área superficial en el tiempo se puede representar por el
modelo de núcleo no reaccionado desarrollado por Levenspiel (1972), para partículas de tamaño constante con una geometría de placa.
Los resultados de lixiviación química de los distintos minerales indican que los porcentajes finales de disolución de cobre (a las 500 horas) siguen el siguiente
orden: Calcocita> Bornita> Covelita > Enargita > Calcopirita Los experimentos de lixiviación química muestran que los porcentajes finales de disolución de cobre (a las 450 horas) son 65% y 50% para los concentrados de Chuqulcamata y El Teniente respectivamente.
Al comparar los parámetros cinéticos de los minerales presentes en los concentrados (estimados por modelación de la lixiviación química), con los de muestras de minerales individuales, se observa que son distintos. Esto se debe a las diferentes áreas superficiales entre los minerales individuales y los minerales presentes en los concentrados, y además es muy probable que existan efectos galvánicos, lo cual explica el aumento en la velocidad de disolución de la bornita,covelita y calcopirita y el retardo en la disolución de la pirita presente en los concentrados.
Los resultados de los experimentos de biolixiviación de ambos concentrados, muestran una gran inhibición de la actividad bacteriana específica durante la
operación del reactor, además se detecta precipitación de ion férrico junto con la disminución del pH de la solución lixiviante. Al agregar el concentrado al reactor se
observa una gran adherencia de los microorganismos durante el primer día de operación, de tal forma que la fracción de bacterias adheridas alcanza valores
superiores al 95% de las bacterias presentes en la solución. El porcentaje final de disolución de cobre para la biolixiviación del concentrado procedente de Chuquicamata (a las 450 horas), es del 50%, este valor es inferior al obtenido por la lixiviación química de este concentrado (65%). Esto se explica por la caída del potencial de la solución y la disminución de la concentración de férrico (Eh < 350 mVolt vs. ECS y [Fe 3] < 1 gIl), lo cual produce un retardo en la disolución del cobre. Además la precipitación de férrico provoca la detención de la disolución del concentrado.
El porcentaje final de disolución de cobre para la biolixiviación del concentrado procedente de El Teniente (a las 450 horas), es del 50%, este valor coincide con el
obtenido por la lixiviación química de este concentrado. Esto permite concluir que el rol principal desempeñado por las bacterias durante la lixiviación de un concentrado
de cobre es mantener un adecuado potencial y concentración de agente oxidante en la solución, de modo de facilitar las reacciones de lixiviación de las distintas
especies mineralógicas presentes.