Tesis Carla Verónica Díaz López

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES
AVANZADOS, S.C.
PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS DE MATERIALES
ESTUDIO DE LOS PROCESOS RELEVANTES
ASOCIADOS A LA BIOFLOTACIÓN SELECTIVA DE
MINERALES SULFUROSOS COMPLEJOS CON
LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS
Tesis como Requisito para obtener el Grado de Doctora en
Ciencias de Materiales presenta:
CARLA VERÓNICA DÍAZ LÓPEZ
DIRECTORES DE TESIS
DRA. EMMA TERESA PECINA
DR. ERASMO ORRANTIA BORUNDA
Chihuahua,Chih. Septiembre 2011

DEDICATORIA
A mis padres, Carlos y Emilia, que siempre me han apoyado y que
fueron los que me enseñaron a siempre terminar lo que empiezo. Que
con su ejemplo de lucha han dejado una huella imborrable en mí.
A mis hijos Luis Carlos y Amina Sofía, que son mi inspiración día a
día, verlos crecer es lo máximo.
A mi esposo Ramón que sin su apoyo no habría podido terminar mis
estudios.
A todos mis seres queridos, hermanos y amigos, porque de alguna
manera u otra han estado presentes apoyándome.
A Dios por darme esperanza y fuerza en estos últimos años.
Dedico a todos con amor.

AGRADECIMIENTOS
Agradezco a la Dra. Emma Pecina por su apoyo incondicional y por
ayudarme a realizar este sueño.
A mis asesores y revisores de tesis por sus valiosas observaciones y
aportaciones a mi trabajo.
Al CONACYT y a la Secretaría de Educación Pública (SEP) por el apoyo
económico otorgado mediante la beca No. 240118/212218 y el
financiamiento de la experimentación derivado del proyecto SEP-CYT de
Ciencia Básica, CB-2005-48639-R "Estudio de los procesos relevantes
asociados a la bioflotación selectiva de minerales sulfurosos complejos".

i
ÍNDICE GENERAL
RESUMEN 1
ABSTRACT 2
CAPÍTULO 1 3
INTRODUCCIÓN 3
CAPÍTULO 2 8
ANTECEDENTES 8
2.1 EMPLEO DE BACTERIAS EN PROCESAMIENTO DE MINERALES 8
2.2 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE BACTERIANA 12
2.3 FACTORES QUE AFECTAN A LA ADHESIÓN BACTERIANA 15
2.3.1 PUNTO ISOELÉCTRICO (IEP) 18
2.4 MODELOS TERMODINÁMICOS PARA ISOTERMAS 19
2.5 DESARROLLO DE BIOREACTIVOS DE FLOTACIÓN 20
2.6 COLECTORES NO CONVENCIONALES 22
2.6.1 BACTERIAS COMO COLECTORES 22
2.7 COLECTORES TIPO QUELATOS ALIFÁTICOS 23
2.8 COLECTORES TIPO QUELATOS AROMÁTICO-ALIFÁTICO 23
2.9 MECANISMOS DE INTERACCIÓN MINERAL-COLECTOR 24
2.9.1 INTERACCIONES QUÍMICAS MINERAL-COLECTOR 25
2.9.2 INTERACCIONES FÍSICAS MINERAL-COLECTOR 25
2.9.3. INTERACCIONES ELECTROQUÍMICAS MINERAL-COLECTOR 26
2.10 SISTEMA DE SULFUROS COMPLEJOS 27
2.11 INTERACCIONES GALVÁNICAS 30
2.12 ACTIVACIÓN 32
2.13 ACTIVACIÓN DEL MINERAL TIPO GANGA 33

ii
CAPÍTULO 5 37
OBJETIVOS DEL PROYECTO 37
5.1 OBJETIVO GENERAL 37
5.2 OBJETIVOS PARTICULARES 37
CAPÍTULO 6 39
MATERIALES Y METODOS ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
6.1 MINERALES Y REACTIVOS 39
6.2 METODOLOGÍA 40
6.2.1 CULTIVO 40
6.2.2 ISOTERMAS DE ADHESIÓN 41
6.2.3 DETERMINACIÓN DE HIERRO 41
6.2.4 ELECTROFORESIS 42
6.2.5 PRUEBAS DE MICROFLOTACIÓN 43
CAPÍTULO 7 46
RESULTADOS Y DISCUSIÓN 46
7.1 CINÉTICA DE CRECIMIENTO 46
7.2 CINÉTICA DE ADHESIÓN 48
7.3 ISOTERMAS DE ADHESIÓN 50
7.4 POTENCIAL ZETA 61
7.4.1 LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ORIGINAL 61
7.4.2 L. FERROOXIDANS ADAPTADA Y MINERALES PUROS 64
7.4.3 CORRELACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 67
7.5 MICROFLOTACIÓN 71
CAPÍTULO 8 90

iii
CONCLUSIONES 90
CAPÍTULO 9 94
RECOMENDACIONES 94
CAPÍTULO 10 95
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 95

iv
ÍNDICE TABLAS
TABLA 1. APORTACIONES RELEVANTES EN SISTEMAS DE BIOFLOTACIÓN 9
TABLA 2. ANÁLISIS QUÍMICO DE LOS MINERALES EMPLEADOS 39
TABLA 3. MEDIO DE CULTIVO 9K 40
TABLA 4. GRUPOS QUE SE ENCUENTRAN EN LA SUPERFICIE EN DIFERENTES ESPECIES
MOLECULARES QUE PUEDEN ESTAR PRESENTES EN LA SUPERFICIE BACTERIANA Y SU
CONSTANTE DE DISOCIACIÓN (PKA). 63
TABLA 5. ÁREA SUPERFICIAL DE LOS MINERALES ESTUDIADOS 755
TABLA 6. MUESTRA LOS VALORES OBTENIDOS DE AZUFRE ELEMENTAL EN CALCOPIRITA Y
PIRROTITA NATURAL Y EN MEZCLAS. 799
TABLA 7. AFINIDAD DE L. FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN M.A.T.S. CON
DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIÓN DE TIONOCARBAMATO.
87
TABLA 8. AFINIDAD DE L. FERROOXIDANS A LOS DOS SOLVENTES USADOS EN M.A.T.S. CON
DIFERENTE TIEMPO DE MEZCLADO Y CON DIFERENTE CONCENTRACIÓN DE TIONOCARBAMATO.
88

v
ÍNDICE FIGURAS
FIGURA 1. ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR 14
FIGURA 2. ESTRUCTURA DE UN LIPOPOLISACÁRIDO 15
FIGURA 3. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LA POSIBLE DISTRIBUCIÓN DE POTENCIAL EN LA
INTERFASE SÓLIDO/LÍQUIDO. IHP Y OHP SON EL PLANO INTERNO Y EXTERNO DE HELMHOLT,
RESPECTIVAMENTE (HUNTER, 1981). 17
FIGURA 4. REPRESENTACIÓN ESQUEMÁTICA DE LAS CURVAS DE POLARIZACIÓN DE LA GALENA
(1) Y PIRITA (2). POTENCIALES DE REPOSO DE LA GALENA (A), MIXTO (B), PIRITA (C) 31
FIGURA 5. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE L.F. EN MEDIO 9K-FERROSO. ESCALA LOGARÍTMICA. 47
FIGURA 6. EVOLUCIÓN DEL POTENCIAL REDOX DE LA SOLUCIÓN Y DE LA CONCENTRACIÓN DE
FERROSO DEL CULTIVO DE L. FERROOXIDANS. 48
FIGURA 7. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN
CONTACTO CON CALCOPIRITA. 49
FIGURA 8. CINÉTICA DE CRECIMIENTO DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS ESTANDO EN
CONTACTO CON PIRROTITA. 49
FIGURA 9. CINÉTICA DE ADHESIÓN DE L. FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIÓN DE PH
EN SOLUCIÓN A UN PH DE 2.5 DONDE A ES 2.4X107
, B 2.14X107
, C 1.82X107
Y D 1.13X107
BACT/ML. 52
FIGURA 10. LA GRÁFICA MUESTRA LA CONCENTRACIÓN DE FE2+
EN SOLUCIÓN DURANTE UNA
FRACCIÓN DE TIEMPO. 53

vi
FIGURA 11. LA GRÁFICA MUESTRA LA CONCENTRACIÓN DE FE2+
EN LA SUPERFICIE DE LOS
MINERALES DURANTE UNA FRACCIÓN DE TIEMPO. 54
FIGURA 12. CINÉTICA DE ADHESIÓN DE L. FERROOXIDANS EN CALCOPIRITA COMO FUNCIÓN DEL
PH EN SOLUCIÓN A PH 2.5, DONDE A ES 2.48X107
, B 1.6X107
, C 3.45X107
Y D 3.45X107
BACT/ML.
55
FIGURA 13. INFLUENCIA DEL TIEMPO EN LA ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS A PIRROTITA. LA
CONCENTRACIÓN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 2.14 X 107
. SÍMBOLOS: ■, XA, NÚMERO DE
BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE PIRROTITA; ♦,XL, NÚMERO DE BACTERIAS LIBRES POR
MILILITRO. 56
FIGURA 14. INFLUENCIA DEL TIEMPO EN LA ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS A CALCOPIRITA.
LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE BACTERIA FUE DE 1.6 X 107
CEL/ML. SÍMBOLOS: ■, XA, NÚMERO
DE BACTERIAS ADHERIDAS POR GRAMO DE CALCOPIRITA; ♦,X L, NÚMERO DE BACTERIAS LIBRES
POR MILILITRO. 57
FIGURA 15. ADSORCIÓN DE L. FERROOXIDANS EN PIRROTITA COMO FUNCIÓN DE TIEMPO DE
CONTACTO Y CON CONCENTRACIONES INICIALES DIFERENTES. ■ 1.82 X 107
CEL/ML, ♦ 2.14X107
CEL/ML. 58
FIGURA 16. ISOTERMA DE ADSORCIÓN EN EQUILIBRIO (10 MIN) PARA L. FERROOXIDANS EN
PIRROTITA. LA LÍNEA SÓLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR. 59
FIGURA 17. ISOTERMA DE ADSORCIÓN EN EQUILIBRIO (120 MIN) PARA L. FERROOXIDANS EN
CALCOPIRITA. LA LÍNEA SÓLIDA REPRESENTA LA ISOTERMA DE LANGMUIR. 59
FIGURA 18. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN MÁXIMA, XAM Y LA CONSTANTE DE
EQUILIBRIO, KA, EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN PIRROTITA. 60
FIGURA 19. ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ADSORCIÓN MÁXIMA, XAM Y LA CONSTANTE DE
EQUILIBRIO, KA, EN LA ISOTERMA DE LANGMUIR EN CALCOPIRITA. 61

vii
FIGURA 20. COMPORTAMIENTO DEL POTENCIAL ZETA DE LEPTOSPIRILLUM FERROOXIDANS. 62
FIGURA 21. COMPARACIÓN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L. FERROOXIDANS PURA Y
ADAPTADA, PIRROTITA PURA Y BIOMODIFICADA. 65
FIGURA 22. COMPARACIÓN DE VALORES DE POTENCIAL ZETA PARA L. FERROOXIDANS PURA Y
ADAPTADA, CALCOPIRITA PURA Y BIOMODIFICADA 66
FIGURA 23. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO DE L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA DE
LA CALCOPIRITA A PH 3. LA FIGURA PRESENTA LA VELOCIDAD DE ADSORCIÓN DE LA BACTERIA
SOBRE LA CALCOPIRITA. LA LÍNEA PUNTEADA CORRESPONDE AL POTENCIAL ZETA DE LA
BACTERIA A PH 3. LA ADHESIÓN FUE DETERMINADA A PH 2.5. ELECTROLITO SOPORTE 10-2
M
NANO3. 67
FIG 24. POTENCIAL ZETA DE L. FERROOXIDANS Y DEL AZUFRE ELEMENTAL EN FUNCIÓN DEL PH.
ELECTROLITO SOPORTE DE LAS PRUEBAS DE S° DE 10-2
M NANO3. 68
FIGURA 25. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO CON L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA
DE LA CALCOPIRITA A PH 9. ELECTROLITO SOPORTE 10-2
M NANO3. 69
FIGURA 26. EFECTO DEL TIEMPO DE CONTACTO DE L. FERROOXIDANS EN EL POTENCIAL ZETA DE
LA PIRROTITA A PH 3. LA FIGURA PRESENTA LA VELOCIDAD DE ADSORCIÓN DE LA BACTERIA
SOBRE LA PIRROTITA. LA ADHESIÓN FUE DETERMINADA A PH 2.5. 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 10-2
M NANO3. 70
FIG. 28.MICROFLOTACION DE MINERALES PUROS 711
FIG. 29. RECUPERACIÓN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75/+53µM COMPARADOS EN
TODO EL RANGO DE PH. 762

viii
FIG. 30. RECUPERACIÓN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA, CALCOPIRITA -75/+53µM Y
PIRROTITA -53/+38µM COMPARADOS EN TODO EL RANGO DE PH. 783
FIG. 31. RECUPERACIÓN DE MINERALES PUROS Y EN MEZCLA -75/+53 µM EN TODO EL RANGO
DE PH PROPORCIÓN 2:1 PIRROTITA-CALCOPIRITA. 74
¡ERROR! 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 NITRÓGENO (■) Y CALCOPIRITA EN
PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXÍGENO (●). 78
FIG. 34. LA FIGURA MUESTRA LOS POTENCIALES DE REPOSO DE LA PIRROTITA NATURAL (●);
PIRROTITA EN PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON NITRÓGENO (▲) Y PIRROTITA EN
PRESENCIA DE TIONOCARBAMATO CON OXÍGENO (■). 80
FIG. 35. MICROFLOTACION DE CALCOPIRITA BIOMODIFICADA 721
FIG. 36. MICROFLOTACION DE PIRROTITA -75/+53µM BIOMODIFICADA 81
FIG.37. MICROFLOTACION DE PIRROTITA -53/+38µM BIOMODIFICADA 732
FIG. 38. EFECTO DE L. FERROOXIDANS EN LA CONSTANTE CINÉTICA 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 9.0. TF ES EL TIEMPO DE FLOTACIÓN. 833
PIRROTITA -53/+38µM. 844

ix
PIRROTITA -75/+53µM. 844
5FIG. 41. MICROFLOTACION DE PIRROTITA ACTIVADA POR ESPECIES DE COBRE 85
FIG 42. CARÁCTER ELECTRÓN DONADOR (DIFERENCIA ENTRE ADHESIÓN MICROBIANA AL
CLOROFORMO Y ADHESIÓN MICROBIANA AL HEXADECANO) DE L. FERROOXIDANS COMO
FUNCIÓN DE FUERZA IÓNICA -▲- 0.000001 M, -■- 0.00001 M, -♦- 0.0001 M. 87

1
RESUMEN
El estudio descrito en esta tesis está orientado a conocer los procesos y
mecanismos de relevancia en la interacción bacteria/mineral sulfuroso
bajo condiciones experimentales equiparables al medio de flotación. La
directriz principal es el desarrollo de investigaciones, que permitan
generar conocimiento fundamental, de interés en el futuro diseño de
tecnología para la explotación de mezclas minerales complejas, típicas
de yacimientos mexicanos. Se presenta la experimentación empleando
sulfuros complejos (calcopirita/pirrotita), en presencia de la bacteria
Leptospirillum ferrooxidans. Asimismo, se efectúa una evaluación de un
colector no convencional (tionocarbamato) que presenta ventajas en
selectividad y resistencia al medio ácido respecto a xantatos.
El estudio estará dirigido a dos aspectos generales: el proceso de
bioflotación en sí y el desarrollo y aplicación de bioreactivos de flotación.
Para lograr lo anterior se considera lo siguiente: (i) establecer los
procesos relevantes en la interacción bacteria/mineral; (ii) caracterizar
la adhesión bacteriana y su efecto en la modificación superficial de los
sulfuros de interés; (iii) evaluar el impacto de fenómenos de
trascendencia en sistemas de flotación de sulfuros, como el contacto
galvánico y la activación por especies de cobre en bioflotación; (iv)
determinar la influencia del colector no convencional en la interacción
bacteria/mineral; (v) establecer métodos de modificación química
superficial de las células bacterianas con el fin de generar bioreactivos
eficientes para las características 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: bioflotación 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.

CAPÍTULO 1. Introducción
3
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
Debido a la complejidad de los yacimientos que actualmente se
explotan, uno de los temas de mayor interés en procesamiento de
minerales, corresponde a la creciente necesidad industrial de desarrollar
métodos prácticos y reactivos más eficientes para el beneficio de
yacimientos sulfurosos complejos. Uno de los aspectos de la
problemática actual se basa en las dificultades que involucra la
depresión de Pirrotita (Fe(1-x)S) en minerales complejos.
La depresión de la pirrotita hexagonal representa un reto metalúrgico
cuando está asociada a yacimientos de minerales complejos, debido a
que el beneficio generalmente involucra esquemas complejos de
separación, con resultados que no son completamente satisfactorios.
La biotecnología aplicada al procesamiento de minerales representa una
de las áreas más prometedoras para el tratamiento de minerales de
sulfuros complejos. El empleo de reactivos biológicos como cultivos de
microorganismos y la manipulación de las modificaciones originadas por
la adhesión selectiva de las bacterias sobre el mineral, son aspectos de
un área tecnológica relativamente nueva para el beneficio de minerales,
que hoy en día es económicamente atractiva gracias a sus beneficios en
áreas como la biooxidación de menas refractarias de oro y biolixiviación
de sulfuros de cobre.

4
Investigaciones recientes coinciden en que las bacterias del grupo
Acidithiobacilli representan a los microorganismos más ampliamente
usados en la biotecnología de minerales. Acidithiobacillus ferrooxidans y
Acidithhiobacillus thiooxidans son las bacterias más 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, quimilitoautotrófico, que
obtiene su energía a través de la oxidación del ión ferroso a férrico.
Puede oxidar pirita, esfalerita y calcopirita en cultivos puros. L.
ferrooxidans es la bacteria que se utilizó para la realización de esta tesis
doctoral.
Dentro de las innovaciones tecnológicas aplicadas al procesamiento de
minerales destacan la biolixiviación y la bioflotación. La biolixiviación es
definida como el proceso de disolución hidrometalúrgica asistida por
microorganismos para la recuperación de metales. Por otra parte, el
tema que nos ocupa, la bioflotación es definida como la separación
selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento, mediante la
interacción con microorganismos (Deo y Natarajan, 1997).
La bioflotación se debe a las modificaciones químicas superficiales
originadas por la adhesión de la bacteria con la superficie del mineral. La
naturaleza de estas modificaciones, y por lo tanto su aplicabilidad, son
el resultado de las características de la propia bacteria, como su
hidrofobicidad, carga y composición de la membrana exterior,
resistencia a la presencia de iones tóxicos, velocidad de adherencia, etc.
Para elucidar el mecanismo de adhesión bacteriana es importante
entender las propiedades físico químicas de la superficie tanto del

5
mineral como del microorganismo. La comprensión de este proceso
permite que se pueda prever mediante modelos teóricos sus efectos.
Estos modelos teóricos que sirven para entender y predecir la adhesión
existen y se basan en la termodinámica.
El empleo de herramientas como los modelos termodinámicos, cinética
de adhesión y crecimiento, y caracterización química superficial,
permiten la comprensión de los procesos de mayor importancia en la
adhesión bacteriana, así como la generación de información
fundamental que resulta indispensable en la definición de nuevas
estrategias para desarrollar procesos de bioflotación.
1.1. Estructura de la tesis
La tesis consta de 10 capítulos que cubren los siguientes aspectos:
Capítulo 2. Antecedentes.
En este capítulo se efectuó una revisión bibliográfica exhaustiva sobre la
aplicación de bacterias en flotación y su beneficio en la extracción del
mineral económicamente atractivo.
Capítulo 3. Justificación.
En este capítulo se estableció la problemática actual y el beneficio
generado por el trabajo de investigación que se desarrollará.

6
Capítulo 4. Hipótesis.
Se dan posibles respuestas a los problemas planteados así como
creencias sobre como reaccionará tanto la bacteria como los minerales
ante diferentes situaciones.
Capítulo 5. Objetivos.
El objetivo general es identificar y evidenciar los procesos
relevantes de la interacción de L. ferrooxidans con minerales sulfurosos
en presencia de un colector no convencional.
Capítulo 6. Materiales y Métodos
En esta sección se describen técnicas, métodos, cantidades y
como se llevaron a cabo los procedimientos realizados a lo largo de toda
la investigación.
Capítulo 7. Resultados y Discusión.
Esta sección arroja resultados para cada una de las pruebas
realizadas, como isotermas de crecimiento y adhesión, potencial zeta,
M.A.T.S., determinación de azufre elemental y muestra las gráficas con
las que se observa más claramente los resultados obtenidos.
Capítulo 8. Conclusiones.
Se concluye puntualmente cada uno de los resultados obtenidos.

7
Capítulo 9. Recomendaciones
Se recomienda sobre posibles análisis que podrían complementar
esta investigación.
Capítulo 10. Referencias Bibliográficas
Se enumeran cada una de las referencias consultadas para la
realización de esta tesis.

CAPITULO 2. Antecedentes
8
CAPÍTULO 2
ANTECEDENTES
2.1 Empleo de bacterias en procesamiento de minerales
El empleo de bacterias como reactivos biológicos para efectuar el
beneficio de minerales ha sido aplicado exitosamente en el área de
biolixiviación. La literatura abunda de ejemplos de aplicación práctica en
biolixiviación de sulfuros, desulfurización de carbón, bioremediación de
efluentes, entre otros (Attia y col., 1993; Suzuki, 2001; Aksu, 2005).
Por otra parte, la bioflotación o beneficio de minerales mediante el
empleo de microorganismos, es un área del procesamiento de minerales
relativamente nueva. La bioflotación es definida como “la separación
selectiva de los minerales no deseados de un yacimiento, mediante la
interacción con microorganismos” (Deo y Natarajan, 1997). Los
resultados publicados sobre investigaciones de bioflotación han abierto
grandes posibilidades para el procesamiento de minerales complejos con
respuestas deficientes a los métodos tradicionales de flotación. El
empleo de bacterias como reactivos de flotación proporciona claras
ventajas sobre aquellos puramente químicos, debido a su degradación
natural y baja toxicidad.

9
Debido a que la bioflotación es un área relativamente nueva, los
estudios sobre la aplicación de bacterias para la flotación de minerales
sulfurosos son escasos. La mayor parte de los escasos estudios sobre
sulfuros conciernen a la depresión de la pirita, y en menor medida a la
separación de mezclas galena/esfalerita y pirita/arsenopirita, así como a
la evaluación de las bacterias en la flotabilidad de minerales individuales
(galena, molibdenita, calcocita, arsenopirita). El efecto de bacterias en
bioflotación con respecto a los sulfuros minerales más comunes y en
algunos sistemas de minerales no metálicos se resumen en la tabla 1.
Tabla 1. Aportaciones relevantes en sistemas de bioflotación
Referencia Mineral/bacteria Observación
Solojenken,
1979.
Galena/molibdenita/
calcopirita/ esfalerita/
grupo de desulfovibrio
(SRB1
)
Primera mención sobre el empleo de bacterias
en flotación. Se sugiere que las bacterias del
grupo SRB favorecen la eliminación del colector
de los minerales deprimidos (esfalerita y
calcopirita). Xantato como colector.
Townsley, 1987.
Pirita asociada a carbón/
Aciditiobacillus
ferrooxidans
Empleo de bacteria para deprimir a la pirita en
matriz carbonosa.
Ohmura y col.,
1993.
Pirita/ Escherichia coli
(E.c.) y Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)
La adherencia de E.c. se describe en base a
interacciones hidrofóbicas mientras que la
adhesión de A.f. sigue una interacción química
específica. La adhesión de A.f.. sobre pirita es
afectada negativamente por la presencia de
iones ferrosos y es indiferente a la presencia de
iones férricos.
Yelloji Rao y
Somasundaran,
1995.
Galena/esfalerita/
Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)
La flotabilidad de la galena es suprimida en
presencia de A.f., se sugiere es debido a la
oxidación del mineral (PbS a PbSO4). La
esfalerita permanece hidrofóbica. Se indica la
pérdida de la selectividad a medida que se
incrementa la concentración de bacterias.
Xantato.
Deo y
Natarajan, 1997
y 1998.
Minerales no metálicos/
Paenibacillus polymyxa
(P.p.)
La especies iónicas provenientes de los
minerales (cuarzo, hematita, alúmina y kaolín)
originan cambios químicos en la superficie de
las bacterias favoreciendo la depresión de

10
hematita y alúmina.
Nagaoka y col.,
1999.
Pirita/Galena/molibdenita/
calcolcita/Millerita/
Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)
Aplicación de A.f. como depresor de pirita.
El efecto depresor tiene el orden:
Pirita>>galenamillerita>Molibdenitacalcocita.
Pruebas a pH 2 sin colector.
Sharma y col.,
2000.
Pirita/calcopirita/
Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)/
Paenibacillus polymyxa
(P.p.)
Los cambios químicos superficiales en la
bacteria pueden ser manipulados para fines
específicos en flotación (como su aplicación en
pH neutro), siendo los factores clave la
concentración y composición del medio de
cultivo y la adaptación a un tipo de mineral.
Xantato.
Santhiya y col.,
2001.
Galena/esfalerita/
Aciditiobacillus
thiooxidans (A.t)
La flotabilidad de la galena es suprimida por la
adsorción específica de A.t. La esfalerita sin
activador/colector es selectivamente flotada de
la galena mediante bioflotación.
Subrahmanyam
y col., 2003.
Galena/esfalerita/Bacillus
polymyxa
El empleo del metabolito de la bacteria deprime
a la galena. Establecimiento de posibles
mecanismos de interacción en base a la
interacción carbohidratos del metabolito/galena
en base a modelo ácido/base . Xantato.
Wei y col.,
2003.
Pirita/Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)
Indica que la disminución 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 función a la disminución en la
energía libre de superficie que debilita el
contacto con el xantato.
Chandraprabha
y col., 2004.
Arenopirita/Pirita/
Aciditiobacillus
ferrooxidans
La bacteria muestra una mayor afinidad por
pirita en relación con arsenopirita, favoreciendo
la separación selectiva.
Hosseini y col.,
2005.
Calcopirita/pirita/
Aciditiobacillus
ferrooxidans (A.f.)
La bacteria actúa como depresor de la pirita
permitiendo la flotabilidad de la calcopirita. Se
demuestra que las características químicas de
la superficie de la bacteria y del metabolito
dependen de las condiciones del medio de
cultivo.
1. De sus siglas en inglés, sulfate-reducing bacteria.

11
Las bacterias del grupo Acidithiobacilli representan a los
microorganismos que comúnmente viven en el medio acuoso ácido de
minas de yacimientos sulfurosos. Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus
thiooxidans son las bacterias más ampliamente usadas en la
biotecnología relacionada al procesamiento de minerales. El rol más
importante lo juega T. ferrooxidans. Esta bacteria fue aislada por Colmer
y Hinkle en 1947 del drenaje de una mina de carbón ácido. En el 2000
fue reclasificada como Acidithiobacillus ferrooxidans por Kelly y Wood.
Este microorganismo mesófilo es capaz de catalizar la oxidación de
sulfuros metálicos a sulfatos en un mecanismo que involucra al oxígeno
como el receptor final de electrones (mecanismo directo) y mediante la
oxidación de Fe2+
a Fe3
(mecanismo indirecto). Existe evidencia de que
A. ferrooxidans crece mejor si la concentración de hierro es mayor
(Torma, 1977).
Estudios recientes confirman que Leptospirillum ferrooxidans es
probablemente igual de importante que A. ferrooxidans en los
mecanismos de lixiviación y bioflotación, es por esto que L. ferrooxidans
representa una perspectiva de aplicación amplia en este campo, aunque
la información publicada es muy limitada (Sand, 1992; Giaveno y col.
2007).
Leptospirillum ferrooxidans es un microorganismo gram-negativo
acidófilo, quimilitoautotrófico, aeróbico, con forma de espiral, aunque
tiene una increíble capacidad para cambiar su forma física. Tiene una
característica única e inusual que es capaz de utilizar el ión ferroso como
donador de electrones; como resultado leptospirilli tiene una gran
afinidad por el ión ferroso y a diferencia de A. ferrooxidans su habilidad

12
para oxidar ión ferroso no es inhibida por el férrico. El potencial redox
para Fe2+
/Fe3+
es muy positivo (+70mV a pH 2.0) es por esto que está
obligado a usar la reacción O2/H2O (+820mV) como su aceptor de
electrones y a esto se debe que leptospirilli es estrictamente un
microorganismo aerobio. Trabaja a temperaturas de 28 – 30°C y el pH
óptimo es de 1.5 a 1.8 (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 bioflotación donde oxidan metales sulfurosos en
colaboración con oxidadores de azufre. Es más abundante que A.
ferrooxidans en algunos ambientes naturales (Donati y Sand, 2007;
Giaveno y col., 2007).
2.2 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 característica de la bacteria;
Contrarrestar el efecto de la presión osmótica. Dentro de la bacteria
existe una alta concentración de solutos y afuera una baja
concentración, así que el agua trata de adentrarse a la célula (Sharma,
2001).

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 más complicada y
mucho más delgada, comparada con los Gram positivo solo tiene un
20% de peptidoglicano en su pared celular. Tiene dos regiones únicas
que rodean la membrana citoplasmática; el espacio periplásmico y la
membrana exterior que contiene una capa de lipopolisacáridos (LPS). El
espacio periplásmico separa a la membrana externa de la capa de
peptidoglicano, contiene proteínas, que pueden destruir partículas
dañinas contenidas en este espacio. La membrana externa es una
bicapa lipídica y se adhiere al peptidoglicano a través de lipoproteínas.
La estructura exterior de una bacteria gram negativa está compuesta
principalmente de polisacáridos que son altamente hidrofílicos. Sin
embargo, una fracción de la membrana exterior está compuesta de
proteínas (lipoproteínas) altamente hidrofóbicas y de peptidoglicanos
que le dan la fuerza mecánica a la bacteria. Lo que distingue a una
bacteria Gram negativa de una Gram positiva, además de la capacidad
de fijar la tinción de azul violeta, es la presencia o ausencia de una
membrana exterior, los términos Firmicute o Gracilicute se refieren a
esta capacidad (James, 1991).
La capa de lipopolisacáridos está presente en la membrana externa, la
porción lipídica del LPS contiene una sustancia tóxica llamada Lípido A,
que es la responsable de todos los efectos patogénicos asociados a estas
bacterias (Hancock, 1991).

14
Lipopolisacáridos (LPS). Están compuestos de dos partes, el Lípido A y la
cadena de polisacáridos que es la que está expuesta. El Lípido A es
derivado de dos unidades de NAG que unido a 7 unidades de ácidos
grasos se conecta al resto de la cadena. Adherida al Lípido A se
encuentra la región conservada que contiene al KDO (ácido 3 deoxy
manoclucósido), heptosa, glucosa y azúcares de glucosamina. El resto
del polisacárido contiene unidades repetitivas de azúcares y es llamado
Antígeno O. Este antígeno es llamado así porque es el que está expuesto
por fuera de la membrana y el hospedador generalmente crea
anticuerpos ante esta estructura. El LPS confiere la carga negativa y
repele moléculas hidrofóbicas ya que es altamente hidrofílico (Sharma,
2001).
Figura 1. Estructura de la pared celular

15
Figura 2. Estructura de un lipopolisacárido
Figura 3. Fases de crecimiento bacteriano
2.3 Factores que afectan a la adhesión 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 adhesión microbiana depende de las
interacciones ácidas/básicas, electrostáticas, de van der Waals
generadas con el sustrato. A su vez, estas interacciones son función de
las propiedades superficiales tanto del sólido como del microorganismo,
así propiedades tales como la carga superficial,
hidrofobicidad/hidrofilicidad, y energías interfaciales definen los
procesos de adhesión (Sharma y Hanumantha, 2003).
Antígeno
O
Lípido
A
Ácidos
Grasos

16
La caracterización química de las bacterias se ha efectuado mediante
técnicas de potencial zeta, espectroscopia de UV e infrarrojo (DRIFT,
ATR, FTIR-transmisión).
Dentro de los parámetros importantes empleados para la caracterización
de bio-películas destaca el potencial zeta (). El potencial de superficie 
(i.e., la diferencia de potencial entre la superficie del mineral y el seno
de la solución acuosa) depende de la densidad de adsorción de los
cationes y aniones que determinan el potencial. Generalmente, el
potencial de la superficie no puede ser medido directamente. El
comportamiento eléctrico de las pulpas o de la dispersión mineral se
mide o aproxima empleando un parámetro más fácilmente 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 contraión hidratado y la
superficie-, y el seno de la solución origina el valor del potencial . A
pesar de que en la actualidad existe controversia en la ubicación exacta
del plano de corte se puede considerar ubicado en el plano externo de
Helmholtz (OHP).
Uno de los métodos más comunes para medir el ζ es el de electroforesis.
En flotación de minerales la adsorción se produce gracias a la acción de
fuerzas específicas entre la superficie del mineral y el surfactante.
Considerando que la adhesión bacteriana es definida por interacciones
electrostáticas, de van Der Waals y ácido/básicas, se concluye que,
dicha adhesión, será regulada en gran medida por la naturaleza eléctrica

17
de la superficie tanto bacteriana como mineral. De aquí la importancia
de este parámetro. La información de los cambios provocados en el
potencial zeta, y de manera general sobre el comportamiento
electrocinético del sistema proporciona información que permite elucidar
los mecanismos de interacción bacteria/mineral. Por otra parte,
Rijnaarts y colaboradores (1995) reportan un método de caracterización
de especies superficiales de las células bacterianas en función del IEP1
(punto isoeléctrico) del sistema.
IHP OHP
0
d=
i
0
0 i d
Catión
hidratado
: carga por unidad de área
: potencial
Subíndices 0, i y d hacen
referencia a la superfice, plano
IHP y OHP, respectivamente
Anión
Iones
determinantes
del potencial

IHP OHP
0
d=
i
0
0 i d
Catión
hidratado
: potencial
: potencial
Anión
Iones
determinantes
del potencial

Figura 4. Representación esquemática de la posible distribución de potencial en la
interfase sólido/líquido. IHP y OHP son el plano interno y externo de Helmholt,
respectivamente (Hunter, 1981).
1
La condición a la cual el potencial zeta () cambia de signo se denomina punto
isoeléctrico (IEP, del inglés isoelectric point).

18
2.3.1 Punto isoeléctrico (Iep)
El punto isoeléctrico o punto de carga cero, es ese punto en la movilidad
de la curva del pH donde la partícula (célula) tiene cero movilidad. El iep
de las bacterias es determinado por el balance entre cargas aniónicas y
catiónicas en la superficie de la célula.
Rijnaarts y col en 1995 utilizaron el iep como un indicador de la
presencia de polímeros de superficie. Las células se dividían en tres
categorías según su iep.
IEP ≤ 2 solo puede resultar de la presencia de grupos fosfato.
En bacterias Gram negativas puede darse por los grupos de
fosfato asociados a los lipopolisacáridos en la membrana externa.
2 < IEP ≤ 2.8 se ha demostrado que resulta de la predominancia de
ácidos glucórnicos u otros grupos carboxilo asociados a polisacáridos.
El IEP de las bacterias Gram negativas en este rango puede ser
causado por los grupos carboxilo asociados a polisacáridos que forman
parte de la membrana externa.
IEP > 3.2 en las células bacterianas es difícil de interpretar. Reflejan
una mezcla hecha a base de proteínas o peptidoglicanos asociados a
grupos carboxilos o amonio (Sharma, 2000).
En cuanto a la caracterización 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

19
podrían alterar el resultado del potencial zeta. Existen impurezas de
adsorción o estructurales; si alguna se encuentra presente antes de la
medición del IEP se espera que cambie el valor del IEP en la dirección
del hidróxido de la impureza (Parks, 1965).
2.4 Modelos termodinámicos para Isotermas
Estudios de equilibrio describen la relación entre el adsorbente y el
adsorbato y describen por isotermas de adsorción lo que usualmente es
el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solución a una
temperatura constante en el equilibrio. Las isotermas de Freundlich y
Langmuir son las primeras y más sencillas relaciones de adsorción
conocidas.
La isoterma de Langmuir, que es la que se acopla a nuestro sistema, se
basa en 3 suposiciones:
1. La adsorción no puede ser más allá de la cobertura de la
monocapa.
2. Todos los sitios de la superficie son equivalentes, y puede
recibir, como máximo, un átomo adsorbido
3. La capacidad de absorber una molécula en un sitio
determinado es independiente de la ocupación de los sitios
vecinos (Rao, 2004).

20
2.5 Desarrollo de bioreactivos de flotación
La adhesión bacteriana a un mineral resulta en la modificación de las
propiedades superficiales del sustrato, el grado y extensión de la
modificación es definida por las propias características químicas de la
bacteria y de compuestos químicos generados como consecuencia de las
actividades metabólicas del microorganismo. Sharma y colaboradores
(2000) demuestran cambios químicos superficiales en P. polymyxa
adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A. ferrooxidans a distintos
medios de cultivo (medio con Fe2+
y S°). La adaptación origina cambios
en las características hidrofílicas de las bacterias, generando un mayor
efecto depresor en pirita y galena.
Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las
alternativas más sólidas para el procesamiento de minerales complejos.
La complejidad de las interacciones químicas, físicas y electroquímicas
del sistema de flotación generan un amplio campo de investigación, sin
embargo, existen procesos como la oxidación de los sulfuros, la
activación accidental de mineral tipo ganga, y el contacto galvánico que
influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotación
convencional. Por lo tanto es de gran interés conocer el efecto de estos
procesos en la interacción sulfuro/bacteria. Este planteamiento permitirá
tener una mayor comprensión de los fenómenos físicos, químicos y
electroquímicos de importancia para los sistemas de bioflotación de
minerales sulfurosos.

21
Bacterias con reactivos de flotación
El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectúa
mediante el proceso de flotación, el cual se basa en las propiedades de
energía o tensión superficial que estos minerales desarrollan en
soluciones acuosas de surfactantes (Watling, 2006).
La flotabilidad de los minerales sulfurosos está gobernada por su
naturaleza hidrofóbica o hidrofílica, naturaleza que puede ser
manipulada mediante la adición de un colector. Un colector es un
compuesto orgánico, cuya función consiste en interaccionar
selectivamente con las partículas del mineral de interés. También se
adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad
por la interfase agua-aire, su función es controlar la espuma. Se le
agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie
del mineral modificándola para que el colector pueda adsorberse. Los
depresores son compuestos empleados para mantener hidrofílica 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 más
frecuente en la industria de concentración de minerales por flotación.
Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar
quelatos, por lo que su estructura contiene átomos donadores con una
gran afinidad por iones específicos de la superficie mineral, lo cual le
confiere gran selectividad al colector (Woods, 1988).

22
2.6 Colectores no convencionales
2.6.1 Bacterias como colectores
Los microorganismos, tanto vivos como muertos pueden funcionar
como agentes de flotación, modificando la superficie de algunos
minerales. Pueden funcionar como colectores, depresores o activadores
en el proceso de flotación (Colmer, 1947; Smith, 2005). Estos
microorganismos inducen propiedades hidrofóbicas una vez que se
adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha, 2003). La
pared celular está conformada por grupos funcionales tales como
polímeros, péptidos, fosfolípidos, proteínas y ácidos micólicos. Estos
grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y
utilizar biopolímeros extracelulares o asociados a la membrana para
catalizar reacciones químicas en la superficie del mineral (Chandaphara
y col, 2006).
Al igual que los reactivos tradicionales, los microorganismos interactúan
con la superficie del mineral y éste adquiere características anfotéricas.
Algunas bacterias como Bacillus polymixa, Mycobacterium phei,
Rhodococcus opacus, Bacillus subtillis, Thiobacillus ferroxidans y
Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separación
de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col., 2003).
Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patógena que
puede funcionar como colector para apatita y calcita, además puede
usarse en forma de células congeladas o de suspensiones acuosas. En la
flotación aniónica S. carnosus funciona como depresor para apatita pero
es un activador para calcita (Miettinen y col, 2003).

23
2.7 Colectores tipo Quelatos Alifáticos
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 indicó que es comparable el poder colector del xantato con el
tionocarbamato. Demostró que para un número dado de átomos de
carbono unidos al nitrógeno, un incremento en lo largo de la cadena
ligada al oxígeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la
cadena tenga ramificaciones. En el caso que la cadena sea lineal, para el
mismo número de átomos de carbono unidos al oxígeno, la capacidad
colectora se incrementa con el aumento en el número de átomos de
carbono unidos al nitrógeno.
Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes
para minerales sulfurosos cúpricos son las tioureas, mono-tiofosfatos di
alquílicos y monotiofosfinatos dialquílicos. Estos últimos demuestran
algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en
términos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio
rango de pH.
2.8 Colectores tipo Quelatos Aromático-Alifático
Marabini y colaboradores (1990) concluyeron que para un uso práctico
de agentes quelantes como colectores éstos deben tener cadenas

24
largas, ser solubles en agua y tener grupos quelantes adecuados que
tengan acción selectiva contra un mineral específico.
Existen tres requisitos esenciales para asegurar el poder colector:
La posición del grupo alquil en el anillo bencénico 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 éter en el punto de unión al anillo
aromático.
El límite de longitud en la cadena es necesario para asegurar la
adecuada hidrofobicidad, que varía entre tres y seis átomos de
carbono.
Los reactivos más importantes sintetizados para la flotación de
minerales sulfurosos son: tiocarbamatos, tiourea, derivados del ácido
fosfórico, mercapto-benzo-tiazoles y aminotiofenoles (Marabini, 1990).
2.9 Mecanismos de interacción mineral-colector
Aquí se presentan los modelos más reconocidos sobre el desarrollo de
una superficie hidrofóbica por la interacción con un colector tipo tiol.

25
2.9.1 Interacciones químicas mineral-colector
Las primeras teorías consideraban que el mecanismo a través del cual el
colector interaccionaba con el mineral sulfuroso para hacerlo flotable
involucraba procesos de adsorción. Además, el anión del colector (X–
, en
el caso de xantatos) podía participar en reacciones con el catión
metálico del sulfuro (M2+
) para formar el compuesto metal-colector:
M2+
+ 2X–
 MX2 (1)
En la actualidad, el empleo de técnicas modernas para la identificación
de los productos de interacción de colectores tipo tiol con minerales
sulfurosos, ha permitido la identificación de los siguientes productos de
interacción mineral-colector: el propio colector adsorbido
superficialmente, compuestos metal-colector y el dímero del colector.
2.9.2 Interacciones físicas mineral-colector
A pesar de que la interacción mineral-colector por procesos físicos es
comúnmente relacionada con minerales no sulfurosos, se ha establecido
que la interacción entre los sulfuros y los iones o moléculas del colector
podría llevarse a cabo por mecanismos físicos, con enlaces débiles (Van
del Waals), electrostáticos y de hidrógeno. Un ejemplo de lo anterior es
la adsorción de moléculas del colector (e.g., ácido xántico) y co-
adsorción de productos de oxidación aceitosos (dixantógeno). Sobre
este último producto se considera que el enlace es hidrofóbico (Van der
Waals), semejante al generado por la interacción de las cadenas
hidrocarbonadas del colector.

26
2.9.3. Interacciones electroquímicas mineral-colector
En general, los minerales sulfurosos son semiconductores y pueden
actuar como donadores o receptores de electrones. El mecanismo
electroquímico propone que la interacción mineral/colector se lleva a
cabo a través de una reacción anódica que transmite los electrones del
colector al mineral, los electrones regresan a la solución a través de
reacciones catódicas como es la reducción del oxígeno disuelto (Woods,
1988).
Las reacciones anódicas que involucran al mineral y al colector pueden
dar lugar a los siguientes productos:
(a) Quimisorción del ión tiol (X–
)
X–
 Xads+ e–
(2)
(b) Oxidación del ión tiol al correspondiente ditiolato:
2X–
 X2 + 2e–
(3)
La importancia de la dimerización radica en que el dímero o ditiolato es
el producto con las características no polares más acentuadas y, por lo
tanto, el grado de hidrofobicidad de un mineral se incrementará
significativamente si se adsorbe el dímero en su superficie, o bien si en
su superficie ocurre la oxidación anódica del colector para formar el
dímero.

27
2.10 Sistema de sulfuros complejos
La pirrotita es uno de los minerales sulfurosos no valiosos (tipo ganga)
más abundantes. Se encuentra en la naturaleza comúnmente asociada a
yacimientos de calcopirita, esfalerita, etc. La pirrotita (Fe(1-x)S, x=0-0.2)
es un mineral sulfuroso con características magnéticas variables
definidas por el contenido de hierro en su estructura. Ocurre en la
naturaleza en dos estructuras cristalinas: hexagonal y monoclínica. La
forma monoclínica representa a la pirrotita ferromagnética y puede ser
eliminada mediante separación magnética. La pirrotita hexagonal es
ligeramente paramagnética y su eliminación requiere de métodos de
separación por vía química. La depresión de la pirrotita hexagonal
representa un reto metalúrgico cuando está asociada a yacimientos de
sulfuros minerales complejos, debido a que el beneficio generalmente
involucra esquemas complejos de separación, con resultados que no son
completamente satisfactorios. Por su importancia son de particular
interés los yacimientos cúpricos 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 lixiviación es
considerada como una combinación de ataque enzimático directo en
donde la bacteria ataca la superficie del mineral, y una oxidación
química indirecta del ión ferroso a férrico (como sulfato férrico) donde el
ión férrico es el responsable de lixiviar los sulfuros. La importancia de
esta información se funda en que los procesos de las reacciones 4 a 8

28
ocurren en las etapas de bioflotación, aún cuando se llevan a cabo en
una fracción pequeña. La lixiviación de un concentrado de zinc
conteniendo pirita se muestra en las siguientes ecuaciones:
ZnS+2Fe3+
→Zn2+
+S0
+2Fe2+
(4)
4FeS2+15O2+2H2O→2Fe2(SO4)3+2H2SO4 (5)
4FeSO4+2H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O (6)
2S0
+2H2O+3O2→2H2SO4 (7)
2ZnS+O2+4H+
→2Zn2+
+2S0
+2H2O (8)
Ecs. (4) y (5) son ejemplos de ataque enzimático inmediato mientras que
las ecuaciones (6) y (8) muestran el aspecto directo del mecanismo de
lixiviación con la oxidación del ión ferroso a férrico. El azufre elemental
as a menudo un producto intermedio de la biolixiviación y los
microorganismos son responsables de su oxidación a ácido sulfúrico
como se observa en la ecuación (7). Los aspectos más relevantes del
metabolismo de los microorganismos son la oxidación del ión ferroso, la
oxidación del azufre y la fijación del dióxido de carbono para el
crecimiento celular (Sampson, 2005).

29
Recientemente, en la Universidad de Utah (Miller, 2005), se examinó la
hidrofobicidad natural de la pirrotita en el aire desde un pH de 3.0 hasta
un pH de 9.2 basado en las mediciones de los ángulos de contacto. Los
resultados demostraron que la superficie de la pirrotita tiene un fuerte
estado hidrofílico por arriba de un pH de 4.5 (con un ángulo de contacto
de 0°). Cuando el pH es menor a 4.5, la hidrofobicidad natural de la
pirrotita se incrementa con una disminución en el pH, teniendo un
ángulo de contacto de 51° a un pH de 3.0.
La Pirrotita, Fe1−xS, no tiene estequiometria fija y está compuesta de
una densidad que varía desde 4.58 hasta 4.65. Tiene características
inusuales. Primero, la cantidad de azufre varía de los 50 a los 55 átomos
de azufre por cada 50 átomos de hierro. Esto es que los valores de x
varían de 0 a 0.2. Segundo, tiene dos simetrías 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 prísmica, pero cuando
la pirrotita tiene gran cantidad de azufre su estructura es monoclínica.
Tercero, el magnetismo de la pirrotita es sumamente bajo cuando x es
igual a 0 a 20°C, su magnetismo se incrementa a 13.1 e.m.u./g.
Entonces, después de la magnetita, la pirrotita monoclínica rica en
azufre es el mineral magnético más común (Skinner y col, 2004).
La Calcopirita es el mineral de cobre más 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 3,5 y 4 y un peso específico entre 4,1 y 4,3. Tiene brillo metálico,
su color es amarillo latón y con frecuencia está empañado o con

30
irisaciones. Se encuentra, en general, en vetas metálicas o en rocas más
antiguas, muchas veces con pirita o sulfuro de hierro.
En general, bajo condiciones convencionales de flotación a un pH de
9.0, existe buena recuperación de calcopirita obtenida por colectores
tipo tiol (Buswell y Nicol, 2002).
2.11 Interacciones galvánicas
Los sulfuros son inestables en presencia de agua y oxígeno disuelto. El
azufre se puede encontrar en diferentes estados de oxidación como son
-2, 0, +2, +4 y +6, los sulfatos en los que el azufre se encuentra en
estado de oxidación -2 son susceptibles a la oxidación (Rao, 1988).
El contacto entre una superficie catódica y de una anódica resulta de la
creación de una celda galvánica. En una mezcla de sulfuros, el mineral
con el potencial de reposo mayor actuará como cátodo mientras que
aquél con el potencial de reposo menor será el ánodo (Sohn y
Wadsworth, 1979; Rao y Finch, 1988). Un ejemplo de la interacción
galvánica se ilustra en la figura 4. En esta figura se presentan las curvas
de polarización anódica y catódica para la galena y pirita,
respectivamente, en presencia de oxígeno. Su intersección con el eje de
densidad de corriente cero corresponde al potencial de reposo de cada
mineral, el cual está asociado con el equilibrio.

31
Densidad
de
corriente,
mA·cm
-2
E, V
FeS2
1 2
PbS
a
d
c
b
Densidad
de
corriente,
mA·cm
-2
E, V
Densidad
de
corriente,
mA·cm
-2
E, V
FeS2
1 2
PbS
a
d
c
b
Figura 3.15. Representación
esquemática de las curvas de
polarización de la galena y de la pirita
en presencia de oxígeno. Curva 1,
rama catódica de la curva de
polarización de la pirita; curva 2,
rama anódica de la curva de
polarización de la galena; (a) potencial
de reposo de la galena; (b) potencial
mixto de la galena y pirita en
presencia de oxígeno; (c) potencial de
reposo de la pirita; (d) densidad de
corriente correspondiente al potencial
mixto.
Figura 4. Representación esquemática de las curvas de polarización de la galena (1) y
pirita (2). Potenciales de reposo de la galena (a), mixto (b), pirita (c)
Cuando un mineral se encuentra suspendido en un medio acuoso, las
reacciones anódicas y catódicas se llevan a cabo sobre su superficie, en
sitios con diferentes actividades electroquímicas. Por otro parte, si dos
minerales están en contacto, la reducción del oxígeno básicamente se
realiza en el mineral catódico. La actividad por la reducción del oxígeno
disuelto varía considerablemente debido a la electroactividad de los
minerales sulfurosos (Woods, 1988).
La interacción de minerales sulfurosos con agentes de flotación, en
particular colectores de xantato siguen mecanismos electroquímicos.
Estos compuestos, son susceptibles a la oxidación y su interacción con el
oxígeno en agua sigue mecanismos electroquímicos (Rao, 1988). Las
interacciones electroquímicas que se dan entre los propios minerales y
entre los minerales y el medio de molienda, representa una de las

32
fuentes más importantes de iones, lo cual da lugar a la participación de
fenómenos como la activación de la pirrotita.
2.12 Activación
Las especies metálicas hidrolizadas son componentes muy activos en las
pulpas de flotación de los sulfuros, debido a la afinidad de estas
especies por la superficie mineral. La interacción de estas especies
metálicas con los minerales tiene un efecto pronunciado en la
flotabilidad del sulfuro (Senior y Trahar, 1991).
Los iones metálicos se presentan en la superficie mineral en una
variedad de formas cuya concentración depende del tiempo y de la
cinética de las reacciones involucradas. Uno de los efectos más
importantes de la adsorción de iones es la activación (Finkelstein,
1997).
Este fenómeno se produce debido a la contaminación de la superficie
mineral con especies metálicas por las que el colector tiene afinidad.
El proceso de activación se puede llevar a cabo por iones introducidos al
sistema de forma deliberada o inadvertida, debido a la presencia de
iones metálicos provenientes del propio sistema. Asimismo, los iones
pueden migrar, reduciendo las diferencias inherentes que existen entre
los minerales dando como resultado una pérdida de selectividad (Sui,
1996).

33
2.13 Activación 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
flotación de menas sulfurosas constituidas principalmente de plomo,
cobre, zinc, etc. Sin embargo es común observar partículas libres de
pirita en los concentrados de Plomo, Cobre o Zinc, indicando la
activación de la pirita por especies de plomo y de cobre (Sui, 1996).
Uno de los mecanismos propuestos para la activación con Cu2+
contemplan al cobre como catalizador de la oxidación de la pirita,
induciendo así la flotabilidad del mineral; se sugiere que el Cu2+
se
reduce a Cu+
, reacción que soporta la oxidación del mineral con la
correspondiente formación de azufre elemental (Finkelstein, 1977). Las
técnicas modernas han permitido la identificación de compuestos plomo-
colector de pirita proveniente de circuitos de flotación que contenían
galena (Brinen y cols, 1993). Debido a la similitud entre la pirita (FeS2)
y pirrotita (Fe1−xS) es importante determinar el impacto de la bacteria
sobre los procesos de activación accidental de la pirrotita por iones de
cobre.

CAPITULO 3. Justificación
34
CAPITULO 3
JUSTIFICACIÓN
Esta tesis doctoral se realizó con el fin de introducir a México, país con
amplios recursos minerales, en un campo nuevo en el beneficio de
sulfuros y con el empleo de reactivos biológicos en flotación se
contribuye a satisfacer las exigencias actuales sobre la implementación
de procesos amigables con el medio ambiente.
Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las
alternativas más sólidas 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 investigación, sustituir procesos
contaminantes y económicamente poco atractivos por procesos
sustentables.

CAPITULO 4. Hipótesis
35
CAPITULO 4
HIPOTESIS
1. El proceso de bioflotación de calcopirita se vera incrementado en
presencia de L. ferrooxidans.
2. El colector no convencional, tionocarbamato nos permitirá mayor
selectividad durante la flotación de los minerales ya que tiene
mayor estabilidad en un amplio rango de pH.
3. La adhesión de L. ferrooxidans a pirrotita y calcopirita se dará de
forma rápida más se espera que tenga mayor afinidad por
pirrotita, esto dependerá de la disponibilidad de sitios de unión del
mineral.
4. Se analizará si las isotermas de adhesión realizadas se ajustan a
la isoterma de Langmuir.
5. Se analizará si la cantidad de hierro es un factor clave para la
adhesión o deserción de la bacteria al mineral.
6. Se adaptara L. ferrooxidans a los minerales y se analizará si esta
adaptación modifica su carga superficial.
7. Se cree que la mezcla de minerales afectará su porcentaje de
flotabilidad.
8. Se piensa que la presencia de tionocarbamato modificará el
potencial de reposo de los minerales.
9. Se cree que los iones de cobre liberados por la activación
favorecen la flotabilidad de la pirrotita.

CAPITULO 4. Hipótesis
36
10. Se sospecha que L. ferrooxidans es donador de electrones.
Conforme a las suposiciones 1 a la 10 se plantea la siguiente hipótesis.
Se establece que es posible desarrollar un proceso de separación de
sulfuros de metales básicos mediante la aplicación de reactivos
biológicos, específicamente el empleo de L. ferrooxidans como depresor
de pirrotita.

CAPITULO 5. Objetivos del Proyecto
37
CAPÍTULO 5
OBJETIVOS DEL PROYECTO
5.1 Objetivo general
Identificar y evidenciar los procesos relevantes de la interacción de
Leptospirillum ferrooxidans con minerales sulfurosos, particularmente
calcopirita y pirrotita en presencia de colectores no convencionales.
5.2 Objetivos particulares
Establecer las estrategias de adaptación de cepas bacterianas que
permitan obtener bacterias con acciones depresoras específicas para las
superficies minerales de interés.
Generar información sobre los procesos de adhesión entre la membrana
bacteriana y la superficie del mineral.

CAPITULO 5. Objetivos del Proyecto
38
Proponer los procesos derivados de la interacción bacteria/mineral,
responsables de las modificaciones en el carácter hidrofóbico de las
partículas minerales en bioflotación.
Conocer la efectividad de colectores no convencionales en la bioflotación
de los sulfuros de interés biomodificados por la presencia de L.
ferrooxidans.
Evaluar el efecto de L. ferrooxidans en la activación de pirrotita por
especies de cobre en un sistema de colectores no convencionales.
Determinar el impacto del contacto galvánico en la flotabilidad de
sulfuros de interés en presencia de L. ferrooxidans y colectores no
convencionales.

CAPITULO 6. Condiciones Experimentales
39
CAPÍTULO 6
MATERIALES Y METODOS
6.1 Minerales y reactivos
Los experimentos se efectuaron empleando muestras minerales de alta
pureza (≥90%) seleccionadas a mano. La calcopirita y pirrotita
provienen de la Mina San Martín ubicada en Zacatecas, su composición
química se detalla en la Tabla 2. Los reactivos empleados son de grado
analítico. El agua destilada posee una conductividad específica de 10-6
-1
·cm-1
.
Tabla 2. Análisis químico de los minerales empleados
Tabla 1. Análisis químico de los minerales empleados.
Mineral Fórmula Cu% Zn% Fe% S% Pb% Pureza
Calcopirita CuFeS2 31.245 0.220 32.578 30.452 0.015 90
Pirrotita FeS 0.116 0.004 58.989 33.062 0.017 91

40
6.2 Metodología
6.2.1 Cultivo
Se obtuvo Leptospirillum ferrooxidans cepa ATCC® No. 53992™ y se
sembró en medio 9K (Tabla 3).
Se incubó a 30°C y 200 rpm. Se le dio seguimiento mediante conteo y
determinación de Fe2+
en solución. Se considero que la bacteria podía
ser empleada una vez obtenido un crecimiento de 107
bacterias/ml y
concentración de Fe2+
de menos de 1ppm, cuando está en lo máximo de
su fase exponencial. La bacteria se utiliza para determinar su
crecimiento a través del conteo por la cámara 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 después por 10,000
para sacar el factor de dilución por ml. Los resultados obtenidos son el
promedio de 5 lecturas.
Tabla 3. Medio de Cultivo 9K
(NH4)2SO4 3.0 g
K2HPO4 0.5 g
MgSO4 • 7 H2O 0.5 g
KCl 0.1 g
Ca(NO3)2 • 4 H2O 0.01 g
FeSO4 • 7H20 44.22 g
Se ajusta con agua destilada a un pH de 2.0.

41
6.2.2 Isotermas de adhesión
Para su determinación se requiere pesar 5 g de mineral (Calcopirita y
Pirrotita) de +100 -200 micras y colocarlos por separado en 250 ml de
solución compuesta de 125 ml de agua con pH 2.5 más 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 determinación de la adhesión
bacteriana el análisis se dividió en 4 grupos: el grupo A con una
concentración inicial de bacteria 2.4 x 107
cel/ml, el grupo B con 1.82 x
107
cel/ml, el grupo C, 1.13 x 107
cel/ml y el grupo D 2.14 x 107
cel/ml.
Para la determinación de la desviación de los datos, la medición a una
concentración de bacterias se realizó con 8 repeticiones y cuatro
lecturas en cada una.
6.2.3 Determinación de Hierro
Se tomaron muestras al minuto 20, 60, 90 y 150, las cuales fueron
filtradas y acidificadas mediante la adición de 20ml de HCl al 20%, y
posteriormente analizadas para hierro mediante absorción atómica. Los
valores generados corresponden a la cantidad de hierro biolixiviado. El
mineral resultante, se dejó secar en ambiente del laboratorio.
Posteriormente se tomó 1gr del mineral y se acondicionó con 75 ml de
EDTA. Después se filtro y caracterizó químicamente para determinar la
concentración de hierro superficial.

42
6.2.4 Electroforesis
Con el fin de estudiar los posibles mecanismos de biosorción, se
determinó el potencial zeta. Las mediciones se realizaron utilizando
50ml de NaNO3 10-2
M (como electrolito soporte para evitar fluctuaciones
en la fuerza iónica), con 0.5 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 electroforéticos reportados son un
Para los minerales puros se suspendieron 2.5 g de mineral (-38 µm) en
50 ml de NaNO3 10-2
M (p= 5% sólidos) 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 30°C hasta obtener un crecimiento de
107
. Esta bacteria se lavo dos veces hasta obtener una muestra casi
cristalina para su posterior análisis diluyendo 0.5ml de L. ferrooxidans
en 50ml de 10-2
M NaNO3.
Para realizar el contacto de la bacteria con el mineral en un medio ácido
se colocaron 2.0g de mineral (-38µm) en 200 ml de solución a un pH de
2.5 más 50ml de la bacteria pura lavada. Se dejo reposar 24 horas para
su análisis.
Se utilizaron NaOH ó 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 electroforéticos reportados son un

43
6.2.5 Pruebas de Microflotación
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. Después de la flotación, el mineral es filtrado, pesado y
analizado para conocer su concentración de cobre y fierro total.
Procedimiento para activación de pirrotita. Un gramo de mineral
fue acondicionado por 10 minutos a 200 rpm en 100 ml de CuSO4 10-5
M.
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
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.
Después de la flotación, el mineral es filtrado, pesado y analizado para
conocer su concentración de cobre y fierro total.

44
Procedimiento para minerales puros acondicionados con L.
ferrooxidans. Antes de la flotación el mineral biomodificado fue
previamente activado durante 10, 20, 45, 60 y 90 minutos en una
solución de 100 ml de L. ferrooxidans a pH de 2.5. Se acondiciona el
mineral por 10 minutos a 200 rpm en 100ml de colector 5100 a pH 9.0.
Se transfirieron a un tubo Hallimond, adicionando 1 ml de espumante.
Se floto a tiempos específicos (1, 2, 4, 6 y 8 min) colectando el
Flotado / Alimentado x 100 = % Flotabilidad (9)
6.2.6 Determinación de Azufre elemental
Se toman 5 ml de la muestra y se colocan en un matraz volumétrico. 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
después 5 ml de cloruro férrico. Se determina la absorbancia a 465 µm
contra el blanco (Bartlett y Skoog, 1954).
6.2.7 M.A.T.S.
Este método se basa en la comparación entre la afinidad microbiana y
un solvente polar y uno no polar. El solvente polar puede ser ácido
(aceptor de electrones) o básico (donador de electrones) pero ambos
solventes deben tener fuerza de van der Waals similar en sus
componentes de la superficie.

45
Se seleccionaron los siguientes pares de solventes para realizar MATS.
 Cloroformo, solvente ácido y hexadecano;
 Éter dietílico, solvente básico fuerte y hexano.
Hexadecano y hexano son solventes no polares.
Una suspensión de L. ferrooxidans conteniendo 8.4x106
células en 1.5
ml de tionocarbamato se le agrega 0.16ml de éter dietílico/hexano;
cloroformo/hexadecano 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 separación de las dos fases
antes de tomar una muestra y llevarse al microscopio para el conteo
bacteriano.
El porcentaje de células unidas fue calculado de la siguiente manera:
% adherencia = (1 – A/A0) x 100 (10)
donde A0 es la cantidad de células inicial y la A es la cantidad de células
después del vortex.

CAPITULO 7. Resultados y Discusión
46
CAPÍTULO 7
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1 Cinética de crecimiento
En la figura 5 se aprecia la cinética de crecimiento de L.f. 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 continúa hasta la última lectura efectuada a las 72 horas. La
fase de muerte no fue identificada. Debido a que se desea trabajar con
la menor variación en el número de bacterias, generalmente se eligen
los cultivos que están en el inicio de su fase estacionaria.
El ión ferroso es el nutriente principal de L. ferrooxidans, razón por la
cual se registró la variación del ferroso con respecto al tiempo del
cultivo. La concentración de Fe2+
del cultivo de L. ferrooxidans
disminuye con respecto al tiempo como se aprecia en la figura 6. Esta
disminución es debido a que la bacteria consume el ión ferroso
transformándolo a ión férrico de acuerdo a la siguiente ecuación.
(11)
O
H
Fe
H
O
Fe bacteria
2
3
2
2
7
14
14
2
7
14 


 


 



47
105
106
107
108
0 20 40 60 80
Tiempo, horas
Log
No.
Bacterias,
bacterias/ml
105
106
107
108
0 20 40 60 80
Tiempo, horas
Log
No.
Bacterias,
bacterias/ml
Figura 5. Cinética de crecimiento de L.f. en medio 9K-ferroso. Escala logarítmica.
La lectura final (72 horas) indica que todavía se tiene una concentración
de ferroso en solución, por lo tanto, la fase estacionaria puede
prolongarse algunas horas más. Este dato es importante para asegurar
que no estamos en una fase de muerte bacteriana y que la mayoría de
las bacterias que se cuentan estén vivas.

48
10
0 20 40 60 80
Tiempo, horas
0
2
4
6
8
12
[Fe
2+
],
g/L
10
0 20 40 60 80
Tiempo, horas
0
2
4
6
8
12
[Fe
2+
],
g/L
Figura 6. Evolución del potencial redox de la solución y de la concentración de ferroso
del cultivo de L. ferrooxidans.
7.2 Cinética de adhesión
Se obtuvieron cinéticas 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 células bacterianas al estar en contacto con el mineral sulfuroso se
adhieren a la superficie de éste rápidamente, ya que en la primer
lectura se observa como disminuye el número de células libres en
solución, pero al pasar el tiempo se van soltando y es por esto que se
encuentra una mayor cantidad de bacterias libres, esto se ve más
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.

49
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 50 100 150 200 250 300
Tiempo (mins)
L.
ferrooxidans
(10
6
x
ml)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 50 100 150 200 250 300
Tiempo (mins)
L.
ferrooxidans
(10
6
x
ml)
Figura 7. Cinética 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.
ferrooxidans
(10
6
x
ml)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 50 100 150 200 250 300
Tiempo (mins)
L.
ferrooxidans
(10
6
x
ml)
Figura 8. Cinética de crecimiento de Leptospirillum ferrooxidans estando en contacto
con Pirrotita.

50
También a partir de estos resultados se determinó 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 concentración de L. ferrooxidans comparando la
concentración 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
más bacteria libre en solución que en el caso de la calcopirita.
También se observa que la dilución de la bacteria con la solución a pH
2.5 interfiere en la unión de la bacteria al mineral, obteniendo poca
variación en las lecturas obtenidas antes y después del tiempo de
equilibrio.
7.3 Isotermas de adhesión
Para establecer las estrategias de adaptación de cepas bacterianas a los
minerales se colocaron diferentes concentraciones iniciales de L.
ferrooxidans, estas se deben a la composición del medio, variando la
concentración de medio de cultivo con solución ácida; donde A es 1:1, B
es cultivo puro, C 1:0.5 y D 1:4.

51
La cantidad de bacterias por mililitro está dada por la concentración
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 función del tiempo.
En la figura 9 se presentan los resultados sobre la adhesión de L.
ferrooxidans sobre la pirrotita, se grafica bacterias libres, XL, en función
de la concentración inicial de bacterias. De manera general, se puede
observar que la disminución en la concentración 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 cuestión. Los resultados sugieren que la adsorción
depende de la concentración inicial de la bacteria. La absorción es un
proceso muy rápido.
Al paso del tiempo se observa que las bacterias libres aumentan, lo cual
indica la desorción de una fracción de la bacteria previamente adherida.
La prueba con la concentración inicial más diluida (D de la fig. 9) es la
que presenta una menor desorción de bacterias; en cambio la prueba
con la concentración inicial más concentrada (B), presenta una mayor
desorción de bacterias. Estos resultados pueden indicar que la adhesión
entre L. ferrooxidans y la pirrotita depende de la disponibilidad en los
sitios de unión (o de adsorción) en el mineral, ya que entre más
concentrada esta la solución se ocupan estos sitios con mayor rapidez
soltándose en un tiempo más corto; en cambio en la solución más
diluida la mayoría de los microorganismos permanecen unidos al mineral
por lo que en el conteo de bacterias libres no se observa un cambio

52
significativo (Bueno y cols, 2007). Lo anterior se analizará con la
determinación de las constantes cinéticas de los datos.
Conc.
de
bacterias
libres,
X
L
(bact/ml)
A
B
C
D
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
3.00E+07
0 50 100 150 200
Tiempo (min)
Conc.
de
bacterias
libres,
X
L
(bact/ml)
A
B
C
D
A
B
C
D
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
3.00E+07
0 50 100 150 200
Tiempo (min)
Figura 9. Cinética de adhesión de L. ferrooxidans en pirrotita como función de pH en
solución a un pH de 2.5 donde A es 2.4x107
, B 2.14x107
, C 1.82x107
y D 1.13x107
bact/ml.
Por otra parte, la disolución de hierro por efecto de la interacción del
mineral con L. ferrooxidans, es mayor cuando se emplea pirrotita como
sustrato en comparación con las pruebas de calcopirita. Los resultados
se presentan en la figura 10. Los resultados sugieren que la deserción
de la bacteria podría efectuarse en una solución rica en hierro debido a
la facilidad de la bacteria por metabolizar el hierro en solución sobre el
contenido en la superficie del sólido.

53
0.00E+00
3.00E+00
6.00E+00
9.00E+00
1.20E+01
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Tiempo (min)
Fe
2+
(µM/gr)
Po
Cp
0.00E+00
3.00E+00
6.00E+00
9.00E+00
1.20E+01
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Tiempo (min)
Fe
2+
(µM/gr)
Po
Cp
Figura 10. La gráfica muestra la concentración de Fe2+
en solución durante una
fracción de tiempo.
Otra posibilidad es que L. ferrooxidans se encuentre adherido donde
exista la mayor concentración de fierro oxidado, los resultados de
análisis de fierro de los minerales demuestran que existe una mayor
concentración de éste 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 número
de bacterias libres es solución sea debido al crecimiento, ya que se
realizo la cinética de crecimiento mostrada en la figura 5 donde se
observa que la fase exponencial comienza alrededor de las 40 horas y
nuestro procedimiento duro 2.5 horas.

54
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1.20E+07 1.25E+07 1.30E+07 1.35E+07 1.40E+07
L. ferrooxidans (bact/ml)
Fe
2+
(µM/gr)
Cp
Po
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1.20E+07 1.25E+07 1.30E+07 1.35E+07 1.40E+07
Fe
2+
(µM/gr)
Cp
Po
Fe
2+
(µM/gr)
Cp
Po
Figura 11. La gráfica muestra la concentración de Fe2+
en la superficie de los minerales
durante una fracción de tiempo.
En la figura 12 podemos observar la adsorción de L. ferrooxidans sobre
la calcopirita como un proceso rápido, que ocurre en los primeros 10
minutos y no muestra una dependencia evidente a la concentración
inicial de bacterias.
En esta gráfica podemos observar que tanto la opción C como la D
tienen mucha similitud en cuanto al conteo de bacterias en solución,
concluyendo que en el caso de la calcopirita se cree que tiene más sitios
de unión disponibles (o no específicos) por lo cual L. ferrooxidans se
mantiene unido al mineral durante casi todo el tiempo que dura la
prueba sin importar la saturación de la solución.

55
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
3.00E+07
3.50E+07
4.00E+07
0 50 100 150 200
Tiempo (min)
L.
ferrooxidans
(bact/ml) A
B
C
D
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
3.00E+07
3.50E+07
4.00E+07
0 50 100 150 200
Tiempo (min)
L.
ferrooxidans
(bact/ml) A
B
C
D
A
B
C
D
Figura 12. Cinética de adhesión de L. ferrooxidans en calcopirita como función del pH
en solución a pH 2.5, donde A es 2.48x107
, B 1.6x107
, C 3.45x107
y D 3.45x107
bact/ml.
El grado de error en el conteo microbiano tiene una desviación estándar
del 7%; esto es en un orden de lectura de 107
el error se encuentra en
el orden de 105
.
La adsorción de L. ferrooxidans a la Pirrotita se muestra en la figura 13.
El número 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 número de bacteria libre por mililitro,
XL, disminuye y luego recupera su número hasta llegar al equilibrio a los
120 minutos. El número de bacteria unida a la pirrotita llega al equilibrio
al mismo tiempo para las dos concentraciones. El porcentaje máximo de
organismos absorbidos a la pirrotita se da a los 10 minutos de estar en
contacto bacteria/mineral siendo del 72% del total cuando 2.14 x 107
bacterias fueron adicionadas al ensayo.

56
X
L
(10
7
bacterias
libres/
ml)
X
A
(10
6
bacterias
adheridas/g)
Tiempo (min)
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
0 50 100 150
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
X
L
(10
7
bacterias
libres/
ml)
X
A
(10
6
bacterias
adheridas/g)
Tiempo (min)
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
0 50 100 150
0.00E+00
5.00E+06
1.00E+07
1.50E+07
2.00E+07
2.50E+07
Figura 13. Influencia del tiempo en la adsorción de L. ferrooxidans a Pirrotita. La
concentración inicial de bacteria fue de 2.14 x 107
. Símbolos: ■, XA, número de
bacterias adheridas por g de Pirrotita; ♦,XL, número de bacterias libres por mililitro.
La absorción de L. ferrooxidans a la Calcopirita se muestra en la figura
14. El número total de bacteria adsorbida, XA, aumenta en los primeros
10 minutos y al cabo del tiempo va disminuyendo estabilizándose
alrededor del minuto 30. Similarmente el número 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 1.6 x 107
bacterias fueron adicionadas al
ensayo.

57
X
L
(10
7
bacterias
libres/
ml)
X
A
(10
7
bacterias
adheridas/g)
Tiempo (min)
0.00E+00
3.00E+06
6.00E+06
9.00E+06
1.20E+07
1.50E+07
1.80E+07
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0.00E+00
3.00E+06
6.00E+06
9.00E+06
1.20E+07
1.50E+07
1.80E+07
X
L
(10
7
bacterias
libres/
ml)
X
A
(10
7
bacterias
adheridas/g)
Tiempo (min)
0.00E+00
3.00E+06
6.00E+06
9.00E+06
1.20E+07
1.50E+07
1.80E+07
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0.00E+00
3.00E+06
6.00E+06
9.00E+06
1.20E+07
1.50E+07
1.80E+07
Figura 14. Influencia del tiempo en la adsorción de L. ferrooxidans a Calcopirita. La
concentración inicial de bacteria fue de 1.6 x 107
cel/ml. Símbolos: ■, XA, número de
bacterias adheridas por g de Calcopirita; ♦,X L, número de bacterias libres por mililitro.
La figura 15 muestra dos diferentes concentraciones de L. ferrooxidans
suspendidas en solución medidas en función del tiempo de contacto
entre las células y la pirrotita. La concentración de células libres decreció
rápidamente a medida que pasó el tiempo de contacto, infiriendo que
estas células libres fueron absorbidas de la fase líquida a la superficie
del mineral. El número de células absorbidas depende de la
concentración inicial de células libres. Este proceso llega al equilibrio a
los 120 minutos de contacto.

58
Tiempo (min)
Concentración
de
células
libres
en
solución,
X
L
,
10
7
(células/ml)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 50 100 150
Tiempo (min)
Concentración
de
células
libres
en
solución,
X
L
,
10
7
(células/ml)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 50 100 150
Figura 15. Adsorción de L. ferrooxidans en Pirrotita como función de tiempo de
contacto y con concentraciones iniciales diferentes. ■ 1.82 x 107
cel/ml, ♦ 2.14x107
cel/ml.
La figura 16 muestra la distribución del equilibrio de L. ferrooxidans
entre la superficie de la pirrotita y el medio líquido a los 10 minutos de
contacto. La concentración XA, se refiere a las bacterias absorbidas por
gramo de mineral y el valor XL es la cantidad de células libres por
mililitro de solución. La forma de la isoterma indica que el equilibrio se
puede adecuar a la isoterma de Langmuir:
(12)
Donde XAM es la capacidad de absorción máxima por unidad de masa y
KA es la constante de equilibrio de absorción.
L
A
L
A
AM
A
X
K
X
K
X
X


1

59
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Conc. de células libres en solución, XL, 106
(bact/ml)
Conc. de cé ón, XL, 106
(bact/ml)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Conc.
de
células
adsorbidas
en
Pirrotita,
X
A
,
10
9
(bact/g)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5 2 2.5
(bact/ml)
(bact/ml)
(bact/ml)
(bact/ml)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Conc.
de
células
adsorbidas
en
Pirrotita,
X
A
,
10
9
(bact/g)
Figura 16. Isoterma de adsorción en equilibrio (10 min) para L. ferrooxidans en
Pirrotita. La línea sólida representa la isoterma de Langmuir.
La figura 17 muestra el equilibrio de L. ferrooxidans entre la superficie
de la calcopirita y el medio líquido al minuto 120. La concentración XA,
se refiere a las bacterias absorbidas por gramo de mineral y el valor XL
es la cantidad de células libres por mililitro de solución y al igual que
para la Pirrotita la forma de esta isoterma también se puede ajustar a la
isoterma de Langmuir.
Conc.
de
células
adsorbidas
en
Calcopirita,
X
A
,
10
9
(bact/g)
Conc. de células libres en solución, XL, 107 (bact/ml)
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Conc.
de
células
adsorbidas
en
Calcopirita,
X
A
,
10
9
(bact/g)
Conc. de células libres en solución, XL, 107 (bact/ml)
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Figura 17. Isoterma de adsorción en equilibrio (120 min) para L. ferrooxidans en
Calcopirita. La línea sólida representa la isoterma de Langmuir.

60
La gráfica de XL/XA contra XL muestra una línea recta (figura 18). El
coeficiente de correlación para la ecuación es de 0.8977, indicando que
se ajusta a la isoterma de Langmuir. Por la cuesta y la intersección en la
línea de regresión se determinó que XAM es de 1x109
bacterias/g de
Pirrotita y KA de 2x10-6
bacteria/ml. La isoterma de Langmuir predicha
estima que XAM y KA son compatibles con los datos de equilibrio.
Conc. de células libres en solución, XL (bact/ml)
Conc.
de
células
libres
en
solución/Conc.
de
células
adsorbidas,
X
L
/X
A
(g/l)
0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07
0.00E+00
4.00E-03
8.00E-03
1.20E-02
1.60E-02
Conc.
de
células
libres
en
solución/Conc.
de
células
adsorbidas,
X
L
/X
A
(g/l)
0.00E+00 5.00E+06 1.00E+07 1.50E+07
0.00E+00
4.00E-03
8.00E-03
1.20E-02
1.60E-02
Figura 18. Estimación de la capacidad de adsorción máxima, XAM y la constante de
equilibrio, KA, en la isoterma de Langmuir en Pirrotita.
La gráfica de la figura 19; XL/XA contra XL muestra; al igual que con la
pirrotita una línea recta. El coeficiente de correlación para la ecuación es
de 0.600, indicando que se ajusta a la isoterma de Langmuir. Por la
cuesta y la intersección en la línea de regresión se determinó que XAM es
de 9x1010
bacterias/g de calcopirita y KA de 6.17x10-9
bacteria/ml. La
isoterma de Langmuir predicha estima que XAM y KA son compatibles con
los datos de equilibrio.

61
Conc.
de
células
libres
en
solución/Conc.
de
células
adsorbidas,
X
L
/X
A
(g/l)
0.00E+00
2.00E-03
4.00E-03
6.00E-03
8.00E-03
1.00E-02
4.00E+06 6.00E+06 8.00E+06 1.00E+07 1.20E+07 1.40E+07
Conc.
de
células
libres
en
solución/Conc.
de
células
adsorbidas,
X
L
/X
A
(g/l)
0.00E+00
2.00E-03
4.00E-03
6.00E-03
8.00E-03
1.00E-02
4.00E+06 6.00E+06 8.00E+06 1.00E+07 1.20E+07 1.40E+07
Figura 19. Estimación de la capacidad de adsorción máxima, XAM y la constante de
equilibrio, KA, en la isoterma de Langmuir en Calcopirita.
7.4 Potencial Zeta
7.4.1 Leptospirillum ferrooxidans original
Se realizó la medición de potencial zeta para observar el
comportamiento de L. ferrooxidans como una partícula cargada en un
medio líquido. La figura 20 presenta los resultados del potencial zeta de
L. ferrooxidans en función del pH. El IEP obtenido para la bacteria se
encontró alrededor de un pH de 2.5.
La carga de la superficie de la célula 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 lipopolisacáridos, lipoproteínas y proteínas de

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
acidófilas como Acidithiobacillus ferrooxidans, estas dos bacterias son de
la misma especie, con actividades metabólicas de oxidación del ión
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  2.0. En su análisis concluye que este valor
puede deberse a la presencia de polisacáridos asociados a grupos
carboxilo.
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 2 4 6 8 10
pH
Potencial
zeta,
mV
Figura 20. Comportamiento del Potencial zeta de Leptospirillum ferrooxidans.
La presencia de polisacáridos, 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
disociación/asociación de grupos ácidos y básicos (Casas Botero, 2007).

63
En la tabla 4 se describen las reacciones químicas que dan la carga a la
superficie bacteriana con sus constantes de disociación (Ka). A un valor
fisiológico de pH (5-7) la mayoría de las bacterias están 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 disociación
(pKa).
Reacción Molécula
pKa
-COOH → -COO-
+ H+
Polisacárido
2.8 (11)
-NH3
+
→ -NH2 + H+
Proteína, peptidoglicano
9.0 (12)
-HPO4 → -PO4
-
+ H+
Acido teicoico
2.1 (13)
-H2PO4 → -HPO4 + H+
Fosfolípidos
2.1 (14)
Como ya se mencionó, L. ferrooxidans tiene un IEP de alrededor de 2.5;
esto nos indica que el equilibrio obtenido a este pH esta conformado en
su mayoría por grupos –COOH, -NH3,-HPO4, -H2PO4, -PO4 y HPO4.

64
7.4.2 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 (fig.21).
En un pH básico se observa un incremento en el valor del potencial zeta
de la bacteria adaptada debido a la presencia de hidróxidos metálicos o
grupos fosfato asociados a lipopolisacáridos de la membrana externa
(Rijnaarts y cols, 1995). Lo anterior indica que la adaptación de la
bacteria a la pirrotita claramente modifica la carga de L. ferrooxidans
debido al incremento en especies férricas.
La curva de potencial zeta de pirrotita en función del pH se presenta en
la figura 21. Los resultados indican el valor negativo en todo el rango de
pH no observándose 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 interacción de la
bacteria con el mineral. La curva de potencial zeta en función del pH
obtenida por Mitchel y col. (2005) para pirita muestra un IEP de 2.2,
dada la similitud entre pirita y pirrotita se puede considerar el mismo
IEP para ambos minerales.

65
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-
5
0
5
10
0
2 4 6 8 10
L.ferrooxidans
Pirrotita
L.ferrooxidans adaptada
Pirrotita biomodificada
pH
Potencial
Zeta,
mV
Figura 21. Comparación de valores de potencial zeta para L. ferrooxidans pura y
adaptada, Pirrotita pura y biomodificada.
Por otra parte se realizó 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 acentúa la carga negativa de la
bacteria adaptada, sin embargo presenta la misma tendencia.

66
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0
2 4 6 8 10 12
L. Ferrooxidans adaptada
L.ferrooxidans
Calcopirita
Calcopirita Biomodificada
Zeta
Potential,
mV
pH
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0
2 4 6 8 10 12
L. Ferrooxidans adaptada
L.ferrooxidans
Calcopirita
Calcopirita Biomodificada
Zeta
Potential,
mV
pH
Figura 22. Comparación de valores de potencial zeta para L. ferrooxidans pura y
adaptada, Calcopirita pura y biomodificada
En cuanto a la medición de potencial zeta para calcopirita, Sharma
(2001) demostró que el IEP de la calcopirita se encuentra alrededor de
pH 3.0. Nuestros resultados nos indican que existe un valor negativo en
todo el rango de pH más 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 interacción de la
bacteria con el mineral. A pH ácido (2) el potencial zeta del mineral
biomodificado y mineral puro son muy similares, conforme se avanza en
un pH más básico la carga del mineral biomodificado se incrementa con
respecto al mineral puro.

67
7.4.3 Correlación y análisis 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 adsorción de la bacteria.
El potencial zeta de la calcopirita aumenta en los primeros 40 minutos y
permanece sin cambios a lo largo del período. 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 más negativo de potencial zeta.
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 50 100 150 200 250
ti, min
Zeta
potential,
mV
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
 (Cp)
adsorción
[Bacterial
cell],
x10
7
cell/ml
 (L. ferrooxidans)
-20
-18
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 50 100 150 200 250
ti, min
Zeta
potential,
mV
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
1.20
1.30
1.40
1.50
1.60
1.70
1.80
 (Cp)
adsorción
[Bacterial
cell],
x10
7
cell/ml
 (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 adsorción de la bacteria sobre la
calcopirita. La línea punteada corresponde al potencial zeta de la bacteria a pH 3. La
adhesión fue determinada a pH 2.5. Electrolito soporte 10-2
M NaNO3.

68
La carga de la superficie del S° es negativo, como se muestra en la
figura 24. Y así puede determinarse que el potencial zeta de la
calcopirita a un pH de 3, biomodificada con L. ferrooxidans es el
resultado de la contribución de los grupos superficiales de la bacteria
adsorbida y de la formación de S°. Como referencia, la curva de
potencial zeta de L. ferrooxidans es presentada como función del pH.
Por otra parte, a un pH de 9.0 donde se realizo la flotación, el potencial
zeta se incremento proporcionalmente con el tiempo de contacto entre
el mineral y la bacteria (figura 25). Los resultados indican la formación
de hidróxidos metálicos comenzando con la disolución de la calcopirita
durante el acondicionamiento ácido con la bacteria. El IEP de Cu(OH)2 es
9.4 y para Fe(OH)3 amorfo es 7 (Parks, 1965). El valor de potencial
zeta, y posteriormente la concentración de hidróxidos con el mineral se
incrementa con el tiempo de interacción. La precipitación de hidróxidos
metálicos, mayormente aquellos con fierro, y la hidrofilicidad de la
bacteria adsorbida contribuyen a disminuir la naturaleza hidrofóbica de
la calcopirita.
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0 3 6 9 12
pH
Potencial
zeta,
mV
S°
L. ferrooxidans
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
0 3 6 9 12
pH
Potencial
zeta,
mV
S°
L. ferrooxidans
Fig 24. Potencial zeta de L. ferrooxidans y del azufre elemental en función del pH.
Electrolito soporte de las pruebas de S° de 10-2
M NaNO3.

69
Además, es conocido que L. ferrooxidans no participa en la oxidación del
azufre a comparación de A. ferrooxidans.
0 50 100 150
ti, min
-30
-28
-26
-24
-22
-20
pH=9
Potencial
zeta,
mV
0 50 100 150
ti, min
-30
-28
-26
-24
-22
-20
pH=9
Potencial
zeta,
mV
Figura 25. Efecto del tiempo de contacto con L. ferrooxidans en el potencial zeta de la
calcopirita a pH 9. Electrolito soporte 10-2
M NaNO3.
El potencial zeta de la Pirrotita biomodificada como función de tiempo de
interacción se muestra en la figura 26. La curva de potencial zeta para
pirrotita se incrementa ligeramente conforme avanza el tiempo de
interacción y el valor promedio es muy cercano al potencial zeta de la
bacteria. A un pH de 9.0, 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 fracción del mineral que reacciona es mínima.

70
[Bacterial
cell],
x10
7
cell/ml
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
0 50 100 150 200 250
t, min
potencial
zeta,
mV
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
 (Po)
 (L. ferroxidans)
adsorción
[Bacterial
cell],
x10
7
cell/ml
-18
-15
-12
-9
-6
-3
0
0 50 100 150 200 250
t, min
potencial
zeta,
mV
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
 (Po)
 (L. ferroxidans)
adsorción
Figura 26. Efecto del tiempo de contacto de L. ferrooxidans en el potencial zeta de la
pirrotita a pH 3. La figura presenta la velocidad de adsorción de la bacteria sobre la
pirrotita. La adhesión fue determinada a pH 2.5. Electrolito soporte 10-2M NaNO3.
-20
-16
-12
-8
-4
0
0 50 100 150
t, min
Potencial
zeta,
mV
pH=9
-20
-16
-12
-8
-4
0
0 50 100 150
t, min
Potencial
zeta,
mV
pH=9
Figura 27. Efecto del tiempo de contacto con L. ferrooxidans en el potencial zeta de la
pirrotita a pH 9. Electrolito soporte 10-2
M NaNO3.

71
7.5 Microflotación
Minerales puros
Los resultados sobre minerales puros arroja que la calcopirita a pH ácido
tiene una recuperación cercana al 90% que va decreciendo conforme el
pH de va haciendo básico manteniéndose constante a lo largo de casi
todo el rango de pH.
Por su parte la pirrotita -53/+38µm a pH ácido tiene una recuperacion
de alrededor de 40% manteniéndose así hasta pH 8.0 que tiene un
descenso de 15% recuperándose a un pH de 9.0.
La pirrotita -75/+53µm tiene una pobre recuperación 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
Flotabilidad,
%
Calcopirita
Pirrotita -75/+53µm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4 5 6 7 8 9 10
pH
Flotabilidad,
%
Calcopirita
Fig. 28. Microflotación de minerales puros

Tesis Carla Verónica Díaz López

Tesis Carla Verónica Díaz López

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Último

Último (20)

Destacado

Destacado (20)

Tesis Carla Verónica Díaz López