Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / La nueva norma chilena (2013) de emisión para fundiciones de cobre y fuentes emisoras de arsénico exige una fijación mínima de 95% para azufre y arsénico en todas las fundiciones de concentrado y establecimientos emisores del país, ha incentivado a revisar en forma global el proceso de fundición de concentrados de cobre. Este trabajo tiene como objetivo desarrollar un tratamiento alternativo, para el efluente de planta de ácido de una Fundición de Concentrados. El efluente o acido débil se produce en la limpieza húmeda de los gases metalúrgicos de la Fundición y contiene principalmente ácido sulfúrico y arsénico El tratamiento actual usa neutralización con cal del ácido y precipitación del arsénico como arseniato férrico. El tratamiento propuesto, debe ser sustentable ambientalmente y su evaluación económica debe ser positiva comparada con el proceso actual. El tratamiento alternativo seleccionado es Extracción por Solventes (SX) con el objetivo de recuperar una solución acida limpia reutilizable, menor generación de desechos y un consumo de agua al menos igual que el tratamiento actual. Las pruebas de extracción por solventes (Batch en laboratorio) se realizaron usando reactivos Alamine 308 y Cyanex 923. Los resultados muestran que el extractante Alamine 308 extrae acido selectivamente, en cambio el reactivo Cyanex 923 extrae arsénico y co extrae acido, dadas estas características, desde el punto de vista técnico ambos reactivos se pueden utilizar. Se proponen tres alternativas de proceso incluyendo modificaciones al proceso actual de forma tal que se puedan implementar en planta y se realiza balance de masa para cada opción. A pesar de que la tecnología de SX presenta baja eficiencia en la extracción de ácido sulfúrico y arsénico, la alternativa de extracción por SX de ácido con Alamine 308 resulta sustentable ambientalmente y con una evaluación económica neutra respecto del proceso actual, sin embargo, las otras opciones presentan algunos aspectos positivos por lo que no pueden ser descartadas. Se recomienda continuar el estudio con pruebas continuas de laboratorio, con el objetivo de optimizar el proceso y evaluar nuevamente con información más detallada.

Ingeniera Civil en Biotecnología / Ingeniera Civil Química / Este trabajo se enmarca en el contexto de la creciente industria de los fertilizantes fosfatados y su principal materia prima el ácido fosfórico, este ácido se obtiene en su mayor parte del ataque vía húmeda de la roca fosfórica con ácido sulfúrico. El presente trabajo contribuye al estudio de viabilidad y factibilidad de biolixiviación de fosfatos requerido por la empresa minera VALE S.A. El objetivo principal es estudiar la toxicidad que puedan presentar algunos de los distintos iones presentes en la solución obtenida de la lixiviación química de una muestra de mineral fosfatado, sobre la cepa Sulfobacillus thermosulfidooxidans. Se realizó un primer estudio de la toxicidad de los iones presentes en la solución obtenida de la lixiviación química, ajustada a 3 diferentes pH que se encuentran dentro del rango de operación del pH en pilas de lixiviación: 1,4; 1,8 y 2,03 . A estos cultivos se les monitoreó el pH, concentración de ion sulfato, concentración de ácido sulfúrico y se hizo recuento de células con el marcador fluorescente DAPI. De este estudio se concluyó que el crecimiento y actividad bacteriana fueron completamente inhibidos. Además se identificaron como posibles inhibidores el ion sulfato y el ion fosfato, iones que se encuentran en altas concentraciones. Un segundo estudio de biooxidación de azufre se realizó en presencia de concentraciones de ion sulfato crecientes, como sulfato de potasio (K_2 SO_4 ) con pH inicial 2,3. El objetivo fue determinar las concentraciones críticas de este ion a las que la actividad bacteriana se reduce al 50% y a la que es completamente inhibida. De este estudio se concluye que con una concentración de 70 mM de sulfato de potasio, la conversión de azufre elemental a ácido sulfúrico por parte de las bacterias se ve reducido al 50% de la conversión en un medio basal en ausencia de la sal. Y a los 200 mM de sulfato de potasio, la conversión se ve inhibida completamente. Finalmente, se realizó un estudio preliminar de la actividad bacteriana en presencia de una concentración de 12 [g⁄L] de ion fosfato y pH 2,3. Al cual se le monitorea solo la evolución del pH. Este estudio permite inferir que esta concentración resultaría tóxica para las bacterias, resultado que necesita ser confirmado mediante un estudio más exhaustivo.

Ingeniera Civil en Biotecnología / Ingeniera Civil Química / El presente trabajo de título tiene como principal objetivo caracterizar el comportamiento de la bacteria termófila moderada Sulfobacillus thermosulfidooxidans en la biooxidación de azufre elemental, para de esta forma contribuir a una mejor comprensión del comportamiento de este microorganismo en la producción de ácido sulfúrico; evalúa para ello su capacidad de oxidación y adherencia al azufre elemental con el objetivo de poder investigar la factibilidad técnica de la producción de ácido sulfúrico con este microorganismo a nivel industrial. Para lo anterior se utilizaron cultivos puros de Sulfobacillus thermosulfidooxidans en matraces agitados a 45°C en azufre en perlas estériles, con extracto de levadura. Se monitorearon periódicamente el pH, la concentración de ácido sulfúrico y sulfato en solución. Junto con lo anterior, se realizó el recuento de las células planctónicas y adheridas al azufre por medio de tinción DAPI, observación y recuento en un microscopio de Epifluorescencia. Los resultados indicaron que el proceso de biooxidación de azufre elemental con Sulfobacillus thermosulfidooxidans depende en gran medida de la concentración de las bacterias en la superficie del azufre, lo cual permitió el desarrollo de un modelo para que describe la cinética de este proceso. Con el modelo se estimo que el proceso es controlado principalmente por la difusión del oxigeno en el biofilm, requiriéndose 2000 horas para la completa oxidación del azufre. Asimismo, demostró que esta bacteria termófila moderada posee una alta capacidad azufre-oxidante, alcanzándose a las 312 horas de cultivo una concentración de 10,54 [g/L] de ácido sulfúrico. Junto con lo anterior, se demostró que S. thermosulfidooxidans posee un porcentaje de adherencia de 54% a la superficie del azufre elemental, además de un elevado crecimiento celular, tanto en la superficie del azufre como en la solución, cuantificándose a las 216 horas de cultivo 6,6x1011 y 2,9x1012 bacterias en suspensión y adheridas respectivamente, correspondientes al máximo número de microorganismos registrados. Por último, se determinó que el mecanismo por el cual estas bacterias oxidan el azufre es el mecanismo de lixiviación cooperativo, ya que tanto las bacterias planctónicas como las adheridas contribuyen a la oxidación del azufre elemental.

Ingeniero Civil Químico / Ingeniero Civil en Biotecnología / El presente trabajo reporta el estudio realizado en un reactor a escala banco para la oxidación biológica de perlas de azufre elemental, en el cual se genera ácido sulfúrico que será utilizado más adelante en la producción sustentable de fosfatos desde una roca fosfórica. Para lo anterior, se utilizó como punto de partida el cultivo de la arquea Sulfolobus metallicus en matraces agitados a 67°C, crecidas sobre perlas de azufre elemental. A partir de esta manipulación, se implementaron fases de escalamiento que contemplaron un reactor agitado tipo batch y su símil en modo continuo, ambos con condiciones de operación derivadas directamente de los matraces. En modo batch se monitorearon periódicamente el pH, acidez del medio, concentración de sulfato en solución y conteo de células planctónicas. Los resultados obtenidos indicaron un buen escalamiento desde los matraces, con valores similares a trabajos previos que utilizaron aquel sistema de reacción. Además, a partir de lo registrado en el conteo celular, se obtuvo una tasa específica de crecimiento celular (µ) en batch igual a 0,056 [h-1], desde la cual se propusieron 4 flujos de operación para el modo continuo, los cuales fueron de 0,9 1,8 2,7 y 3,6 [mL/min]. Con ellos en operación, se registraron las mismas variables evaluadas en batch, además de determinar el tiempo requerido para estabilizar el pH, medida usada en la detección de cada estado estacionario. Los registros variaron al aumentar el flujo, observando que las cantidades de ácido, sulfato y células disminuyeron, aumentando el pH en el biorreactor. Por su parte, el tiempo transiente necesario para alcanzar cada estacionario se situó en un rango entre 24 y 40 [horas]. A partir de los resultados de producción de ácido sulfúrico y sulfato en solución, se generó un modelo similar a los utilizados en fermentadores continuos, asumiendo la existencia de dos tipos de células: las adheridas al azufre y las suspendidas en el medio de reacción (planctónicas). El modelo se trabajó ignorando el crecimiento de las arqueas en suspensión, y siguiendo dos casos de estudio: suponer una tasa µ constante para todos los flujos versus un caso de µ variable por flujo. El modelo entregó valores para la tasa específica de crecimiento (el mejor de 0,022 [h-1]), además del rendimiento de producción por arquea (alrededor de 10-10 [g producto/arquea]). Este último resultado fue similar al utilizar ácido sulfúrico o sulfato indistintamente como medidas de producto. Además, un estudio de la aireación reveló que el sistema poseía un nivel de oxígeno adecuado para la operación, estimando una producción máxima posible de 0,0014 [g/min] de ácido sulfúrico. En conclusión, el sistema implementado resultó ser un exitoso primer acercamiento a la tecnología de reactores utilizando Sulfolobus metallicus creciendo sobre azufre elemental a 67°C, y debe someterse a un estudio de ingeniería más acabado, tal que permita realizar una biooxidación de azufre compatible con la necesidad de una lixiviación sostenible de fosfatos.

Los yacimientos minerales contienen especies valiosas a menudo acompañadas de arsénico. La problemática del arsénico que es posible encontrar en la minería chilena, sustentada en la dificultad de la remoción de las especies con arsénico, incentivo el estudio de una nueva tecnología que utiliza ácido sulfhídrico, para formar sulfuros insolubles que sean fáciles de remover. La tecnología que se plantea, aborda la remoción de arsénico de una línea de descarte de compuesta por de y de As. Esta corresponde a un ejemplo de lo que se podría encontrar comúnmente en las plantas de fundiciones de cobre, donde actualmente la solución utilizada genera un gran volumen de descarte, por consiguiente una gran carga ambiental, junto con no permitir la reutilización del . Se diseñó una planta que permitió la remoción del arsénico. Se utilizó un estudio experimental realizado por A.L. Fauquet en la Pontificia Universidad Católica de Chile, que entregó como resultado una constante cinética desde la cual se desprendió un modelo cinético, y por lo tanto, los datos necesarios para poder proponer una planta y realizar el balance de masa respectivo. El estudio fisicoquímico guiado por el modelo cinético del sistema, permitió concluir que el proceso está limitado por las reacciones de formación de sulfuros y no por la transferencia de masa (la absorción del ácido sulfhídrico a la solución). Por lo tanto, se propuso un diseño que contempla 2 líneas de 4 reactores en serie cada una, cada reactor tiene un volumen de , los que en su interior tienen 2 bombas de inmersión con eyector, ubicadas estratégicamente, de manera tal de asegurar una mezcla homogénea y minimizar los volúmenes muertos. El tiempo de residencia logrado en cada línea es de 584 horas, y una conversión hacia la formación de sulfuros de 74,7%. El DFP lo completa una columna empacada que permite desorber que no alcanzó a reaccionar, un decantador y 2 filtros prensa en paralelo. Como resultados principales: Se obtiene un reciclo de de de un total de . Además, se reduce el volumen a enviar a un operador autorizado para su disposición final de a . Los análisis realizados, permiten concluir a priori, que tanto económica como técnicamente la tecnología planteada es factible, siendo necesario continuar el trabajo mediante pruebas de laboratorio y de plantas pilotos que permitan aumentar la precisión, disminuir el riesgo, y culminar con la construcción de una planta industrial.

O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o aco inoxidavel ferritico UNS S44400 quanto a sua resistencia a corrosao em comparacao a dois acos inoxidaveis austeniticos UNS S30403 e S31603, utilizando ensaios de perda de massa e eletroquimicos, tanto em meio acido quanto em meio contendo cloreto. A utilizacao dos inoxidaveis ferriticos vem crescendo em detrimento da utilizacao dos austeniticos tanto no Brasil, quanto no mundo, principalmente devido ao cenario instavel do preco do Ni. Sendo assim, cada vez mais se torna necessaria a obtencao de argumentos tecnicos e cientificos que permitam comparar diferencas entre as duas familias, mostrando suas vantagens e desvantagens. Os metodos utilizados para a avaliacao da resistencia a corrosao generalizada foram perda de massa (apos imersao) e polarizacao potenciodinamica em 0,5M H2SO4. A resistencia a corrosao por pite foi estudada atraves de polarizacao potenciodinamica ciclica em 3,5%NaCl. No caso especifico dos meios contendo cloreto, alem de se estudar os materiais com acabamento de lixa #600, obtido em laboratorio, optou-se por um estudo mais detalhado em funcao do acabamento superficial obtido em usina. Os acabamentos examinados foram: (i) material recozido, decapado em Usina e lixado em laboratório (até lixa #600) - (LL); (ii) material recozido e decapado em Usina - (RD); e (iii) material recozido, decapado em Usina, tratado termicamente em laboratório e lixado (até lixa #600) - (SL). Em meio acido, os acos austeniticos nao apresentaram corrosao, enquanto o ferritico apresentou uma taxa de corrosao constante de 0,0146 mg.cm-2.min-1 (8,4x10-4 A.cm-2) para imersoes ate 24h. Pela aplicacao do metodo de extrapolacao do trecho linear de Tafel foi obtido valor similar de densidade de corrente, de 4,57x10-4 A.cm-2, ou seja possuem a mesma ordem de grandeza. Diferentemente dos resultados obtidos em meio acido, nos ensaios de resistencia a corrosao em meio contendo cloreto, o aco UNS S44400 apresentou potencial de pite superior (em 3,5%NaCl) ao UNS S30403 e valores muito proximos ao do aco UNS S31603, para todas as condicoes de acabamento superficial examinadas. Alem disso, foi observado um relevante efeito das condicoes de tratamento termico de solubilizacao dos materiais: o tratamento de solubilizacao realizado em laboratorio aumentou o potencial de pite. Os resultados de potencial de pite medio - Ep - obtidos antes do tratamento termico foram: 77mVAg/AgCl para o UNS S44400, 43mVAg/AgCl para o UNS S30403 e 345mVAg/AgCl para o UNS S31603, sendo que apos solubilizacao o Ep medio foi de: 336mVAg/AgCl; 294mVAg/AgCl e 374mVAg/AgCl, respectivamente. Por sua vez, ha diferenca de desempenho quando aplicados os diferentes acabamentos superficiais. Com relacao ao acabamento proveniente de Usina, ou seja, recozido e decapado (RD), foi o que resultou em melhor desempenho. Apesar da media resultante alta para o acabamento RD, a dispersao dos resultados tambem foi alta. Comparando-se os acos UNS S44400 e UNS S31603, recozidos e decapados o 444 teve um potencial de pite de (500 + 173)mVAg/AgCl, e o aco 316 apresentou (568 + 167)mVAg/AgCl. Nota-se, portanto, que quando a aplicacao exige resistencia a corrosao em meio contendo ion cloreto, o aco 444 pode substituir o 316L. / The main reason of this work is the characterization of the ferritic stainless steel UNS44400 regarding its corrosion resistance when compared to two austenitic steels, UNS 30403 and UNS31603, using loss of weight and electrochemical tests, in acid and chloride environments. The application of ferritic stainless steel is increasing, both in the Brazilian an international market, especially because of the nickel cost instability. So, more information is necessary regarding each kind of material, allowing the comparison of these two families showing their advantages and disadvantages in different applications. For that reason, the main purpose of this work is the characterization of the corrosion resistance of a ferritic stainless steel, UNS S44400, comparing it with two austenitic stainless steels, UNS S30403 and S31603. Weight loss and electrochemical tests were conducted in acid or chloride environments. The general corrosion resistance was analyzed through weight loss measurements and electrochemical polarization in 0,5M H2SO4. The pitting corrosion resistance was studied through polarization in 3,5%NaCl. For the tests in chloride environment, it was done a study comparing laboratory and mill finishing proceducts: annealed and pickled and wet sand in laboratory - (LL); annealed and pickled - (RD); annealed and pickled, heat treated in laboratory and wet sand in laboratory - (SL). In acid environment, the austenitic stainless steel did not show weight loss, while the ferritic had a constant corrosion rate of 0,0146 mg.cm-2.min-1 (8,4x10-4. A.cm-2) until 24 hours of immersion. This result was confirmed by the extrapolation of linear portion of the polarization curves (Tafel method), whose current density was 4,57x10-4 A.cm-2. In chloride environment, the UNS S44400 steel showed higher pitting potential in 3,5%NaCl compared to UNS S30403 and similar results for all finishes when compared with UNS S31603. Besides, it was observed that the heat treatment that was done in laboratory raised pitting potential. The pitting potential results were: before heat treatment, 77mVAg/AgCl for UNS S44400, 43mVECS, for UNS S30403 and 345mVAg/AgCl for UNS S31603; and after heat treatment they were: 336mVAg/AgCl; 294mVAg/AgC; and 374mVAg/AgCl, respectively. The annealed and pickled material that was tested directly from the Mill (RD) presented the highest pitting potential showing the importance of pickling process. Comparing the annealed and pickled UNS S44400 steel with UNS S31603, the mean pitting potential was (500 + 173)mVAg/AgCl and (568 + 167)mVAg/AgCl respectively, and considering the deviation of the tests, it was proved that it is possible to apply both UNS S44400 or UNS S31603 when a high pit corrosion resistance is required.

O presente trabalho tem como objetivo caracterizar o aco inoxidavel ferritico UNS S44400 quanto a sua resistencia a corrosao em comparacao a dois acos inoxidaveis austeniticos UNS S30403 e S31603, utilizando ensaios de perda de massa e eletroquimicos, tanto em meio acido quanto em meio contendo cloreto. A utilizacao dos inoxidaveis ferriticos vem crescendo em detrimento da utilizacao dos austeniticos tanto no Brasil, quanto no mundo, principalmente devido ao cenario instavel do preco do Ni. Sendo assim, cada vez mais se torna necessaria a obtencao de argumentos tecnicos e cientificos que permitam comparar diferencas entre as duas familias, mostrando suas vantagens e desvantagens. Os metodos utilizados para a avaliacao da resistencia a corrosao generalizada foram perda de massa (apos imersao) e polarizacao potenciodinamica em 0,5M H2SO4. A resistencia a corrosao por pite foi estudada atraves de polarizacao potenciodinamica ciclica em 3,5%NaCl. No caso especifico dos meios contendo cloreto, alem de se estudar os materiais com acabamento de lixa #600, obtido em laboratorio, optou-se por um estudo mais detalhado em funcao do acabamento superficial obtido em usina. Os acabamentos examinados foram: (i) material recozido, decapado em Usina e lixado em laboratório (até lixa #600) - (LL); (ii) material recozido e decapado em Usina - (RD); e (iii) material recozido, decapado em Usina, tratado termicamente em laboratório e lixado (até lixa #600) - (SL). Em meio acido, os acos austeniticos nao apresentaram corrosao, enquanto o ferritico apresentou uma taxa de corrosao constante de 0,0146 mg.cm-2.min-1 (8,4x10-4 A.cm-2) para imersoes ate 24h. Pela aplicacao do metodo de extrapolacao do trecho linear de Tafel foi obtido valor similar de densidade de corrente, de 4,57x10-4 A.cm-2, ou seja possuem a mesma ordem de grandeza. Diferentemente dos resultados obtidos em meio acido, nos ensaios de resistencia a corrosao em meio contendo cloreto, o aco UNS S44400 apresentou potencial de pite superior (em 3,5%NaCl) ao UNS S30403 e valores muito proximos ao do aco UNS S31603, para todas as condicoes de acabamento superficial examinadas. Alem disso, foi observado um relevante efeito das condicoes de tratamento termico de solubilizacao dos materiais: o tratamento de solubilizacao realizado em laboratorio aumentou o potencial de pite. Os resultados de potencial de pite medio - Ep - obtidos antes do tratamento termico foram: 77mVAg/AgCl para o UNS S44400, 43mVAg/AgCl para o UNS S30403 e 345mVAg/AgCl para o UNS S31603, sendo que apos solubilizacao o Ep medio foi de: 336mVAg/AgCl; 294mVAg/AgCl e 374mVAg/AgCl, respectivamente. Por sua vez, ha diferenca de desempenho quando aplicados os diferentes acabamentos superficiais. Com relacao ao acabamento proveniente de Usina, ou seja, recozido e decapado (RD), foi o que resultou em melhor desempenho. Apesar da media resultante alta para o acabamento RD, a dispersao dos resultados tambem foi alta. Comparando-se os acos UNS S44400 e UNS S31603, recozidos e decapados o 444 teve um potencial de pite de (500 + 173)mVAg/AgCl, e o aco 316 apresentou (568 + 167)mVAg/AgCl. Nota-se, portanto, que quando a aplicacao exige resistencia a corrosao em meio contendo ion cloreto, o aco 444 pode substituir o 316L. / The main reason of this work is the characterization of the ferritic stainless steel UNS44400 regarding its corrosion resistance when compared to two austenitic steels, UNS 30403 and UNS31603, using loss of weight and electrochemical tests, in acid and chloride environments. The application of ferritic stainless steel is increasing, both in the Brazilian an international market, especially because of the nickel cost instability. So, more information is necessary regarding each kind of material, allowing the comparison of these two families showing their advantages and disadvantages in different applications. For that reason, the main purpose of this work is the characterization of the corrosion resistance of a ferritic stainless steel, UNS S44400, comparing it with two austenitic stainless steels, UNS S30403 and S31603. Weight loss and electrochemical tests were conducted in acid or chloride environments. The general corrosion resistance was analyzed through weight loss measurements and electrochemical polarization in 0,5M H2SO4. The pitting corrosion resistance was studied through polarization in 3,5%NaCl. For the tests in chloride environment, it was done a study comparing laboratory and mill finishing proceducts: annealed and pickled and wet sand in laboratory - (LL); annealed and pickled - (RD); annealed and pickled, heat treated in laboratory and wet sand in laboratory - (SL). In acid environment, the austenitic stainless steel did not show weight loss, while the ferritic had a constant corrosion rate of 0,0146 mg.cm-2.min-1 (8,4x10-4. A.cm-2) until 24 hours of immersion. This result was confirmed by the extrapolation of linear portion of the polarization curves (Tafel method), whose current density was 4,57x10-4 A.cm-2. In chloride environment, the UNS S44400 steel showed higher pitting potential in 3,5%NaCl compared to UNS S30403 and similar results for all finishes when compared with UNS S31603. Besides, it was observed that the heat treatment that was done in laboratory raised pitting potential. The pitting potential results were: before heat treatment, 77mVAg/AgCl for UNS S44400, 43mVECS, for UNS S30403 and 345mVAg/AgCl for UNS S31603; and after heat treatment they were: 336mVAg/AgCl; 294mVAg/AgC; and 374mVAg/AgCl, respectively. The annealed and pickled material that was tested directly from the Mill (RD) presented the highest pitting potential showing the importance of pickling process. Comparing the annealed and pickled UNS S44400 steel with UNS S31603, the mean pitting potential was (500 + 173)mVAg/AgCl and (568 + 167)mVAg/AgCl respectively, and considering the deviation of the tests, it was proved that it is possible to apply both UNS S44400 or UNS S31603 when a high pit corrosion resistance is required.