En este trabajo de tesis se estudió la influencia catalítica de Sulfolobus metallicus en la biolixiviación de calcopirita pura a 70ºC y pH 1,5. La lixiviación se realizó en medio basal Norris en matraces agitados con muestras de calcopirita sintética y natural molida entre -80 # + 120# de Andina. Las muestras fueron caracterizadas monitoreando la concentración de cobre, ferroso, hierro total, sulfato y la población de células en la solución. Se utilizó difracción de rayos x (DRX) para caracterizar los sólidos. Se realizaron análisis por microscopía electrónica de barrido acoplado a espectroscopía de energía dispersiva (SEM-EDS) para determinar la adherencia de las células al mineral. Para evaluar separadamente la influencia de las células planctónicas y las células adheridas en el proceso catalítico, en algunos experimentos los microorganismos fueron impedidos de estar en contacto con la calcopirita manteniéndolos en una cámara separada. Complementariamente, se estudiaron las diferentes especies de azufre disueltas en solución por cromatografía lìquida a alta presión (HPLC) en condiciones abióticas con aire o nitrógeno y en condiciones de inoculación con Sulfolobus metallicus. Finalmente, se estudió a través de espectrografía fotoelectrónica de rayos x (XPS) los cambios superficiales que ocurren sobre la superficie de calcopirita sintética a 60ºC en ausencia (N2) y presencia de aire. Los resultados indicaron que en ausencia de hierro inicial en la solución, la máxima recuperación de cobre se obtiene cuando parte los microorganismos son capaces de adherirse a la superficie de la calcopirita, seguido por el caso abiótico aireado y finalmente el caso abiótico anaeróbico (donde casi no se produce disolución). Se determinó además que es necesaria la adherencia de una parte de la población de microorganismos a la superficie del mineral para aumentar la velocidad de lixiviación de la calcopirita y para mantener la población de microorganismos. Esta adherencia comienza en las grietas sobre la superficie y luego ocurre de manera heterogénea sobre la superficie. Se estableció que el mecanismo de acción de los S. metallicus sobre calcopirita podría ser el siguiente: una parte de los microorganismos que se han adherido a la calcopirita producen un compuesto intermedio, tiosulfato, que los microorganismos que quedan libres en la solución oxidan a sulfito y bisulfito que finalmente pasa a sulfato. Además, estos microorganismos oxidan Fe+2 a Fe+3 producido por la disolución de la calcopirita. En el caso en que se agrega inicialmente 1 g/l de Fe +3 a la solución, la máxima recuperación de cobre se obtiene en el caso abiótico aireado seguido por los casos inoculados y finalmente el caso abiótico anaeróbico. El mecanismo de disolución de la calcopirita es principalmente química. En los casos inoculados, los microorganismos toman el azufre o algún compuesto intermedio de azufre producido durante el proceso férrico de disolución como fuente de energía y además regeneran el Fe+2 a Fe+3. En cambio en los casos abióticos el mecanismo de disolución de la calcopirita viene dado por la reducción del oxígeno sobre la superficie del mineral y el hierro presente en la solución como ferroso (Eh bajo).

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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.

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Analiza, delimita y establece los principales controles geometalúrgicos relacionados a zonas de baja lixiviabilidad en el yacimiento La Arena, provincia de Sánchez Carrión, departamento de La Libertad a fin de determinar el impacto en la productividad y recuperación del oro. Determina las características geológicas y geometalúrgicas en las zonas de estudio, el volumen de material con baja relación AuCN/AuT, ensambles mineralógicos relacionados a la baja, media y alta relación AuCN/AuT, unidades geometalúrgicas, especies minerales metálicos y/o no metálicos que generan la baja relación AuCN/AuT y el zoneamiento de la lixiviabilidad del material a profundización en La Arena. / Tesis

Memoria para optar al título profesional de: Ingeniero Agrónomo Mención: Manejo de Suelos y Aguas / El presente trabajo formó parte de una serie de estudios efectuados por la Compañía Minera Doña Inés de Collahuasi para disminuir problemas operacionales vinculados al riego en pilas para la lixiviación de cobre. Se recreó el proceso de riego de una pila de lixiviación, controlando las condiciones de flujo y la dinámica del ordenamiento de las partículas. Se llenaron columnas con roca aglomerada y se probaron cuatro formas de aplicación de soluciones de lixiviación en base a refino para determinar los cambios físico-mecánicos en la matriz del material a lo largo del proceso, para luego contraponerlos con la recuperación de cobre. Cada forma de aplicación de la solución de riego correspondió a uno de los tratamientos. De los tratamientos probados, el riego intermitente se presentó como la mejor alternativa para lixiviar el tipo de minerales ensayados (oxidados con componentes sulfurados en aumento), pues aceleró los tiempos de extracción al propiciar la lixiviación de los compuestos sulfurados. Esta técnica provocó extracciones totales mayores, sin embargo, en las primeras etapas de la lixiviación no generó diferencias en las extracciones con el resto de los tratamientos, por lo que se plantea buscar técnicas que aumenten la superficie irrigada en las fases iniciales del riego, manteniendo un mayor contacto solución-roca y un control apropiado del pH de las soluciones que reaccionan con la roca. No se detectaron problemas de drenaje ni efectos claros que podrían hacer inviable el proceso de lixiviación producto de las tasas de riego, sin embargo los principales efectos físico-mecánico se originaron en superficie (0-33 cm). La anticipación del comportamiento en este sistema de partículas poli dispersas no es posible basada sólo en el análisis granulométrico y se puede inducir a error por no considerar la aglomeración de las partículas, por lo que su análisis resulta más completo incorporando otros criterios que pueden ser de fácil medición. / This work was part of a study, conducted by “Doña Ines de Collahuasi” Mining Company, to reduce operational problems of copper leaching heaps management, linked to its irrigation. The irrigation process was recreated controlling flow conditions and dynamics of particle system. Columns were filled with crushed rocks which were previously agglomerated with sulfuric acid and water. Four criteria of irrigation based on refino solution were implemented, in order to determine the mechanical and physical changes in the matrix material along the process, and then contrasted with chemical parameters involved with copper recovery process. Intermittent irrigation was the best alternative for treating this type of material (oxidized with increasing sulfur compounds), accelerating extraction time by promoting sulfur compounds leaching, however, this technique caused no differences in the initial extractions, being necessary to implement techniques to increase the irrigated area in early stages, maintaining closer solution-rock contact and a proper control of pH in solutions that react with the rock. We detected no drainage problems or effects that could do unworkable the leaching with the irrigation rates, however the main physical effects were originated in surface (0-33 cm). The prediction of the behavior in this system of poly-dispersed particles cannot be solely based on particle size analysis, because it can fail by do not consider the agglomeration, being possible to incorporate other criteria easy to measure in the input materials.

Magister en Bioquímica área de especialización en Bioquímica Ambiental / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo / Anualmente se producen en Chile más de cinco millones de toneladas de cobre fino, convirtiendo al país en el mayor productor de cobre del mundo. Si bien actualmente el proceso de fundición da cuenta de más del 70% de la producción mundial de cobre, su mayor impacto ambiental así como sus desventajas económicas para la refinación de cobre desde sulfuros de bajo contenido metálico (baja ley) y altamente refractarios como la calcopirita (CuFeS2), que representan el grueso de las reservas mineras, pone el énfasis en el desarrollo de tecnologías alternativas donde destaca la biohidrometalurgia o biolixiviación, proceso que involucra la disolución de metales mediada por microorganismos. La tecnología de biolixiviación de sulfuros primarios de baja ley del tipo calcopirita comprende la disolución asistida por microorganismos presentes en el mineral en procesos ambientalmente más sustentables. Sin embargo, la cinética de biolixiviación de sulfuros primarios de cobre a temperatura ambiente se ve atenuada por fenómenos que disminuyen la tasa de disolución de metales que limitan la recuperación de cobre, esto podría deberse a la acumulación de compuestos orgánicos que tienen un efecto inhibitorios en el crecimiento de microorganismos biomineros. En este estudio se realizó primero la caracterización fisiológica de tres cepas heterotróficas de los géneros Acidiphilium sp. cepa BRL-109, Ferroplasma sp cepa BRL-115 y Sulfobacillus sp. cepa BRL-114, estableciendo sus condiciones óptimas de crecimiento y principales fuentes de energía y carbono. Posteriormente, se estableció la incidencia que estos microorganismos tendrían al ser agregados a ensayos de biolixiviación de concentrado de calcopirita, donde la adición de la cepa BRL-109 en conjunto con especies de Acidithiobacillus ferrooxidans y A. thiooxidans demostró tener un efecto positivo con respecto de la condición sin adición de dicha cepa. Este trabajo aborda aspectos fundamentales de la microbiología de procesos de biolixiviación, centrándose en la caracterización fisiológica de cepas heterotróficas aisladas desde ambientes extremos y analizando el impacto de la composición microbiológica de un consorcio microbiano, en la recuperación de cobre en procesos de biolixiviación de calcopirita. / Chile produces more than five million tons of fine copper annually, making the country the world’s largest copper producer. While the smelting process now accounts for more than 70% of worldwide copper production, its biggest environmental impact as well as the economic disadvantages for copper refining from low metal content sulfides (low grade), that are highly refractory like chalcopyrite (CuFeS2), which represent most of the mine reserves, call for the development of alternative technologies. Biohydrometallurgy and bioleaching are two outstanding technologies that involve the dissolution of metals by microorganisms (Rohwerder y col., 2003). The technology for bioleaching a low grade primary sulfide like chalcopyrite, involves dissolution assisted by microorganisms that are present in the mineral using a more environmentally sustainable process. However, the kinetics of copper bioleaching at room temperature is reduced by phenomena that lower the metal’s rate of dissolution limiting the recovery of copper. This could be due to the accumulation of organic compounds that have an inhibiting effect on the growth of bio-mining microorganisms. This study first characterized the physiology of the three heterotrophic strains of the genuses Acidiphilium sp. strain BRL-109, Ferroplasma sp strain BRL-115 and Sulfobacillus sp. strain BRL-114, by establishing the optimum conditions for their growth and the main sources of energy and carbon. Then, the effect that these microorganisms would have when added to the bioleaching trials of chalcopyrite concentrate was established. The addition of Acidiphilium sp. strain BRL-109 together with the species A. ferrooxidans sand A. thiooxidans had a positive effect compared to the condition without the addition of this strain, recovering 61.8% of the copper. This work discusses the fundamental aspects of the microbiology of bioleaching processes, focusing on the physiological characterization of heterotrophic strains isolated from extreme environments and analyzing their impact when present in microbial consortiums.

Los plásmidos en cepas de Acidithiobacillus sp. aislados de aguas ácidas de mina son recursos genéticos que aún no han sido reportado en nuestro país, que podrían usarse en la construcción de vectores y el mejoramiento de cepas bacterianas para su aplicación en biorremediación y biolixiviación. Por ello, el objetivo de esta tesis fue determinar la presencia de plásmidos de Acidithiobacillus aislados de aguas ácidas de zonas mineras, y analizar in sílico genes putativos identificados a partir del secuenciamiento y anotación de dos plásmidos de la cepa At. ferrivorans PQ33. Para la extracción de plásmidos se utilizó el protocolo de PureLink™ Quick Plasmid Miniprep Kit (Invitrogen ™). Los plásmidos de At. ferrivorans PQ33 fueron secuenciados por síntesis química en sistema HiSeq 200 de Illumina. El software Velveth, versión 1.1, fue empleado para el ensamblamiento de novo de las secuencias. Los plásmidos circularizados fueron anotados usando las herramientas Prokka y ORFfinder, las búsquedas de similaridad se realizaron empleando BlastX contra la base de datos del GenBank. Blastn y el software Artemis fueron usados para identificar los orígenes de replicación. De 24 cepas de Acidithiobacillus (10 de Puno, 6 de Huancavelica y 8 de Cerro de Pasco), 17 (70.83%) presentaron plásmidos. El análisis in silico reveló la presencia de genes implicados en la conjugación (TraD, MobA, proteínas de exclusión de entrada y XerD), sistemas toxina-anti toxina (HicA y HicB), proteínas de replicación (RepA y proteínas de union a DNA), reguladores de transcripción y post traducción (CopG y la chaperona DnaJ), así como la destacable presencia de una proteína de virulencia (VapD), además de dos proteínas (Porina fosfato selectiva O y diguanilato ciclasa), implicadas en la resistencia a la falta de nutrientes y producción de biofilm, respectivamente. Es la primera vez que se reporta plásmidos caracterizados de un cepa psicrotolerante de Acidithiobacillus ferrivorans, con capacidad de transferencia horizontal y sistemas de regulación implicados tanto en el mantenimiento del plásmido como en la adherencia a sustratos, característica importante de esta especie para su aplicación en biominería. / Tesis

El objetivo de este trabajo de tesis fue caracterizar el crecimiento y la cinética de oxidación de ion ferroso del microorganismo Sulfobacillus acidophilus. En particular se estudió la influencia del potencial redox sobre la velocidad específica de oxidación de ion ferroso de la bacteria. Se comprobó el crecimiento de Sulfobacillus acidophilus en azufre elemental y en ion ferroso como sustratos, calculándose para este último un rendimiento igual a 3,6·104 (bact/µg Fe2+ oxidado), pero no se pudo verificar el crecimiento del microorganismo con tetrationato como sustrato. Para estudiar la cinética de oxidación de ion ferroso se utilizó como montaje experimental una celda electroquímica que permite regenerar el ion ferroso de la solución y determinar la velocidad de oxidación bacteriana a partir de la medida de corriente que se establece en la celda electroquímica. Los resultados experimentales obtenidos se ajustaron a un modelo cinético que incorpora explícitamente el efecto del Eh de la solución y considera además los efectos de afinidad al sustrato (ion ferroso) y de inhibición por producto (ion férrico). Los resultados muestran que para valores de potencial redox menores a 0,65 (V vs SHE) la velocidad de oxidación bacteriana depende solo de la concentración de ion ferroso, para valores mayores a 0,65 (V vs SHE) la actividad oxidativa bacteriana es claramente inhibida al aumentar la concentración de ion férrico. Para valores mayores a 0,8 (V vs SHE) la cinética de oxidación disminuye abruptamente con el aumento del Eh hasta hacerse nula al alcanzar el valor máximo de Eh para el cual hay actividad bacteriana igual a 0,826 (V vs SHE). Por último se compararon los resultados obtenidos con la cinética de oxidación de ion ferroso de Acidithiobacillus ferrooxidans. Se obtuvo que para cualquier valor de las variables del sistema siempre la velocidad especifica de oxidación alcanzada por Sulfobacillus acidophilus es menor, aproximadamente en un orden de magnitud, que la de Acidithiobacillus ferrooxidans. Independiente de lo anterior, el efecto inhibitorio del Eh sobre la actividad bacteriana es muy similar para ambos microorganismos.