Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo de título consistió en el estudio de la reacción de lixiviación de la calcopirita bajo condiciones no-oxidativas a una temperatura de 70 °C y atmosfera inerte (N2), con el objetivo de caracterizar la cinética del proceso de pasivación del mineral. Para ello se realizaron experimentos de lixiviación ácida no-oxidativa de calcopirita usando soluciones con concentraciones de ácido sulfúrico iguales a 50 g l-1 y 100 g l-1, en donde se sumergió un electrodo de calcopirita por un total de 5 horas y se obtuvieron datos mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (gráficos de Nyquist y Bode), los cuales fueron analizados mediante ajustes de modelos de circuitos equivalente. En base a los resultados obtenidos y el modelo generado se concluye que la reacción de lixiviación no-oxidativa ocurren 3 reacciones: (5.2) (5.3) (5.4) Estas tienen completa relación con el modelo planteado dado que se logró desarrollar un circuito equivalente capaz de reproducir los datos experimentales y que a su vez los elementos tuvieran un sentido fenomenológico, es decir se produce covelina y calcosina, que generan un cambio en la superficie del electrodo y debido a sus propiedades de resistencia y semiconductor, respectivamente, explica lo estipulado mediante el modelo. Además, se corrobora la formación de ácido sulfhídrico y azufre elemental postulado por estudios anteriores. Se pudo establecer que a mayor concentración de ácido la reacción de lixiviación ocurre de manera más rápida por lo que a tiempos elevados el modelo propuesto ya no se ajusta dado que comienzan a ocurrir fenómenos que no se alcanzan a dilucidar en el alcance de este trabajo de título.

Ingeniero Civil Químico / El presente trabajo consiste en la elaboración de diseño y planificación de la operación de lixiviación para una planta de in situ mining (ISM) basada en la explotación por caserones. La lixiviación in situ mediante caserones consiste en la preparación de una unidad subterránea mediante tronadura para aumentar la permeabilidad y así poder inyectar un flujo de solución lixiviante para extraer el mineral objetivo del yacimiento. Estas soluciones son captadas en las galerías en la base del caserón y el cobre es recuperado en la planta de SX-EW. Se define una metodología para caracterizar las cinéticas de lixiviación de cobre y de consumo de ácido del mineral. La cinética de lixiviación de cobre permite extrapolar los resultados a cualquier diámetro de partícula deseado y la cinética de consumo de ácido del mineral permite extrapolar el consumo para cualquier concentración de ácido mayor a 5 [g/L]. Se desarrolla un modelo matemático que permite simular la velocidad de lixiviación de cobre y del consumo de ácido a través del tiempo para la explotación de caserones. La mejor recuperación global de cobre corresponde a un 62% y se obtiene simulando un diámetro de partícula de 8 pulgadas con una concentración de ácido de 10 [g/L]. Se plantea una planificación de operación para lixiviación in situ de caserones en función de su tiempo de producción y los resultados obtenidos por el modelo. La operación óptima se obtiene al lixiviar caserones con un desfase de tiempo de 3.187,5 horas debido a su estabilidad en las concentraciones de salida de cobre y de ácido, además de poseer un menor tiempo total de operación.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Metalurgia Extractiva / El presente trabajo de investigación tiene por objetivo estudiar la disolución de pirita en medio cloruro con ion cúprico mediante técnicas cinéticas y electroquímicas, para establecer el mecanismo de la disolución de pirita en medio cloruro, utilizando ion cúprico como agente oxidante. Para ello se evaluó el efecto de factores como la temperatura y la concentración de ion cúprico en el proceso y se determinó los parámetros cinéticos según el modelo del núcleo sin reaccionar, los parámetros cinéticos electroquímicos y la estequiometría que siguió la reacción. Adicionalmente se estableció la cinética de oxidación del ion cuproso. Los ensayos de lixiviación de pirita en medio cloruro con ion cúprico fueron realizados en un reactor con volumen efectivo de 1 L durante 250 horas. Cuando se evaluó el efecto del ion cúprico, las concentraciones utilizadas fueron: 0,05M Cu2+; 0,25 M Cu2+ y 0,50 M Cu2+ a 65°C y cuando se evaluó el efecto de la temperatura, las temperaturas utilizadas fueron: 50°C, 65°C y 80°C a 0,05 M Cu2+. En este mismo sistema se realizaron los experimentos de oxidación de ion cuproso bajo las mismas condiciones de concentración y temperatura, durante 40 horas. Los ensayos cronoamperométricos se realizaron en una celda de dos compartimientos (anódico y catódico), donde se utilizó partículas de pirita como electrodo de trabajo, un electrodo de referencia Ag/AgCl (3 M KCl) y un contra electrodo de oro. La disolución electroquímica se realizó durante 24 horas a un potencial de 0,54 y 0,60 V vs Ag/AgCl y a 65°C. Los ensayos de polarización de la pirita se realizaron en una celda de vidrio de tres electrodos. El electrodo de trabajo utilizado fue un electrodo masivo de pirita, el electrodo de referencia fue Ag/AgCl (3 M KCl), el contra electrodo fue de platino. El barrido de potencial fue desde el potencial de reposo a 1,20 V vs Ag/AgCl. Los resultados de los ensayos de lixiviación de pirita en medio cloruro con ion cúprico permitieron establecer que el aumento de la concentración del ion cúprico y de la temperatura, tuvieron un efecto positivo sobre la disolución de este mineral. Además se pudo establecer que este proceso se rige por un mecanismo electroquímico, debido a que se encuentra fuertemente influenciado por el potencial que se establece en el sistema. Los resultados de los ensayos de oxidación de ion cuproso en medio cloruro indicaron que la temperatura fomenta la regeneración del agente oxidante (oxidación del ion cuproso), mientras que el aumento de la concentración de este ion la dificulta. Los experimentos cronoamperométricos permitieron determinar los electrones involucrados en la reacción de disolución de la pirita en medio cloruro y en base a la estequiometría propuesta (Reacción 5.1) se estableció los coeficientes estequiométricos a cada potencial evaluado. Los resultados de los experimentos de polarización anódica de la pirita revelaron que para un potencial dado la velocidad de disolución de la pirita aumentó a medida que se incrementó la concentración de ion cúprico y la temperatura en la solución pasivante y en el barrido de potencial. Por otro lado, la reducción del ion cúprico en la superficie de la pirita para un potencial dado la velocidad de reducción disminuyó a medida que se incrementó la concentración de ion cúprico del electrolito, mientras que esta velocidad aumentó a medida que se incrementó la temperatura.

Ingeniera Civil Químico. Ingeniera Civil en Biotecnología / Los procesos de lixiviación en la industria actual cuentan con pruebas que permiten mantener un control lento de los procesos productivos, pues se requiere de períodos muy extensos de pruebas piloto para entregar datos que puedan usarse en la toma de decisiones operacionales a diario, y la evaluación de tecnologías propias de cada empresa. A través de este trabajo se estudia la lixiviación de minerales mixtos de óxido-sulfuro de cobre a escala de laboratorio considerando tres aspectos relevantes: la implementación y posterior evaluación de un protocolo ya existente, el estudio de la cinética de lixiviación y como ésta varía dependiendo de la granulometría del mineral y los agentes lixiviantes; y la determinación de los valores de los parámetros cinéticos de lixiviación relevantes para ser usados a mayor escala. Se realizaron pruebas de lixiviación a escala de laboratorio en lecho inundado. Los experimentos revelan que la velocidad de extracción no siempre será mayor para las muestras que poseen una distribución de tamaño del mineral más fina, debido a problemas de agitación del medio o en el lecho. Para el caso de estudio, no es posible establecer una relación clara de cómo afecta el medio lixiviante, sin embargo es posible afirmar que la presencia del ion cloruro (Cl-) favorecerá la disolución de cobre para el mineral tratado. A las curvas de datos experimentales obtenidos de la extracción de cobre en el tiempo, se aplicó el ajuste de un modelo a los datos experimentales: el modelo de núcleo sin reaccionar. Este modelo separa el proceso en distintas etapas, donde las etapas controlantes más comunes son la reacción química y la difusión en la capa de ceniza. Los resultados muestran que el modelo que posee un mejor ajuste es el de control por difusión, para todos los casos trabajados.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Matemáticas Aplicadas / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Matemático / En este trabajo se presenta y estudia un modelo para el campo de temperaturas en la cara superior de una pila de lixiviación en presencia de evaporación e irrigada de forma puntual.El modelo consiste en un sistema de ecuaciones en derivadas parciales deducido del balance de los flujos de calor y masa en la cara superior de la pila. En estas ecuaciones las incógnitas son el flujo de masa en la superficie de la cara superior de la pila y la temperatura de la pila.Se muestran distintos resultados acerca de la existencia de soluciones para estas ecuaciones evaluando tres casos: Modelo radial: La cara superior es un circulo. Modelo geometría general sin evaporación: La cara superior es una superficie plana con borde suave y evaporación nula. Modelo geometría general con evaporación: La cara superior es una superficie plana con borde suave, tomando en cuenta evaporación no nula. En cada uno de los modelos se estudian las condiciones bajo las cuales los sistemas de ecuaciones en derivadas parciales tienen solución y además que propiedades cumplen estas soluciones. En el modelo radial se demuestra la existencia y unicidad del campo bajo ciertas condi-ciones. También obtiene la existencia y unicidad de soluciones en el modelo con geometría general sin evaporación asumiendo que el riego no es puntual, en caso contrario solo se puede asegurar la existencia. En el modelo con geometría general y evaporación no nula, solo se logra demostrar la existencia de soluciones en un sentido débil. En todos los modelos se obtienen cotas que permiten entender el comportamiento del campo de temperaturas en función de las variables del problema. / CMM - Conicyt PIA AFB170001

Ingeniera Civil Química / El creciente desarrollo de las poblaciones y la sociedad humana, están estrechamente relacionados con el consumo humano, lo que se ve reflejado en la continua generación de residuos. En Chile, la gestión de residuos sólidos se limita, principalmente, a la recolección y disposición final de éstos en rellenos sanitarios, lo que puede generar una serie de impactos ambientales. Un relleno sanitario corresponde básicamente a un reactor bioquímico, cuyas principales entradas son residuos y agua, mientras que sus salidas corresponden a lixiviados y biogás. Los lixiviados son producto de la transferencia de agua a través de los residuos y de la lixiviación de componentes desde el sólido al líquido. Son considerados un residuo líquido con gran impacto ambiental, por su significativa concentración de contaminantes. Este trabajo tiene como objetivo proponer y evaluar un sistema de aprovechamiento de lixiviados de un relleno sanitario. El caso de estudio a analizar corresponde al Relleno Sanitario Loma Los Colorados, operado por la empresa KDM Tratamiento en la comuna de Til Til, Región Metropolitana. Este relleno cuenta actualmente con una planta de tratamiento de lixiviados con un sistema biológico, pero el líquido sale contaminado según el D.S. N° 90/00. La alternativa propuesta consiste en un sistema de humedales artificiales que depuran el líquido a través de las plantas y el medio granular, al igual que los humedales naturales. El sistema consiste en dos humedales de flujo subsuperficial, es decir, que el líquido fluye por medio del soporte, sin contacto con la atmósfera. En el primero, los lixiviados ingresan de manera vertical y en el segundo de manera horizontal. Se dimensionaron dos alternativas para el sistema: un caso sustituto, capaz de tratar todos los lixiviados generados por día, con un caso base igual a 620 [m3/día] y otro complementario, capaz de tratar el efluente generado por la planta de tratamiento actual, con un caso base igual a 290 [m3/día]. Sin embargo, dado que la planta no puede detener su funcionamiento y el efluente actual se encuentra fuera de norma, se diseñó el sistema sustituto para tratar la totalidad de los lixiviados generados por el relleno sanitario, pero estará ubicado a la salida del tratamiento biológico actual, con un by-pass desde la salida del relleno sanitario. El sistema final de tratamiento consistirá en dos humedales artificiales en serie, uno vertical de área aproximada 4.500 [m2] y uno horizontal de 20.200 [m2]. Los costos de inversión de este proyecto se estiman en 654.000.000 [CLP], de los que un 50% corresponde al medio granular, mientras que los costos de operación corresponden a 12.000.000 [CLP/año]. El proyecto es inviable económicamente, dado que no se consideran los beneficios sociales ni ambientales, que tienen relación principalmente con la recirculación de lixiviados. Además, es un proceso completamente natural que se adapta al entorno en el que se sitúa. Es importante destacar que la empresa tiene un rol activo dentro de la sociedad en la que está inmersa, por lo que, debe trabajar bajo una visión que aporte a la comunidad, integrando a todos los grupos sociales en la toma de decisiones.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniera Agrónomo / El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la aplicación de un fertilizante de entrega lenta (FEL) de nitrógeno versus un fertilizante nitrogenado tradicional (urea) en la dinámica del nitrógeno (N) en un suelo de textura gruesa y cultivado con maíz grano en lisímetros. Se evaluaron las pérdidas por lixiviación de N, producción de materia seca (MS) del cultivo y también se correlacionó la salida de N del sistema por la cosecha del maíz grano utilizando técnicas tradicionales y mediciones de índice de contenido de clorofila (ICC) y Valor Munsell (VM).

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo Mención Manejo de suelos y aguas / En Chile, se estima que existen cerca de 870 depósitos de relaves, de los cuales 746 están abandonados; la mayoría de ellos se encuentra entre la II y la VI Región del país. Debido al clima Mediterráneo semiárido de la zona centro-norte del país, las partículas finas de los relaves deshidratados quedan expuestas a agentes físicos, como el viento y la lluvia, los que pueden dispersarlas al entorno, contaminando cursos de agua y suelos aledaños. El cultivo de Tuna criolla (Opuntia ficus-indica (L.) Mill.) se presenta como una opción para fitoestabilizar depósitos de relaves post-operativos en zonas áridas y semiáridas, con el fin de utilizar la futura producción de biomasa en generación de energía limpia, entre otros usos productivos. En el presente estudio se evaluó el establecimiento de Tuna criolla sobre relaves mineros acondicionados con guano de cabra y ripios de lixiviación en distintas dosis. Los ensayos se mantuvieron durante 20 semanas bajo condiciones de laboratorio. Se determinaron características físicas y químicas de los sustratos y características químicas del agua de poro. Se evaluó el desarrollo de biomasa aérea y radical y la absorción de metales (Cu, Zn y Fe) en la parte aérea y radical de la especie en estudio.

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / Acidithiobacillus ferrooxidans es una bacteria quimiolitoautótrofa, acidófila, involucrada en un consorcio bacteriano capaz de biolixiviar metales como el cobre. Este microorganismo posee la capacidad de vivir en ambientes con altas concentraciones de metales. Por ello que esta bacteria es importante en procesos industriales de biolixiviación y por ende, su estudio resulta de utilidad en relación con esta biotecnología. Uno de los componentes más abundantes e importantes de la membrana externa de las bacterias Gram-negativas como A. ferrooxidans es el lipopolisacárido (LPS). Esta molécula consta de una parte integral hidrofóbica conocida como lípido A, y una parte hidrofílica dividida en dos, el “core” y el antígeno O. La síntesis de las distintas partes del LPS es catalizada por varias proteínas. Dentro de éstas, se encuentra la proteína RfaE, involucrada en la síntesis del “core” del LPS, la enzima Wzy, que polimeriza al antígeno O y la proteína Wzz, que determina el largo de cadena del antígeno O. Al ser la molécula más expuesta de la bacteria, el LPS está en contacto directo con el medio donde vive el microorganismo. Por lo tanto, interactúa directamente con eventuales metales presentes en el ambiente como el cobre, el oro, etc. Diversos estudios han revelado que modificaciones del LPS pueden afectar la adherencia de las bacterias a distintas superficies e incluso afectar la viabilidad de la célula. En base a estos antecedentes, para analizar si el LPS modifica su estructura y/o cantidad, se midieron mediante qRT-PCR los cambios transcripcionales de los genes wzy, wzz y rfaE de las cepas ATCC 23270 y ATCC 53993 de A. ferrooxidans, que codifican para las proteínas nombradas previamente, cuando la bacteria creció a distintas concentraciones de cobre. También se cuantificó y analizó la estructura del LPS de A. ferrooxidans. 2 Los resultados mostraron que la presencia de cobre provoca cambios transcripcionales significativos para los tres genes analizados en la cepa ATCC 23270 y sólo para el gen wzz en la cepa ATCC 53993. Tanto la estructura del LPS analizado, como el número de unidades repetidas del antígeno O, no presentaron cambios significativos en ambas cepas. La cantidad de LPS presente en la cepa ATCC 23270 es menor que en la cepa ATCC 53993, sin embargo, se observó un aumento parcial del LPS en la cepa ATCC 23270 cuando la bacteria crece a mayores concentraciones de cobre, mientras que la cepa ATCC 53993 no presentó cambios significativos en esta condición, sugiriendo que la cepa ATCC 23270 utilizaría el LPS como una forma de resistencia contra el cobre y que la cepa ATCC 53993 no aumentaría su cantidad de LPS, ya que de manera basal posee mayores cantidades de esta molécula. Estos resultados son una primera aproximación al posible rol que tendría el LPS en esta bacteria acidófila en la interacción con metales. / Acidithiobacillus ferrooxidans is a chemolithoautotrophic and acidophilic bacterium, involved in the microbial consortium capable of bioleaching metals such as copper. This microorganism has the ability to live at very high metal concentrations and therefore, plays a pivotal rol in bioleaching of minerals. One of the most abundant and important components of the outer membrane of Gram-negative bacteria such as A. ferrooxidans is the lipopolysaccharide (LPS). This molecule consists of an integral hydrophobic part known as lipid A, and a hydrophilic portion divided in to the “core” and the O-polysaccharide or O-antigen. The synthesis of the different parts of LPS is catalyzed by several proteins. Among these, RfaE protein is involved in the “core” synthesis of LPS. Wzy enzyme polymerizes the O antigen and Wzz protein is the O antigen chain lenght determinant. Being the most exposed molecule of the bacterium, LPS is in direct contact with the environment. Therefore, it can directly interact with the metals present in the environment. Some reports indicate that modifications of LPS can affect the attachment of bacteria to different surfaces and even their viability. Based on this background, to analyze whether the LPS structure and/or its quantity are modified in the presence of copper, transcriptional changes of wzy, wzz and rfaE genes from A. ferrooxidans ATCC 23270 and ATCC 53993, were measured in bacteria grown at different copper concentrations. The levels of LPS present in both strains of A. ferrooxidans were also quantified and their structure analyzed by electrophoresis in poliacrilamide gels. 4 The results showed significant transcriptional changes for the three genes analyzed in strain ATCC 23270 and only for the wzz gene in strain ATCC 53993. The LPS structure was analyzed by determining the number of repeated units of O antigen. No significant changes in the electrophoretic banding patterns were seen in both strains. The amounts of LPS present in strain ATCC 23270 was lower than that of strain ATCC 53993. However, the amounts of LPS were partially increased when strain ATCC 23270 was grown in high copper concentrations. On the contrary, strain ATCC 53993 did not show significant changes in the presence of the metal, suggesting that strain ATCC 23270 would use LPS as a way of copper resistance. Strain ATCC 53993 on the other hand, already has a higher basal amount of LPS. These preliminary results are a first approximation to study the posible role of LPS in its interaction with metals in this acidophilic bacteria.

Doctor en Ciencias mención en Microbiología / El cadmio es un metal pesado altamente tóxico para los sistemas biológicos. El estudio de microorganismos para la biorremediación de metales pesados, ha destacado a Cupriavidus metallidurans CH34, β-proteobacteria aislada desde instalaciones metalúrgicas, como modelo de resistencia a estos elementos. La biorremediación ex situ de metales pesados es comúnmente llevada a cabo en biorreactores de lecho fijo, donde los metales pesados en solución se concentran en la biomasa de comunidades de microorganismos adheridos a superficies llamadas “biopelículas”. El efecto de los metales pesados sobre la formación de biopelículas en C. metallidurans CH34 no ha sido descrito. Durante las últimas décadas, la vía de señalización mediada por un dinucleótido cíclico llamado “c-di-GMP” ha sido establecida como central en la regulación del estilo de vida bacteriano. La interacción de c-di-GMP con distintos receptores macromoleculares promueve del estilo de vida comunitario. Pese al rol fundamental de las biopelículas en los procesos de biorremediación, el efecto de los metales pesados sobre esta vía de señalización en bacterias ha sido poco estudiado. El objetivo de esta tesis es determinar el efecto del cadmio sobre la vía del c-di- GMP y la formación de biopelículas en C. metallidurans CH34. El cadmio inhibió la formación de biopelículas de C. metallidurans CH34. Esto se correlaciona con la descripción de una baja en los niveles de c-di-GMP tras la exposición a este metal pesado, concomitante con un aumento en la abundancia de un transcrito del gen urf2 de los operones de resistencia a mercurio Tn4378 (urf2.1) y Tn4380 (urf2.2), que codifica una potencial fosfodiesterasa. Ensayos de complementación con el gen urf2.2 de la cepa mutante nula P. aeruginosa PAO1 ΔrocR, carente de la fosfodiesterasa RocR, restituyeron la formación de biopelículas y concentración intracelular de c-di-GMP a niveles de la cepa silvestre. Estos resultados constituyen la primera evidencia de funcionalidad catalítica de la fosfodiesterasa codificada por el gen urf2, por lo que se denominó fosfodiesterasa Mrp (metal regulated phosphodiesterase). De forma coherente con la respuesta inhibitoria de formación de biopelículas mediada por la disminución de los niveles de c-di-GMP en C. metallidurans, niveles elevados de este segundo mensajero generados por una diguanilato ciclasa activa expresada en forma heteróloga, incrementaron la formación de biopelículas y la susceptibilidad a cadmio. / Cadmium is a highly toxic heavy metal for biologic systems. Ex situ heavy metal bioremediation is commonly carried out in fixed bed bioreactors in which heavy metals in solution are removed by adhered microbial communities in biofilms. Cupriavidus metallidurans CH34 is a model strain for heavy metal resistance and bioremediation. However, the effect of heavy metals on C. metallidurans CH34 biofilm formation has not been described. The signaling pathway mediated by the cyclic dinucleotide c-di-GMP is central in bacterial lifestyle regulation. c-di-GMP promotes biofilm lifestyle through the interaction with different receptors. Despite of the central role of biofilms on the bioremediation process, the effect of heavy metals over this signaling pathway has been poorly studied. Thus, the objective of this study was to assess the effect of cadmium on the c-di-GMP pathway and biofilm formation in C. metallidurans CH34. Cadmium exerted an inhibitory effect on C. metallidurans CH34 biofilm formation concomitant with a decrease of c-di-GMP levels. After cadmium exposure an increase in the transcription of the gene urf2 that codes for a phosphodiesterase and is located in the mercury resistance operons Tn4378 (urf2.1) and Tn4380 (urf2.2) was observed. Complementation assays with the urf2.2 gene in Pseudomonas aeruginosa PAO1 ΔrocR mutant null strain that is defective in RocR phosphodiesterase, restored biofilm formation and c-di-GMP intracellular concentration at wild type levels. This is the first evidence of catalytic functionality of the urf2 gene encoded phosphodiesterase, which was named Mrp por metal regulated phosphodiesterase. In agreement with the biofilm formation inhibition mediated by a c-di-GMP drop in C. metallidurans, high levels of this second messenger generated by an active diguanylate cyclase that was heterologously expressed, increased the biofilm formation and cadmium susceptibility of this bacterium.