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 Química / Ingeniera Civil en Biotecnología / VALE es la segunda compañía minera más grande en el mundo, lidera la producción de mineral de Hierro y pellets. La sede principal de la compañía se encuentra en Brasil y han requerido la asesoría del laboratorio de Biohidrometalurgia del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de la Universidad de Chile, pues desean investigar la factibilidad técnica y económica de la recuperación de fósforo desde minerales fosfatados utilizando procesos relacionados con la biohidrometalurgia. Si bien el proyecto completo abarca muchas áreas, el objetivo principal de este trabajo fue estudiar experimentalmente el mecanismo de oxidación de azufre elemental con Sulfolobus metallicus a 67 ºC para la producción de ácido sulfúrico. Se realizaron tres experimentos. El experimento principal con el fin de estudiar la capacidad oxidativa de azufre elemental, por lo que se monitorearon variables como pH, acidez, concentración de sulfato y crecimiento celular durante 264 horas. El segundo experimento tenía por objetivo determinar la capacidad de adherencia inicial de las arqueas a las perlas de azufre elemental estériles, por lo que monitoreó la concentración celular por 2 horas. Luego, en el último experimento, se evaluó la influencia del pH inicial del medio sobre la capacidad oxidativa de las arqueas a través de la variación del pH. Los resultados indicaron que las células poseen una gran capacidad oxidativa, en comparación con la reacción química. También se observó que tanto la producción de ácido sulfúrico como la conversión presentaron una tendencia lineal entre las 48 y las 216 horas de cultivo con un máximo de 9,1 [g/L] de ácido y un 29% de conversión del azufre elemental alcanzado a las 216 horas. Mediante análisis de turbidimetría del ión sulfato se observó un comportamiento exponencial inicial para alcanzar un valor relativamente constante de 3600 [g/L]. Los datos obtenidos para el crecimiento presentaron una tendencia exponencial, para posteriormente decaer e incluso desaparecer en el caso de las células planctónicas, al alcanzar un pH inferior a 1. La reacción estuvo controlada por la reacción química con un τ de 1818 horas. El experimento de adherencia inicial demostró que no es tan alta (3,5x106 [células adheridas/cm2] equivalente al 53,2% a las 2 horas de cultivo), en comparación a la alcanzada con otros microorganismos, pero con el tiempo este valor aumenta considerablemente por la reproducción de las células. Finalmente en el tercer experimento se observó que la velocidad inicial de oxidación de las células aumentaba al disminuir el pH del medio inicial de cultivo, alcanzando 1,7x10-5 [h-1] con el medio de pH inicial 1. La biooxidación de azufre elemental ocurre mediante un mecanismo cooperativo, donde la concentración de células adheridas fue casi cinco veces mayor al de las células planctónicas. El proceso de biooxidación de azufre requirió de la presencia células para que ocurriera, pero su actividad catalítica se vio limitada por la presencia de intermediarios, provenientes de la oxidación parcial del azufre elemental realizada por las células, y por la alta acidez del medio, proveniente de la misma reacción. A pesar de esto, por la conversión alcanzada y la alta eficiencia del ácido sulfúrico como agente lixiviante de minerales fosfatados, este proceso debe ser estudiado, y con mayor información evaluar la factibilidad de su implementación en las operaciones de VALE.