Cinetica Quimica

Modelo Matemático de Biolixiviación de Calcopirita.
David Misael Mercado Peña
Tutora: Dra. Rosa Elva Rivera Santillán.
Departamento de Ingeniería Metalúrgica.
I Introducción:
La bio-lixiviación se define como la disolución de un mineral por acción bacteriana. La
principal fuente de cobre son los sulfuros, principalmente la calcopirita, convencionalmente
tratada por procesospirometalúrgicos altamente contaminantes, la bio-lixiviación es una
alternativa económica y ambientalmente sustentable para el creciente problema de minerales
complejos y de baja ley. Con el fin de ampliar y optimizar las aplicaciones de este proceso
alternativo, es necesario definir perfectamente los mecanismos que controlan el proceso, así
como hacer modelos que predigan el comportamiento de las muchasvariables del sistema. En
este proyecto se pretende ampliar estas aplicaciones al tratamiento de concentrados de flotación,
particularmente este trabajo desarrolla un modelo para bio-lixiviación de calcopirita.
II Desarrollo:
Experimental:
Biolixiviación en incubador orbital.
Para obtener los micro-organismos y parámetros del sistema, se realizaron cultivos de
bacterias ferrooxidantes ytiooxidantes en medio 9K rico en Fe2+ (cultivos 1,2,3), So (cultivos
4,5) y ambos (cultivo 6) a partir de tres cepas mixtas. Los cultivos se hicieron en incubador
orbital en matraz erlenmeyer de 250 mL, inoculando al 5% en volumen el medio salino 9K. Se
ajustó el pH a un valor de 2.0, se mantuvo a 35ºC y a 120 rpm, se monitorearon periódicamente
pH, potencial redox, #Bacterias/mL y Fe2+ en solución.Biolixiviación en reactor agitado.
Posteriormente se realizó la biolixiviación de calcopirita en reactor agitado, con la cepa
que mostró mejores resultados (cultivo 6). El sistema fue preparado inoculando al 5% en
volumen una pulpa mineral preparada al 5% en sólidos en medio 9K. Se controló la atmósfera
con aire enriquecido al 1% con CO2, se

monitorearon los mismos parámetros además de#bacterias adheridas/mL, oxígeno disuelto, Fe3+ y Fe total. Se utilizó un reactor de acrílico de

aproximadamente 3.0 litros de volumen, agitado mecánicamente. La temperatura fue mantenida a
35°C mediante una resistencia eléctrica inmersa en el reactor.
Teórico: Sistema.
El sistema que se modeló fue el proceso de bio-lixiviación de calcopirita (CuFeS2) con
bacterias mesófilas, losmecanismos que se tomaron en cuenta fueron:
1.- Oxidación química del mineral debido al ataque del ion férrico, éste es el método tradicional.
2.- Oxidación Biológica del Fe2+ a Fe3+ con oxígeno. Es la etapa en donde la bacteria funciona
como catalizador del proceso de lixiviación, regenerando el medio lixiviante metabolizando el
Fe2+ produciendo Fe3+.
3.- Oxidación biológica de los residuos dereacción alrededor de la superficie del mineral.
4.- Difusión de los iones Fe3+ desde la bacteria hasta la partícula. Una vez que se llevó a cabo la
oxidación biológica de Fe2+.
5.-Difusión de O2 y CO2 de la atmósfera al medio nutriente.
Ecuaciones básicas.
• La ecuación para la rapidez de crecimiento de la población de las bacterias está dada por:
dX a
= µa X a + K AX s − K Xa
ads
des
dt

dXs
= µs X s − K
AX + K Xa
ads s
des
dt

donde “a” y “s” indican el estado de la bacteria a la que se refiere el parámetro, adherida o en
solución. El segundo y tercer término están relacionados con el fenómeno de adsorción de
bacterias originalmente en solución y viceversa respectivamente, el primer término es el
crecimiento de la población de bacterias definido por la ecuación de Monod,expresado como una
cinética de primer orden, donde µ es un parámetro dado por las siguientes ecuaciones.
µa = µ max×

Fe2+

+ Fe2+ 
K

 Fe2+


× Ka A

µ s = µ max×

Fe2+

+ Fe 2+ 

K

 Fe 2+

×

O
K +O 



O

×

CO

2



K
+ CO 
 CO
2
2



µX
µaX a
= s s+
Ys
Ya

•

El Fe2+ que se consume por las bacterias está...