Formas de azufre y análisis próximos

Los porcentajes de pirita oxidada obtenidos en los reactores de tanque agitado se muestran en la Figura 4-71. A nivel general, al trabajar con una menor relación inicial de hierro Fe3+_/Fe2+ _(20:80), se obtuvieron los más altos porcentajes de oxidación 80% (SFI), en comparación con los ensayos a los cuales se les adicionó una mayor relación de hierro Fe3+_/Fe2+ _{(50:50), los cuales solo alcanzaron} un 65% (SFII) de oxidación del sulfuro metálico.

Figura 4-71: Porcentaje de pirita oxidada en función del tiempo, para los ensayos con sulfato férrico

SFI y SFII. SF: sulfato férrico; I: relación Fe3+_/Fe2+ _{(20:80), II: relación Fe3+/Fe2+ (50:50), y una} concentración de hierro total de 200 mg/L. B: Control abiótico.

La Tabla 4-7 muestra los resultados obtenidos de las formas de azufre y los análisis próximos del carbón tratado con el proceso de bioquímico de desulfurización, empleando reactores de tanque agitado, en general, es posible observar que el mayor porcentaje de hierro lixiviado (71.4%) y pirita oxidada (80%), fue obtenido por el ensayo al cual se le adicionó una relación inicial de hierro Fe3+_/Fe2+ _{menor (SFI). Vale la pena mencionar, que el ensayo SFII presentó mayor precipitación de} sulfatos, los cuales se suman al porcentaje de azufre total y disminuyeron el efecto del proceso de biodesulfurización.

Según los resultados obtenidos de los análisis próximos, es posible determinar que las muestras presentaron un aumento en los valores de carbono fijo, humedad residual, materia volátil, así como, una reducción en el porcentaje de cenizas.

Finalmente, se observa un incremento en la capacidad calorífica de los carbones tratados, especialmente para el ensayo con una relación inicial Fe3+_/Fe2+ _{mayor (SFII) (5751 Cal/g).}

Tabla 4-7: Formas de azufre y análisis próximos al finalizar el proceso de biodesulfurización en

Análisis Unidades Inicial SFI SFII Azufre pirítico (%) 1.06 0.27 0.43 Azufre orgánico (%) 1.10 0.90 0.90 Azufre sulfatos (%) 0.14 0.58 0.67 Azufre total (%) 2.30 1.75 2.00 Humedad residual (%) 14.20 14.62 14.42 Cenizas (%) 5.50 4.86 5.01 Materia Volátil (%) 40.20 41.01 41.10 Carbono fijo (%) 40.10 42.40 41.80 Capacidad calorífica (Cal/g) 5730 5780 5761

4.5.5 Difracción de rayos X (DRX)

Los espectros de DRX para los ensayos tratados con sulfato férrico (SFI y SFII), comparados con la muestra de carbón sin tratar, se muestran en la Figura 4-72, es posible observar que los picos asociados a la pirita desaparecen completamente en ambos experimentos. Adicionalmente, se detecta la presencia de jarosita en cantidades significativas, especialmente, para el ensayo con mayor relación inicial Fe3+_/Fe2+ _{(50:50). Cabe resaltar que la formación de jarosita en estos} experimentos fue muy similar a la obtenida a nivel de erlenmeyers a mayor concentración de hierro total (1200 ppm) (véase capítulo 3.4, sección 3.4.5).

En el ensayo SFI, se detectó la presencia de un pico de yeso. No se detectaron cambios notables en los picos de los minerales encontrados en la muestra de carbón inicial, a excepción de la desaparición de los picos asociados a dolomita y nacrita.

Figura 4-72: Difractograma de la muestra de carbón inicial y los ensayos SFI y SFII al finalizar el

proceso de biodesulfurización en reactores de 5 litros. SF: sulfato férrico, I: 20:80; II: 50:50. Cd: cordierita, Gy: yeso, Na: nacrita, Qz: cuarzo, Ms: moscovita, Py: pirita, Il: Ilita, Do: dolomita, Ja: jarosita.

4.5.6 Espectroscopia de infrarrojo con trasformada de Fourier (FTIR)

En la Figura 4-73, se pueden observar los espectros de FTIR para las muestras biooxidadas en reactores de tanque agitado, en comparación con la muestra de carbón inicial. La interpretación de las diferentes bandas contenidas en los espectros, se realizó con base en la Tabla 4-6.

A nivel general, las bandas asociadas a la fracción orgánica del carbón no presentaron cambios durante los procesos. Las principales diferencias obtenidas entre las muestras de carbón tratado y la original correspondieron a las bandas de minerales como sulfatos (jarositas), las cuales aparecieron en las muestras biooxidadas y con mayor intensidad en aquella donde se usó una mayor concentración inicial de sulfato férrico (SFII). Por último, la banda asociada a los grupos OH, también se intensificó en las muestras biodesulfurizadas. Adicionalmente, se observó un incremento en la intensidad de las bandas de yeso en las muestras tratadas, especialmente en SFII.

Figura 4-73: Espectros de la muestra de carbón inicial y los ensayos SFI y SFII al finalizar el proceso

de biodesulfurización en reactores de 5 litros. SF: sulfato férrico, I: 20:80; II: 50:50. SO42-: sulfatos, NH4+: amonio, Ja: jarosita, Gy: yeso, Py: pirita.

4.5.7 Microscopia electrónica de barrido (SEM)

Las imágenes de microscopia electrónica de barrido para los ensayos SFI y SFII se muestran en las Figuras 4-74 y 4-75 respectivamente. Se pudo evidenciar el efecto del proceso de biodesulfurización sobre los granos de pirita, una vez finalizado el proceso de biodesulfurización.

En el ensayo SFI se apreciaron pits de corrosión en las áreas previamente ocupadas por cristales que conformaban el framboide, adicionalmente, se detectó la presencia de sulfatos precipitados de hierro, los cuales se encuentran formando un tipo de capa sobre la superficie del carbón.

Figura 4-74: Framboide completamente corroído con presencia de precipitados de hierro (jarosita)

sobre la superficie del carbón, para el ensayo SFI (2000X). SF: sulfato férrico, I: 20:80.

El carbón obtenido del ensayo SFII muestra evidencias de oxidación de pirita, se puede observar una corrosión redondeada que se extendió sobre la superficie de los granos de carbón, y que constrastó con la superfie lisa en otros puntos. Adicionalmente, se observó la formación de precipitados sobre el carbón.

Figura 4-75: Grano de carbón ensayo SFII, con evidencias de corrosión y presencia de precipitados

de hierro (jarosita) sobre la superficie del mismo (2500X). SF: sulfato férrico, II: 50:50

Las Figuras 4-76 y 4-77 muestran la composición de los precipitados detectados en la superficie de ambas muestras biooxidadas. Estos precipitados estan conformados principalmente por oxigeno, hierro y azufre.

Elemento % Peso %Atómico

O K 22.75 46.06 S K 18.01 18.19 K K 5.64 4.66 Fe K 53.56 31.05 Total 100.00

Figura 4-76: Análisis microquímico de los precipitados evidenciados en el ensayo SFI. SF: sulfato

férrico, I: 20:80.

Elemento % Peso %Atómico O K 18.58 37.14 S K 38.14 37.96 K K 0.62 0.50 Fe K 42.64 24.38 Total 100.00

Figura 4-77: Análisis microquímico de los precipitados evidenciados en el ensayo SFII. SF: sulfato