Secuencia de formación de minerales secundarios en AMD

En la Figura 43 se presenta un esquema de la formación de minerales secundarios de Fe a partir de la oxidación de sulfuros (pirita), en el que se han tenido en cuenta el pH del agua y el contenido de SO4 principalmente (Montero, et al., 2005; Hammarstrom, et al., 2005), que en el caso de la goetita el contenido de SO42- varía entre 500-2500 mg/l, y para que se forme schwertmanita requiere un Eh>650 mV con altas concentraciones de sulfatos (>2000 mg/l).

Figura 43. Modelo que ilustra el proceso de formación de minerales secundarios en AMD (Montero, et al., 2005).

7.6. Microbiología de aguas ácidas.

Algunos investigadores describen el proceso de formación de aguas ácidas de mina mediante dos mecanismos diferentes de oxidación de los sulfuros. Dividiendo la acción bacteriana, según si ella afecta directamente la oxidación del sulfuro o lo hace en forma indirecta al producir otras reacciones colaterales de importancia. En ambos casos el S2= es el agente reductor, cambiando tan solo el agente oxidante:

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En el mecanismo directo de disolución biológica (c), el oxígeno es el agente oxidante y ocurre por acción directa de la bacteria (contacto directo entre bacteria y mineral), Las bacterias ferrooxidantes pueden oxidar sulfuros metálicos (MS) directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente:

2 FeS2 + 7/2 O2 + H2O → Fe(SO4)3 + H2SO4 Fe2+ + 0,5 O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ + H2O

El azufre (Sº) generado puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por las bacterias, según:

2 Sº + 3 O2 + 2 H2O ↔ 2 H2SO4

El ácido sulfúrico generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de bacterias quimiolitótrofas tales como Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus

thiooxidans, Metallogenium, etc.

Figura 44. Esquema representativo de los mecanismos de bioxidación de sulfuros. Mientras que en el mecanismo indirecto se produce en medio acuoso (a), el ion férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados. La oxidación con Fe3+ recibe el nombre de lixiviación indirecta porque se realiza en ausencia de oxígeno o de bacterias y es responsable de la disolución u oxidación de minerales sulfurados.

Tratamiento de Aguas Acidas de Mina Osvaldo Aduvire S0 + 6 Fe3+ + 4 H2O → 6 Fe2+ + SO42- + 8 H+

El mecanismo de oxidación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico o del Fe3+_{, la bacteria actúa regenerando el ion férrico consumido en la oxidación} del sulfuro mineral, esto se produce en las cercanías del área de contacto entre la bacteria y el mineral (b):

Fe2+ + 0,5 O2 + 2 H+ → 2 Fe3+ + H2O

Figura 45. Mecanismos de la acción bacteriana en la generación de acidez.

La oxidación del Fe2+ a Fe3+ en condiciones normales es bastante lenta, sin embargo, la acción catalizadora de las bacterias puede llegar a potenciar la velocidad de reacción hasta en 105 veces (Fig. 50), en la práctica, la oxidación de Fe2+ suele incrementar el potencial redox en más de 200 mV. Estos microorganismos utilizan como fuente primaria de energía especies reducidas de azufre y ciertos metales en disolución. Entre las bacterias acidófilas quimiolitótrofas que juegan un papel importante en los procesos de generación ácida, tenemos: Thiobacillus ferrooxidans, Thiobacillus thiooxidans y

Leptospirillum ferrooxidans, por lo general estos microorganismos son mesófilos y su

hábitat esta entre 2,5 y 3,5 de pH.

Entre la diversidad de microorganismos que viven en medios ácidos, destacan los del grupo procariotas (bacterias y arqueas acidófilas), que en su gran mayoría son mesófilos (20 a 40 ºC) como el Thiobacillus (denominado también como Acidothiobacillus)

ferrooxidans y el Leptospirillium ferrooxidans entre los más conocidos, en menor número

algunos termotolerantes (40 a 60 ºC) como el Acidobacillus caldus. También pueden encontrarse eucariotas obligadamente acidófilos como protistos (algas y protozoos) y hongos.

Entre los procariotas más comunes de los AMD están las bacterias quimiolitótrofas (aerobias, anaerobias estrictas y anaerobias facultativas) y las algas cianofíceas fotolitótrofas. Aunque en ocasiones también se han encontrado arqueobacterias extremófilas.

Estos microorganismos son capaces de catalizar la oxidación de la pirita y otros sulfuros metálicos y atendiendo a su fuente energética se pueden agrupar en: Fe oxidantes, S oxidantes, Fe y S oxidantes, Fe reductores, Fe oxidantes /reductores (Tabla 15).

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Figura 46. Velocidades de oxidación química y biológica de sulfuros

Tabla 15. Bacterias más comunes en AMD.

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Figura 47. Acidithiobacillus ferrooxidans (forma alargada, mide 0,5 a 1 micra, su hábitat esta entre 1,3 a 4,5 y temperatura 10 a 37 ºC)

El pH optimo de crecimiento del Thiobacillus ferrooxidans está entre 1,8 y 2,8; es capaz de oxidar a la pirita a temperaturas inferiores a 10 ºC, por lo que es considerado más tolerante a bajas temperaturas que a altas, siendo su temperatura ideal entre 30 y 35 ºC (Fig. 48), a temperaturas mayores la oxidación química es la predominante.

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El Thiobacillus thiooxidans suele aparecer junto con el Thiobacillus ferrooxidans, morfológicamente son muy parecidos. Esta bacteria oxida únicamente especies reducidas de S, aunque en ocasiones es capaz de oxidar el Fe2+, su rango óptimo de pH se sitúa entre 2 y 3,5 aunque puede soportar valores de pH comprendidos entre 0,5 y 6. El

Leptospirillum ferrooxidans es más ácido resistente y puede crecer a pH de 1,2 aunque su

rango óptimo de pH está entre 2,5 y 3; utiliza la pirita y el Fe2+ como fuente primaria de energía y su rango optimo de oxidación de la pirita está entre 20 y 40 ºC.

En la Figura 49 puede observarse la influencia del potencial redox (Eh) sobre la actividad bacteriana. A valores de Eh menores a 650 la actividad del Thiobacillus ferrooxidans es mayor que del Leptospirillum ferrooxidans, invirtiéndose esta situación a Eh superiores a 700 y siendo máxima esta diferencia a Eh = 800. En la misma Figura, se observa que la curva de lixiviación férrica y la curva de oxidación bacteriana por el Leptospirillum

ferrooxidans interceptan a valores de Eh altos (840 mV), punto en el que la actividad del Thiobacillus ferrooxidans es muy baja, y que representa un equilibrio entre el hierro

producido por el mineral y la bacteria (Rawlings, et al., 1999; Hansford, et al., 2001).

Por tanto, la habilidad de oxidar minerales piríticos a elevado potencial redox es dominado por el Leptospirillum ferrooxidans. Pero en materiales poco piritosos la oxidación bacteriana del Fe2+ puede ocurrir a Eh bajos en donde posiblemente la acción de la

especie Thiobacillus ferrooxidans es dominante.

Figura 49. Ratio de producción de hierro ferroso por la lixiviación férrica de la pirita y ratios de consumo de Fe2+ durante la oxidación bacteriana (Thiobacillus ferrooxidans y

Leptospirillum ferrooxidans), valores de Eh obtenidos con electrodos estándar de

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