Biorreducción del hierrodesarrollo de alternativas medioambientalmente limpias para la obtención del metal

  1. Castro Ruiz, Laura
Supervised by:
  1. Mª Luisa Blázquez Izquierdo Director
  2. Antonio Ballester Pérez Director

Defence university: Universidad Complutense de Madrid

Fecha de defensa: 07 July 2014

Committee:
  1. Felisa González González Chair
  2. J. A. Muñoz Sánchez Secretary
  3. María Victoria Utrilla Esteban Committee member
  4. Ricardo Amils Pibernat Committee member
  5. Diego Moreno Gómez Committee member
Department:
  1. Ingeniería Química y de Materiales

Type: Thesis

Teseo: 117176 DIALNET

Abstract

El procesado de menas minerales para la obtención de metales mediante tecnologías convencionales conlleva unos gastos considerables de energía y reactivos que además son perjudiciales para el medio ambiente. Actualmente, hay un interés creciente en la investigación de tratamientos ecológicos y sostenibles, tanto por los posibles riesgos medioambientales como por un interés económico e industrial. El papel de algunos microorganismos en la disolución de minerales convierte a la biolixiviación en una alternativa para la obtención de distintos metales.La biolixiviación de hierro, tradicionalmente, se ha asociado a bacterias oxidantes. Sin embargo, hay microorganismos que oxidan materia orgánica acoplada a la reducción de Fe(III). Estas bacterias llevan a cabo la reducción desasimilatoria del hierro y desempeñan un papel importante en el ciclo bioquímico del hierro y en la degradación de materia orgánica en suelos y sedimentos. La biolixiviación reductora puede ser una alternativa para la extracción de hierro de minerales refractarios y para el reprocesado de materiales de desecho de las actividades mineras, como las jarositas, MFe3(SO4)2(OH)6, que pueden ser una fuente para la recuperación de metales valiosos.Se trabajó con un consorcio microbiano natural procedente de la zona minera y se aislaron varios microorganismos heterótrofos con capacidad reductora de hierro. Se comprobó la eficiencia de estos aislados mediante ensayos de reducción de Fe(III) soluble. De las cepas aisladas, se escogió la bacteria Aeromonas hydrophila para ensayar la biolixiviación de las jarositas. También se hicieron ensayos con el cultivo de colección Shewanella putrefaciens. A. hydrophila y S. putrefaciens fueron capaces de reducir y solubilizar el hierro de las jarositas. La composición de éstas fue clave en la biorreducción ya que la presencia de metales tóxicos, como la plata, dificultó el crecimiento de los cultivos. Un aspecto destacable fue la formación de nanopartículas de plata durante la biorreducción de argentojarosita con S. putrefaciens. El consorcio natural fue capaz de reducir con éxito el Fe(III) de los distintos minerales inmovilizando los metales como sulfuros debido a la presencia de bacterias sulfatorreductoras en el cultivo. El Fe(III) tiene una solubilidad muy baja y generalmente aparece como óxidos insolubles a pH neutro. Los microorganismos que llevan a cabo la reducción de Fe(III) transfieren los electrones procedentes del metabolismo a los minerales. Los mecanismos a través de los cuales los microorganismos acceden y reducen los compuestos insolubles de Fe(III) no se conocen con claridad.Las sustancias húmicas y los quelantes de hierro influyen en la biorreducción. Las sustancias húmicas pueden actuar como lanzadera de electrones entre la célula y el mineral. La reducción de jarosita por la bacteria S. putrefaciens en presencia de sustancias húmicas es más rápida reduciéndose a la mitad el tiempo necesario para alcanzar el máximo de reducción. Los quelantes disminuyeron la necesidad de las células de establecer un contacto directo con los sólidos férricos aumentando la velocidad de reducción y manteniendo el ion ferroso en disolución (80% del Fe suministrado).Las biopelículas y las sustancias poliméricas extracelulares son muy importantes en la interacción célula-mineral. Tanto los polisacáridos como las proteínas tienen un papel fundamental en la adhesión celular y en la estabilización de las biopelículas; las proteínas son, probablemente, responsables de la transferencia electrónica.A. hydrophila produce nanohilos conductores para transferir electrones entre los minerales y las células. Algunos factores que influyeron en su formación fueron la naturaleza de los soportes y el mecanismo de quorum sensing. Los soportes con carga superficial positiva y más conductores favorecen la adhesión celular y la formación de los nanohilos. La expresión de los nanohilos se puede controlar mediante la adición de acil-homoserin lactonas.