Evaluación de la acidulación de roca fosfórica empleando la bacteria acidófila Acidithiobacillus thiooxidans

Abstract

En este trabajo se plantea un proceso para solubilización de fósforo a partir de una roca fosfórica empleando el ácido producido por la bacteria acidófila Acidithiobacillus thiooxidans. Inicialmente se realizó una caracterización mineralógica y química de la roca fosfórica que iba a ser acidulada por medio de las técnicas de DRX (difracción de rayos X), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) y FRX (Fluorescencia de rayos X) para determinar los principales componentes del material. A partir de esta caracterización se determinó que la roca fosfórica estaba compuesta principalmente por las fases fluorapatita (58.3%), calcita (21.3%) y cuarzo (19.9%). A partir de la caracterización química usando FRX, se determinó que la roca fosfórica tenía un 1.1% de flúor, lo que podría ser un inconveniente para le crecimiento de la bacteria. Además, se pudo establecer que el criterio empleado para el procesamiento industrial CaO/P2O5 1.6 excedía los límites aceptados para acidular la roca con ácido sulfúrico, indicando que el proceso convencional de solubilización no era económicamente viable para el presente material. Ya que la roca fosfórica contaba con diferentes componentes que podrían hacer inviable el cultivo de A. thiooxidans, se plantearon dos esquemas de solubilización: un paso y dos pasos, y se determinó cuál de los dos era más adecuado para el proceso de solubilización. Se encontró que el proceso a un paso no era viable ya que no fue evidente el crecimiento de microorganismo ni la consecuente producción de ácido. Por otro lado, el proceso a dos pasos fue el seleccionado al lograr solubilizar el 100% de P y eliminar la calcita y la fluorapatita. Se determinó además la concentración óptima de azufre elemental a emplear, encontrando que al ensayar concentraciones de 1, 2, 3, 4 y 5% S0, la concentración de 4%S0 fue la más adecuada, ya que permitió a la bacteria producir mayor concentración de sulfatos con la menor cantidad de sustrato, llegando a valores de sulfatos de 70000 ppm. Con estas dos condiciones determinadas se llevó a cabo la solubilización de cuatro concentraciones de roca fosfórica (10, 15, 20 y 25%), empleando como ácido el sustrato producido por A. thiooxidans, después de 17, 23 y 29 días de crecimiento. Se encontró que a menor concentración de roca fosfórica y mayor tiempo de crecimiento hay mayor concentración de P solubilizado, las fases calcita y fluorapatita desaparecen, y el yeso pasa a ser la fase predominante. La mejor configuración fue la de 10% de roca fosfórica a 23 días de crecimiento, alcanzando 93% de P solubilizado. Para complementar este estudio se propuso un modelo cinético de la oxidación de azufre elemental por A. thiooxidans a partir de células libres y sulfatos producidos, consiguiendo hacer estimaciones dentro del 10% de error de la cantidad de sulfatos producidos y la población bacteriana, lo que podría ser de interés en el proceso de solubilización de P.

Abstract: This paper proposes the solubilization of phosphorous from phosphate rock using sulfuric acid produced by acidophilic bacteria Acidithiobacillus thiooxidans. First, the phosphate rock was characterized to determinate the main mineral phases and chemical composition, using XRD (X Ray Diffraction), FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) and XRF (X Ray Fluorescence). The phosphate rock is composed by fluorapatite (58.3%), calcite (21.3%) and quartz (19.9%), and the FRX results showed it is composed by 1.1% fluorine, which can be an impediment for bacterial growth, also the criteria used in industrial processing CaO/P2O5 1.6 was exceeded, suggesting that the conventional process using sulfuric acid isn’t economically viable. Because the phosphate rock had multiple components that make it unsuitable for A. thiooxidans’s growth, a one-step process and two-step process were evaluated to determinate which one were the most adequate for phosphate rock acidulation. It was found out that one-step process was no viable because neither bacterial growth nor acid production was evident. Then, two-step process was selected as it could solubilize 100% of P, dissolved fluorapatite and calcite. In addition, the optimum sulfur concentration was establish between 1, 2, 3, 4 and 5% S0, where 4%S0 is the most adequate as it allows the highest sulfate production using the lowest amount of substrate. After both process conditions were establish, the solubilization of four rock phosphate concentration (10, 15, 20 and 25% (w/v)) were carried out, using the acid produced by A. thiooxidans after 17, 23 and 29 days of growing. The results showed that the lower the phosphate rock concentration and the longer the growing time, the phosphorous solubilized was higher, fluorapatite and calcite disappeared and gypsum became the predominant mineral phase. The best configuration was 10% of phosphate rock during 23 days of bacterial growth, reaching 93% of P solubilized. To complement this study, it was establish a kinetic model for the oxidation of sulfur particles by A. thiooxidans, using free cells and sulfate production, being able to make predictions within the 10% of error for the amount of sulfate production and the bacteria population, which can be useful in the process of P solubilization