Biolixiviación de níquel a partir de un saprolito garnierítico usando dos cepas de Acidithiobacillus thiooxidans

Abstract

This study evaluated independently two commercial strains of Acidithiobacillus thiooxidans, in the nickel bioleaching of a high grade laterite saprolite type sample, from the Cerro Matoso mine in Montelíbano, Colombia. The sample was characterized using spectroscopic methods such as XRF, XRD, FTIR and SEM-EDS. It was determined that the main mineral phase in the sample was quartz, accompanied by phyllosilicates from the serpentine group and to a lesser extent inosilicates from the amphibole group. Its composition revealed a high nickel oxide concentration of 14.7%. Initially, the adaptation of the strains was carried out using progressive concentrations of the ore, from 2% to 16% pulp density (w/v). The highest nickel solubilization was 39.2% in a period of 12 days with 2% ore pulp and these values were reduced by increasing the solids concentration. During the process the formation of precipitates with different concentrations of nickel and other ions was observed, this was a consequence of low acid concentrations in the medium. Subsequently, different variables were evaluated in order to increase the extraction of nickel from the ore. Experiments were performed with distinct initial pH in the medium, the residence time of the ore was increased and various elemental sulfur concentrations of 2, 3, 4 and 6% were tested. No significant differences were found in nickel leached with initial pH of 2, 1.7 and 1.4, but between these and the initial pH of 2.8 used in the adaptation phase. By increasing the residence time of the mineral to 30 days, the bacteria can reduce the pH to values that accelerate nickel dissolution, which was 54%. Additionally, it was found that the increase in elemental sulfur percentages has significant effects on the production speed of sulfuric acid, allowing extracting up to 91% of nickel from the ore. Through the tests carried out, it was determined that the sample exhibited a more refractory behavior. The leaching kinetics of nickel does not correspond to that reported for saprolite and resembles more to limonite leaching kinetics. On the other hand, this study allowed creating a high nickel resistance in both A. thiooxidans strains, reaching concentrations of 14.2 g/L Ni2+ in solution. Finally, FTIR spectra executed during the experiments, showed a reduction in the intensity of bands associated with octahedral and tetrahedral components with re-precipitation of amorphous silica. The high nickel leaching achieved in this study, the adaptation of the strains to strong stress conditions and the low expenditure in reagents and energy, constitute a potential biotechnology applicable to the processing of this type of ores as well as other materials.

Este estudio evaluó independientemente dos cepas comerciales de Acidithiobacillus thiooxidans, en la biolixiviación de níquel de una muestra de laterita de alto grado tipo saprolito, proveniente de la mina Cerro Matoso en Montelíbano, Colombia. La muestra se caracterizó utilizando métodos espectroscópicos como FRX, DRX, FTIR y SEM-EDS. Se determinó que la principal fase mineral que la compone es cuarzo, acompañado de filosilicatos del grupo de la serpentina y en menor medida inosilicatos anfíboles. Su composición reveló una alta concentración de óxido de níquel de 14.7%. Inicialmente, se realizó una adaptación de las cepas utilizando concentraciones progresivas del mineral, desde 2% hasta 16% de pulpa (p/v). La mayor solubilización de níquel fue de 39.2% en un período de 12 días con 2% de pulpa mineral y estos valores se redujeron al aumentar la concentración de sólidos. Durante este proceso se observó la formación de precipitados con diferentes concentraciones de níquel y otros iones, producto de bajas concentraciones de ácido en el medio. Posteriormente, se evaluaron distintas variables con el fin de incrementar la extracción de níquel del mineral. Se realizaron ensayos con diferentes pH de inicio en el medio, se incrementó el tiempo de residencia del mineral y se probaron diferentes concentraciones de azufre elemental de 2, 3, 4 y 6%. No se encontraron diferencias significativas en el níquel extraído con pH de inicio 2, 1.7 y 1.4, pero sí entre éstos y el pH inicial de 2.8 usado en la fase de adaptación. Al incrementar el tiempo de residencia del mineral a 30 días, las bacterias pueden reducir el pH a valores que aceleran la solubilización de níquel, la cual fue del 54%. Adicionalmente, se encontró que el aumento en los porcentajes de azufre elemental, tiene efectos significativos sobre la velocidad de producción de ácido sulfúrico, permitiendo extraer hasta el 91% del níquel. Mediante los diversos ensayos realizados, se determinó que la muestra presentaba un comportamiento más refractario. La cinética de solubilización del níquel, no corresponde con l la que se reporta para las lateritas tipo saprolito y se asemeja más a la cinética de la limonita. Por otro lado, este estudio generó una alta resistencia al níquel en ambas cepas de A. thiooxidans, el cual alcanzó concentraciones de 14.2 g/L en solución. Finalmente, los espectros FTIR realizados durante los diferentes ensayos, mostraron reducción en la intensidad de bandas asociadas a componentes octaédricos y tetraédricos con re-precipitación de sílice amorfo. La alta lixiviación de níquel lograda en este estudio, la adaptación de las cepas a fuertes condiciones de estrés y el bajo gasto en reactivos y energía, constituyen una potencial biotecnología aplicable al procesamiento de este tipo de minerales así como al de otros materiales