Biorreducción de especies solubles e insolubles de hierro

Abstract

Introducción La Hidrometalurgia es reconocida como una tecnología limpia que utiliza microorganismos y bajas inversiones para el procesamiento de minerales pobres. Por ello, podría ser una alternativa para la industria siderúrgica, responsable de gran parte de las emisiones de CO2. En la disolución de los óxidos de Fe(III) podrían emplearse microorganismos reductores de hierro, principalmente acidófilos, dado que la solubilidad del hierro se incrementa en ambientes ácidos. Además de las aplicaciones biomineras, se podrían incluir la remoción de impurezas de hierro, la recuperación de metales no férreos, la biorremediación de ambientes contaminados y la producción de hidrógeno o electricidad en sistemas bioelectroquímicos. Este trabajo se centra en la biorreducción de compuestos de hierro disueltos y sólidos empleando principalmente Acidiphilium cryptum. Para lograr este objetivo, se caracterizó la cinética de biorreducción de sólidos y especies disueltas de Fe(III), y se evaluó la disolución de óxidos de hierro y manganeso en medios con ligandos y mediadores redox. Resultados y discusión Las experiencias con hierro en disolución indicaron que la eficiencia de reducción disminuye al incrementarse la aireación, probablemente por la competencia entre la reducción del Fe(III) y del oxígeno. Asimismo, se determinó que la velocidad específica de crecimiento aeróbica depende de la concentración de hierro. El control del pH tuvo un efecto beneficioso en la disolución de la magnetita. A. cryptum incrementó en un orden de magnitud la disolución de la magnetita, demostrando así su relevancia en el proceso. El oxalato tuvo un efecto positivo debido a su capacidad para amortiguar las variaciones de pH. Mediante un diseño factorial completo se estudiaron las variables bacteria, Fe(II) y ligando para los compuestos: glicina, citrato, etilendiaminotetraacetato, nitrilotriacetato, oxalato, piruvato, ftalato y salicilato. Estos resultados podrían explicarse por la capacidad de los quelatos de hierro para comportarse como mediadores redox, según lo revelaron los ensayos de autooxidación de Fe(II) y biorreducción de quelatos de Fe(III). Los experimentos con los mediadores redox antraquinona 2,6 disulfonato, antraquinona 1,5 disulfonato, safranina, fenosafranina, rojo neutro, tionina, azul de metileno, resazurina y 2,6 diclorofenol indofenol mostraron buenos resultados para A. cryptum y Aeromonas hydrophila en distintos intervalos de potenciales. Dichos intervalos podrían explicarse por los límites de los campos de estabilidad de las especies de hierro y las capacidades reductoras microbianas. Se observó que la disolución no mejoró incrementando la agitación, sino disminuyendo el tamaño de las partículas de sólido. En las columnas con hematites se obtuvieron los mejores resultados en presencia de tionina, seguidos por el medio con oxalato y sin suplementar, lo cual puede explicarse por los potenciales redox registrados. También se comprobó que A. cryptum resultó ser capaz de biolixiviar minerales de manganeso. La presencia de Fe(II) y oxalato, por lo general, mejoraron la velocidad de disolución y selectividad del proceso. Por el contrario, el azul de metileno y la tionina hicieron empeorar esta última. Conclusiones Los resultados mostraron que el hierro en disolución se reduce por A. cryptum más rápidamente que las especies sólidas, siendo en este último caso esencial un control del pH. El efecto positivo de algunos ligandos en presencia de hierro se explica por la formación de quelatos capaces de actual como mediadores redox. La actuación de los mediadores redox estudiados se relacionaría con el diagrama de Pourbaix y las habilidades reductoras microbianas. Finalmente, A. cryptum fue capaz de biolixiviar manganeso, pudiendo mejorarse la cinética y selectividad mediante la incorporación de hierro disuelto y oxalato al medio.