Aportacion-al-estudio-de-los-mecanismos-de-biolixiviacion-de-concentrados-de-cobre-calcopirita-CuFeS2-en-presencia-de-agentes-cataliticos

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
DE MÉXICO 
 
PROGRAMA DE MAESTRÍA Y DOCTORADO EN 
INGENIERÍA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TUTOR: 
DRA. ROSA ELVA RIVERA SANTILLÁN 
2008 
T E S I S 
 
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE: 
 
DOCTOR EN INGENIERÍA 
 
INGENIERÍA QUÍMICA - METALURGIA 
 
P R E S E N T A: 
 
ALFONSO LÓPEZ JUÁREZ 
FACULTAD DE QUÍMICA 
“APORTACIÓN AL ESTUDIO DE LOS MECANISMOS 
DE BIOLIXIVIACIÓN DE CONCENTRADOS DE 
COBRE, CALCOPIRITA (CuFeS2), EN PRESENCIA DE 
AGENTES CATALÍTICOS”. 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
Restricciones de uso 
 
DERECHOS RESERVADOS © 
PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL 
 
Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal 
del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). 
El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea 
objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para 
fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo 
mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, 
reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el 
respectivo titular de los Derechos de Autor. 
 
 
 
 
 
 
 
JURADO ASIGNADO: 
 
Presidente: Dr. Jorge Pérez. 
 
Secretario: Dr. José Antonio Barrera Godínez. 
 
Vocal: Dra. Sylvie Le Borgne Le Gall. 
 
1er suplente: Dr. Hiram Medrano Roldán. 
 
2o suplente: Dra. Rosa Elva Rivera Santillán. 
 
 
 
Lugar donde se realizó la tesis: 
 
Laboratorio de Metalurgia Extractiva. Edificio D. Facultad de Química, UNAM. 
Circuito Institutos s/n. Ciudad Universitaria, México D. F. 
 
Laboratorio de Metalurgia Extractiva, Facultad de Ciencia Químicas. 
Universidad Complutense de Madrid. Madrid, España. 
 
 
 
 
TUTOR DE TESIS 
 
Dra. Rosa Elva Rivera Santillán 
 
 
_______________________________________ 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS. 
 
A la doctora Rosa Elva Rivera Santillán por la confianza, el apoyo y la gran paciencia mostrados 
durante todo el tiempo que duro la realización de este trabajo. 
 
 
A los miembros de mi Comité Tutoral, maestro Jorge Ornelas Tavares y doctor José Antonio 
Barrera Godínez por el apoyo y consejos brindados para la realización de este trabajo. 
 
 
A los miembros del Jurado asignado, por el tiempo dedicado a la revisión y corrección del 
presente trabajo escrito. En especial al Dr. Jorge Pérez del IPN por haber formado parte del 
jurado de Examen de Candidatura y del jurado de Examen de Grado. 
 
 
Al maestro Ciro Márquez Cruz y su equipo de trabajo, por los mil y un análisis químicos 
realizados durante la etapa experimental de este trabajo. 
 
 
A la QI. Cecilia Salcedo de la USAI por el apoyo técnico en los análisis de Difracción de Rayos X, 
DRX, realizados durante la etapa experimental de este trabajo. 
 
 
Al maestro Iván Puente de la USAI por el apoyo técnico en los análisis de Microscopía Electrónica 
de Barrido, MEB, realizados durante la etapa experimental de este trabajo. 
 
 
A la Subdirección de Intercambio Académico de la UNAM, por la designación como becario de 
intercambio académico, en especial a la señora Ana María Vaca. 
 
 
Al Posgrado en Ingeniería de la UNAM por el apoyo económico brindado durante los estudios de 
Doctorado, en especial a la ingeniera María Antonieta Teyssier. 
 
 
Al Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Facultad de Química de la UNAM por el apoyo 
incondicional brindado durante los estudios de Doctorado, en especial al Doctor Carlos González 
Rivera. 
 
 
A la Sección de Becas y Convenios de la Oficina de Relaciones Internacionales de Universidad 
Complutense de Madrid por el apoyo económico para la realización de la estancia de 
investigación. 
 
Al grupo de Investigación en Biohidrometalurgia de la Universidad Complutense de Madrid por el 
apoyo durante la estancia de investigación realizada en su laboratorio, en especial a los doctores 
Antonio Ballester, María Luisa Blázquez, Jesús Muñoz, Felissa González y Laura Cancho. 
 
 
A la Dirección General de Asuntos al Personal Académico, DGAPA- UNAM, por el apoyo 
económico a través del proyecto de PAPIIT (Proyecto IN210000). 
 
 
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, CONACyT, por la beca crédito otorgada durante los 
estudios de Doctorado. 
 
 
A la Dirección General de Estudios de Posgrado, DGEP, por la beca complementaria otorgada 
durante los estudios de Doctorado. 
 
 
Al Programa de Apoyo a los Estudios de Posgrado del Posgrado en Ingeniería de la UNAM, 
PAEP, por el apoyo económico otorgado para la compra de la tarjeta de adquisición de datos 
utilizada en los experimentos electroquímicos del presente trabajo, a través del Proyecto No. 
103309. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEDICATORIAS. 
 
 
 
Quiero dedicar este trabajo a todas las personas que de una u otra manera han estado cerca de 
mi durante todo este tiempo: 
 
 
Al ser más importante en mi vida y que ha sido fuente inagotable de apoyo, comprensión, cariño y 
amor durante todo este lapso, Sandra P. Gómez Navarro. 
 
 
A mis padres, los señores Gilberto López Molina (┼) y María Epifanía Juárez Luna. Todo su 
esfuerzo se ve reflejado en este trabajo. 
 
 
A unas pequeñas personitas que han estado siempre a mi lado y son un manantial de alegría y 
felicidad, un ejemplo a seguir, Fernanda, Diana, Denise, Nadia y David. 
 
 
A la familia López Juárez que con su apoyo diario han hecho posible la culminación de este 
trabajo. 
 
Tabla de contenido. 
Indice 
Indice de tablas y figuras 
Agradecimientos 
Resumen 
Abstract 
 
INTRODUCCION 
LA HIDROMETALURGIA TRAVES DEL TIEMPO 
EL COBRE 
BIOHIDROMETALURGIA 
 
OBJETIVOS E HIPOTESIS 
 
BASES TEORICAS 
METODOS DE BIOLIXIVIACION 
 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BIOLIXIVIACION 
 MECANISMOS DE BIOLIXIVIACION 
Mecanismo de ataque directo 
Mecanismo de ataque indirecto 
Lixiviacion de contacto 
Lixiviacion cooperativa 
Nuevos mecanismos de ataque indirecto 
MICROORGANISMOS INVOLUCRADOS EN LA BIOHIDROMETALURGIA 
Los mesofilos 
Los termofilos moderados 
Los termofilos extremos (arqueobacterias) 
CALCOPIRITA 
Propiedades de la calcopirita 
Factores que afectan la disolucion de la calcopirita 
Efecto de iones metalicos sobre la Biolixiviacion de calcopirita 
CINETICA DE LOS PROCESOS DE BIOLIXIVIACION 
DISOLUCION ANODICA DE LA CALCOPIRITA 
Semiconductores y el comportamiento electroquimico de la calcopirita 
Interacciones galvanicas en la disolucion de la calcopirita 
Teoria del potencial mixto 
TECNICAS VOLTAMPEROMETRICAS 
 
DESARROLLO EXPERIMENTAL 
REACTIVOS Y MATERIALES 
MINERALES 
MICROORGANISMOS 
PRUEBAS DE BIOLIXIVIACION 
TECNICAS DE CONTROL, MONITOREO Y ANALISIS 
ESTUDIOS ELECTROQUIMICOS 
METODOLOGIA DE TRABAJO 
 
Tabla de contenido. 
 
Caracterizacion de la muestra mineral 
Caracterizacion menagrafica 
Caracterizacion granulometrica 
Seleccion y adaptacion de microorganismosEstudios de Biolixiviacion 
Estudios de Lixiviacion acida y quimica del concentrado 
Estudios electroquimicos 
Caracterizacion de residuos 
 
RESULTADOS 
CARACTERIZACION QUIMICA DE LA MUESTRA MINERAL 
CARACTERIZACION MENAGRAFICA DE LA MUESTRA MINERAL 
CARACTERIZACION GRANULOMETRICA DE LA MUESTRA MINERAL 
ESTUDIOS PRELIMINARES 
Seleccion del consorcio de bacterias mesofilas 
Seleccion del consorcio de arqueobacterias 
Adaptacion de las bacterias mesofilas a los iones Ag+ y Co2+ 
Adaptacion de las arqueobacterias a los iones Ag+ y Co2+ 
Seleccion del ion catalizador para las bacterias mesofilas 
Seleccion del ion catalizador para las arqueobacterias 
Biolixiviacion con bacterias mesofilas usando inoculos lavados 
ESTUDIOS DE BIOLIXIVIACION 
Bacterias mesofilas a 35°C 
Estudios de Biolixiviacion del concentrado a 35°C en presencia de pirita 
Arqueobacterias a 70°C 
CINETICA DE LOS PROCESOS DE BIOLIXIVIACION 
Estudios cineticos de la Lixiviacion quimica del concentrado 
Estudios cineticos de la Biolixiviacion del concentrado 
ESTUDIOS ELECTROQUÍMICOS 
Calcopirita en condiciones abioticas 
Pirita en condiciones abioticas 
Resultados electroquimicos de Calcopirita y Pirita en ausencia de microorganismos 
35°C 
70°C 
Resultados electroquimicos de Calcopirita y Pirita en presencia de microorganismos 
35°C 
70°C 
 
CONCLUSIONES 
Perspectivas a futuro 
 
REFERENCIAS 
 
 
 
 
Resumen. 
Resumen. 
 
“Aportación al Estudio de los Mecanismos de Biolixiviación de Concentrados de Cobre, Calcopirita, 
en Presencia de Agentes Catalíticos”. 
 
 En este trabajo se estudió la biolixiviación de un concentrado de calcopirita utilizando cultivos de 
bacterias mesófilas y arqueobacterias en ausencia y en presencia de iones plata y cobalto. 
Los resultados muestran que la adición de plata incrementa la extracción de cobre usando 
bacterias mesófilas alcanzando 53% de cobre extraído en el sistema catalizado contra 29% en el sistema 
sin catalizar en el mismo periodo de tiempo de 48 días; en el caso de los microorganismos extremos, si 
bien la extracción mejoró considerablemente, la presencia de Ag+ tiene un efecto menor, 95% de cobre 
extraído en el sistema catalizado contra 80% en el sistema sin catalizador, ambos en 11 días de 
biolixiviación. La adición de cobalto mostró un efecto menor que la plata en los sistemas con bacterias 
mesófilas, tan sólo un 10% más de cobre extraído que en el sistema sin catalizador. En el caso de los 
sistemas de arqueobacterias, la adición de cobalto no mostró efecto alguno. 
El aumento en la temperatura aceleró la cinética de disolución de la calcopirita. Un análisis de los 
datos de biolixiviación aplicando la teoría de cinética de reacciones heterogéneas mostró que a bajas 
temperaturas la etapa controlante del proceso fue la difusión de los reactantes hacia la superficie no 
reaccionada de la calcopirita teniendo como barrera difusional la capa pasivante formada por los productos 
de oxidación de la calcopirita. Por otro lado, a elevadas temperaturas la etapa controlante fue la reacción 
química entre la calcopirita y los iones férricos y los protones del medio. La adición de Ag+ y Co2+ no 
mostró cambio alguno en la etapa controlante de los sistemas de biolixiviación. 
Resultados de los estudios voltamperométricos realizados mostraron diferencias notables en el 
comportamiento electroquímico de la calcopirita sometida a distintos procesos de biolixiviación. La 
pasivación de los electrodos de calcopirita se presentó primero en el electrodo biolixiviado en ausencia de 
Ag+ y posteriormente en el electrodo biolixiviado en presencia de ésta. La pronta pasivación de los 
electrodos biolixiviados con las arqueobacterias no se reflejó de la extracción final de cobre. 
Los resultados más destacables de este trabajo fue el haber logrado el 100% de extracción de cobre 
adicionando pequeñas cantidades de pirita en sistemas de biolixiviación usando bacterias mesófilas, en un 
periodo de tiempo de 60 días así como la extracción del 95% de cobre usando arqueobacterias en 
presencia de Ag+ en apenas 11 días de biolixiviación. 
Resumen. 
Abstract. 
 
“Contribution to the Study of the Bioleaching Mechanisms of Copper Concentrates, Chalcopyrite, in 
Presence of Catalytic Agents”. 
 
The bioleaching of a chalcopyrite concentrate by using mesophilic bacteria and archaea in the 
absence and presence of either silver or cobalt ions was studied in the present work. 
Results show that the silver addition increases the copper extraction using mesophilic bacteria 
achieving 53% of copper extracted in the silver-catalyzed system compared to 29% in the non-catalyzed 
system; in case of archaea, even when copper extraction was improved, the silver presence was less 
important, 95% of copper extracted in silver-catalyzed system compared to 80% in the non-catalyzed 
system. The cobalt addition showed a lesser effect on the copper extraction using meshophilic bacteria, 
only 10% more copper recovered in cobalt-catalyzed system than in the non-catalyzed system. In the other 
case, archaea, the effect of cobalt addition was negligible. 
An increase in the temperature accelerated the kinetic of chalcopyrite dissolution. An analysis of the 
bioleaching data by applying the heterogeneous reactions theory showed that in bioleaching process with 
mesophilic bacteria, the diffusion of reactants to unreacted chalcopyrite surface through a passive layer is 
the controlling stage. In the other hand, bioleaching with archaea is a chemically controlled process. The 
Ag(I) addition did not show any change in the controlling stage of the bioleaching systems for both 
mesophilic microorganisms and archaea. 
Results of the voltamperometric studies carried out showed significant differences in the 
electrochemical behavior of the chalcopyrite bioleached under different conditions. The chalcopyrite 
passivation was faster in the bioleached electrode with mesophiles in silver ions absence than in the 
bioleached electrode in silver ions presence. The fast passivation of the chalcopyrite bioleached electrodes 
in both presence and absence of silver ions was not reflected in the final copper extraction. 
The most important results of this work is to have achieved the total extraction of copper by adding 
small amounts of pyrite in bioleaching systems with mesophile microorganisms in a period of 60 days as 
well as the extraction of 95% of copper by using archaea in presence of Ag+ in just 11 days. 
 
Introducción. 
1. INTRODUCCIÓN. 
1.1. LA HIDROMETALURGIA A TRAVÉS DEL TIEMPO. 
Las raíces de la hidrometalurgia, proceso de extracción de metales en medio acuoso, se remontan al 
periodo de los alquimistas cuando su principal oficio era tratar de transformar metales base (Cu, Zn, Pb) en 
oro. Algunas de esas operaciones eran llevadas a cabo en ambientes húmedos, esto es, métodos 
hidrometalúrgicos. Por ejemplo, cuando un alquimista introducía una pieza de hierro en una solución “vitral” 
de cobre (sulfato de cobre), el hierro era cubierto inmediatamente por una capa de cobre metálico. 
En el siglo XVI, la extracción de cobre por métodos húmedos recibió gran atención. La lixiviación 
en montones, lixiviación heap, era practicada en las montañas Harz en Alemania y en las minas de Río 
Tinto, España (Van Arsdale, 1956). En esta operación, la calcopirita contenida en ciertos minerales 
sulfurados era apilada y dejada durantemeses a la acción de la lluvia y el aire por lo que tomaba lugar la 
oxidación de dicho mineral. La solución de sulfato de cobre era drenada de la pila de mineral y colectada 
en represos artificiales. Después, el cobre era precipitado de esta solución con chatarra de hierro, proceso 
que fue conocido como “cementación”, palabra española que significa precipitación. Esta misma operación 
observada por los alquimistas, hasta hace muy poco tiempo se aplicaba aun en la producción de cobre. 
 El nacimiento de la hidrometalurgia moderna data de 1887 cuando fueron inventados dos procesos 
importantes. El proceso de cianuración para el tratamiento de minerales de oro y el proceso Bayer para el 
tratamiento de bauxita. 
 A inicios del siglo XX fueron propuestos numerosos procesos de lixiviación y recuperación de 
metales, algunos de ellos se utilizaron, otros tuvieron que esperar cerca de medio siglo para ser aplicados, 
mientras que otros nunca fueron desarrollados más allá de plantas piloto. 
 En la hidrometalurgia del cobre, fueron introducidas nuevas tecnologías. En lugar de precipitar el 
cobre de la solución de lixiviación empleando chatarra de hierro, en 1912 se introdujo la reducción 
electrolítica en Chile. En 1916, en lugar de lixiviar el mineral con ácido sulfúrico diluido, se utilizó hidróxido 
de amonio en la región del Lago Superior, E. U., para lixiviar cobre nativo y en Alaska para procesar 
minerales de malaquita y azurita. 
 Durante la década de 1960 se descubrió el papel de las bacterias en la lixiviación de ciertos 
minerales. Estas bacterias fueron utilizadas para extraer cobre de sus minerales en procesos de lixiviación 
In Situ y Ex situ. El proceso fue adaptado posteriormente a la lixiviación de minerales de uranio de baja ley 
y a la de minerales refractarios de oro. En este mismo periodo fueron utilizados los solventes orgánicos, 
oximas principalmente, para extraer cobre de soluciones acuosas diluidas. 
 1
Introducción. 
1.2. EL COBRE. 
El cobre fue el primer metal utilizado por el hombre y actualmente es el tercero en consumo mundial, 
después del hierro y el aluminio. 
Cerca del 90% del cobre en el mundo se obtiene a partir de sulfuros minerales, de los cuales la 
calcopirita, CuFeS2, es el mineral más importante. Otros sulfuros de los que también se extrae cobre son la 
covelita, CuS; la calcocita, Cu2S y la bornita, Cu5FeS4. Uno de los mayores retos que existe actualmente 
para la Metalurgia Extractiva es producir cobre a partir de la calcopirita, sin generar contaminación. 
La recuperación de cobre por un proceso no contaminante es, en muchos casos, incosteable. Se 
considera que la hidrometalurgia es la principal solución de este problema porque sólo en los procesos 
hidrometalúrgicos el azufre contenido en los concentrados puede ser recuperado en forma de azufre 
elemental, estado en el que no presenta problemas de toxicidad. 
Dentro de los procesos hidrometalúrgicos, el interés de los procesos biológicos radica en su bajo 
costo y en la eliminación de las emisiones de SO2. Sin embargo, aunque las bacterias aceleran 
considerablemente la lixiviación, la cinética del proceso en condiciones estáticas, es lenta, con períodos 
que van desde los 3 hasta los 20 años y con recuperaciones que oscilan entre el 20 y el 60%. 
 Hasta hace algunos años, la emisión a la atmósfera del SO2 producido durante la fusión de 
concentrados, era un gran inconveniente para la industria minera (Habashi, 1976). A la fecha existen 
diversos métodos que eliminan la emisión del SO2 a la atmósfera, transformándolo en ácido sulfúrico, 
H2SO4, sin embargo, esta solución sólo resuelve el problema parcialmente puesto que la comercialización 
o eliminación del ácido generado constituye otro problema a resolver. 
La figura 1.1 muestra el consumo mundial de cobre a finales del siglo XVIII y hasta el siglo XX en 
relación con algunos eventos históricos (Gunter, 1999). 
Los minerales de cobre se presentan en la naturaleza en forma de menas sulfuradas, menas 
oxidadas y en asociaciones con otros sulfuros metálicos. Dentro del primer grupo, los más abundantes son 
los sulfuros primarios, calcopirita y bornita, y los sulfuros secundarios, calcocita y covelita (Rossi, 1990). 
Todas estas especies mineralógicas se encuentran asociadas en mayor o menor proporción con pirita. En 
la figura 1.2 se presenta una panorámica global de los mayores yacimientos de cobre en el mundo. 
 
 2
Introducción. 
Figura 1.1. Consumo mundial de cobre de 1770 a finales del siglo 20 (Gunter, 1999). (a) Primer telégrafo 
eléctrico inventado por Georges Le Sage, 1774. (b) Telégrafo eléctrico de 8 millas de longitud mostrado en 
Inglaterra por Francis Ronalds, 1816. (c) Samuel F. B. Morse inventa el telégrafo eléctrico, 1836; primera 
línea de telégrafo de tipo Morse instalada entre Washington y Baltimore, 1844. (d) Primer cable bajo el 
Canal de la Mancha por Jacob y Walkins Brett, 1845. (e) Primera instalación de un generador eléctrico para 
alumbrado de un edificio en Inglaterra, 1858. (f) Primer cable de telégrafo trasatlántico, en operación sólo 
de agosto 5 a agosto 28, 1858. (g) Alexander Graham Bell inventa y muestra el teléfono, 1876. (h) Primer 
prototipo eléctrico de una locomotora construida por los hermanos Siemens, 1881. (i) Thomas Alva Edison 
instala la primera estación de generación pública en Nueva York, 1881. (j) Primera Guerra Mundial, 1914–
1918. (k) Invención de la concentración de minerales por flotación, 1921. (l) La gran depresión, 1929. (m) 
Segunda Guerra Mundial, 1939–1945. (n) Guerra de Corea, 1951- 1953. (o) Fundación de CIPEC; 
reemplazada en 1991 por GIEC. (p) Crisis petrolera, 1975. (q) Recesión económica, 1982. (r) Recesión 
económica, 1990. 
 
Los yacimientos de este tipo de asociaciones minerales son numerosos, destacando los de países 
como Australia, Chile, Estados Unidos y México, entre otros (Gunter, 1999), figura 1.2. 
 En el segundo grupo (minerales oxidados), tienen importancia industrial la azurita, malaquita, 
crisocola y cuprita, minerales típicos de Chile. En este grupo se suele incluir al cobre nativo, que aunque 
químicamente no es un mineral oxidado, si lo es desde el punto de vista metalúrgico. 
 El tercer grupo, de los sulfuros complejos, son asociaciones de sulfuros primarios con otros 
sulfuros metálicos, principalmente pirita, esfalerita y galena. Por su abundancia y las dificultades de 
 3
Introducción. 
tratamiento (minerales finamente diseminados), constituyen una materia prima de gran interés como fuente 
de cobre y otros metales. 
Figura 1.2. Distritos mineros y mayores reservas de cobre en el ámbito mundial (Gunter, 1999). 
 
Los minerales sulfurados constituyen actualmente la principal fuente de suministro de cobre en el 
mundo. La mayoría de éstos se tratan por el proceso convencional de concentración por flotación y fusión 
de los concentrados, pirometalurgia. Un serio problema del procesado pirometalúrgico de los concentrados 
sulfurados es la contaminación medioambiental a causa de las plantas de tostación y fundición, cuyos 
gases generados contienen vapores de metales tales como antimonio, bismuto, arsénico, estaño y otros; 
además de óxidos de nitrógeno y azufre. Por tal motivo, en las últimas décadas, se han investigado 
alternativas hidrometalúrgicas para el beneficio de los concentrados de cobre (Habashi, 1978; McNamara y 
col., 1978; Swinkels y col., 1978; Koflux y Collins, 1998). 
 Tradicionalmente se habían utilizado soluciones lixiviantes de Fe3+ en medio ácido, Fe2(SO4)3, en 
los procesos hidrometalúrgicos. Sin embargo, la atención se orientó al uso de FeCl3 (McNamara y col., 
1978). Además se realizaron estudios de procesos en autoclaves que consisten en oxidar los sulfuros en 
reactores sometidos a presiones y temperaturas elevadas (Habashi, 1978). 
 El principal inconveniente de la aplicación industrial de estos últimos procesos hidrometalúrgicos es 
el elevado costo asociado a una lixiviación a temperatura y presión elevadas.En el caso de la lixiviación en 
medio cloruro, los costos se incrementan debido a la necesidad de usar equipos resistentes a la acción 
corrosiva del ion cloruro. Por tal motivo, estos procesos sólo se desarrollaron a nivel planta piloto. 
 4
Introducción. 
En este contexto, los procesos biológicos de beneficio de minerales sulfurados para la 
recuperación de metales surgieron como una alternativa a las técnicas de ataque químico dentro de la 
metalurgia extractiva del cobre. 
Actualmente, los métodos de biolixiviación y biooxidación para extraer cobre a gran escala de sus 
minerales y sus concentrados son comercialmente aplicados. Las operaciones comerciales han 
demostrado de forma convincente que las cualidades –beneficios ambientales y de salud, las operaciones 
simples, las ventajas en costos operacionales, de capital y desempeño – han hecho de estos procesos, 
alternativas viables para la industria minera. 
 
1.3. BIOHIDROMETALURGIA. 
Aunque los términos biolixiviación y biooxidación son a menudo usados indistintamente, existen diferencias 
técnicas entre ambos procesos (Brierley, 1997). Biolixiviación se refiere al uso de bacterias o sus productos 
metabólicos, para lixiviar el metal de interés, por ejemplo, cobre o zinc de sus minerales. La biolixiviación 
consiste en poner el valor metálico de interés en solución durante la oxidación. Esas soluciones son 
tratadas para una máxima recuperación del metal, el residuo sólido es desechado. La biooxidación se 
refiere a un proceso de pretratamiento que utiliza los mismos microorganismos que la biolixiviación, para 
catalizar la oxidación del mineral sulfurado, pirita o arsenopirita comúnmente, el cual contiene Ag, Au o 
ambos, finamente diseminados (Brierley, 1997). La biooxidación deja el valor metálico en la fase sólida y la 
solución es desechada. 
En el contexto histórico, se menciona que la biolixiviación de cobre a partir de sus minerales fue 
practicada muchos siglos antes del descubrimiento de las bacterias. El proceso era puramente empírico y 
no se sabía de relación alguna entre éste y la parte biológica. Parece que en China, la biolixiviación fue 
empleada al menos 100 ó 200 años antes de Cristo y en Europa por lo menos desde el siglo II de nuestra 
era. Más de 2 millones de toneladas de cobre han sido biolixiviadas de depósitos de cobre de la mina Falun 
en Suecia Central desde 1867. La biolixiviación de cobre de minerales parcialmente oxidados en la mina 
Río Tinto en España fue documentada en 1752. El cobre disuelto en todos estos casos fue precipitado de 
la solución cargada con hierro metálico (Ehrlich, 1999). 
Los primeros reportes que muestran la acción de las bacterias en la biolixiviación de cobre datan 
de 1950. Bryner y Beck encontraron las mismas bacterias, Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus 
thiooxidans, en drenajes de minas de cobre de la mina a cielo abierto Kennecott en Bingham Canyon, 
Utah, que las que habían sido encontradas en drenajes ácidos de minas de carbón. Ellos demostraron que 
 5
Introducción. 
la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans era capaz de lixiviar varios minerales sulfurados de cobre así 
como también molibdenita, pero esta última sólo en presencia de pirita (Brierley y Brierley, 1999). 
Las primeras aplicaciones comerciales de la biolixiviación fueron para tratar minerales marginales 
por el método de lixiviación en botaderos (dump). En aplicaciones posteriores de esta tecnología se utilizó 
el método de lixiviación en montones (heap). Así, hasta hace poco se encontraban en operación 10 plantas 
comerciales que usaban métodos biológicos para acelerar la solubilización de cobre a partir de sus 
minerales sulfurados, tabla 1.3.1 (Brierley y Brierley, 1999). 
La biolixiviación de concentrados utilizando arqueobacterias y bacterias termófilas moderadas a 
temperaturas superiores a 50°C parece ser más viable de aplicación comercial que los procesos que 
utilizan bacterias mesófilas. Los resultados obtenidos en experimentos realizados dentro del proyecto 
europeo HIOX® mostraron que el procesamiento de concentrados de calcopirita con cultivos de 
arqueobacterias era técnicamente posible y muy eficiente (d´Hugues y col., 2001). Batty y Rorke (2005, 
2006) reportaron el proceso BioCOP™ para producir Cu en la mina chilena de Chiquicamata. 
Otro proceso, empleando arqueobacterias, ha sido probado en Tasmania, Australia. En esta planta 
piloto se demostró la viabilidad técnica y económica de biolixiviación de un concentrado usando bacterias 
moderadas para solubilizar cobre (Brierley y Brierley, 1999). En México, el Grupo Peñoles realizó estudios 
de viabilidad técnica y económica para la comercialización de tecnología de biolixiviación de metales base 
usando bacterias termófilas moderadas (http://www.mintek.ac.za/bulletin/apr99/penoles.htm). Se operó una planta piloto de 
biolixiviación con los subsecuentes procesos de extracción por solventes y deposición electrolítica de 
cobre. Los estudios de viabilidad técnica y factibilidad económica fueron realizados por dos de las firmas 
más importantes a nivel mundial en el desarrollo de biotecnología minera: Mintek y BacTech Metallurgical 
Solutions Ltd de Australia http://www.mintek.ac.za/bulletin/jul2001/penoles.htm; http://www.mintek.ac.za/bulletin/feb2002/lme_cathodes.htm). 
Tabla 1.3.1. Plantas de biolixiviación de minerales de cobre en montones. (Brierley y Brierley, 1999). 
Planta. Ton/día. Años en operación. 
Lo Aguirre, Chile 16,000 1980 - 1996. 
Gundpowder´s Mammoth Mine, Australia in situa 1991 - …. 
Mt. Leyshon, Australia 1,370 1991 - en cierre 
Cerro Colorado, Chile 16,000 1993 - …. 
Girilambone, Australia 2,000 1993 - …. 
Ivan- Zar, Chile 1,500 1994 - …. 
Quebrada Blanca, Chile 17,300 1994 - …. 
Andacollo, Chile 10,000 1996 - …. 
Dos Amigos, Chile 3,000 1996 - …. 
Zaldivar, Chile ≈ 20,000 1998 - …. 
a ≈1.2 millones de toneladas 
 6
http://www.mintek.ac.za/bulletin/apr99/Penoles.htm
http://www.mintek.ac.za/bulletin/jul2001/penoles.htm
http://www.mintek.ac.za/bulletin/feb2002/lme_cathodes.htm
Introducción. 
 7
En los últimos años se han puesto en operación seis plantas para el pretratamiento de biooxidación 
de concentrados sulfurados de Au y Ag que son refractarios a métodos convencionales de extracción, tabla 
1.3.2. Estas plantas utilizan grandes reactores agitados y aireados para la biooxidación de minerales de 
pirita y arsenopirita buscando recuperar los valores de oro y plata (Brierley, 1997). 
Tabla 1.3.2. Plantas de biooxidación de concentrados de flotación. (Brierley y Brierley, 1999). 
Planta Ton/día. Años en operación. 
Fairview, Sudáfrica. 35 1986, 1991 - ….. 
Sao Bento, Brásil. 150 1990 - …. 
Harbour Lights, Australia. 40 1992 - 1994. 
Wiluna, Australia. 115 1993 - …. 
Ashanti, Ghana. 1,0001994 - …. 
Youanmi, Australia 120 1994 - 1998. 
 
A partir 1989 se empezaron a realizar estudios sobre la biolixiviación de material pirítico rico en 
cobalto (d´Huges y col., 1999). La biolixiviación de cobalto a partir de estos estudios fue realizada a escala 
comercial. Sin embargo, debido a problemas del metal en el mercado mundial, la empresa tuvo que cerrar 
(Morin y col., 2003). En un futuro los tanques agitados de biolixiviación para el procesamiento de 
concentrados sulfurados de cobre serán una realidad (Johansson y col., 1999; Brierley y Brierley, 1999; 
d´Hugues y col., 2001). 
 Demostraciones comerciales de la tecnología de biooxidación para el pretratamiento de minerales 
sulfurados de bajas leyes en metales preciosos refractarios han revelado la factibilidad de aplicar técnicas 
biológicas para la liberación de los metales de interés utilizando microorganismos termófilos extremos, 60 a 
75 ºC, (Ehrlich, 1999; Harvey y col., 1999; Harvey y col., 2002; Petersen y Dixon, 2002; Chandrapabha y 
col., 2002, Hawkes y col., 2006). 
El futuro de la biohidrometalurgia está dirigido hacia el beneficio de minerales oxidados, silicatos y 
carbonatos. Además, la biooxidación de concentrados de oro y plata en tanques agitados está teniendo un 
avance cada vez mayor tratando de optimizar los procesos y de abatir costos de capital y operación. Así, 
en un futuro cercano hay que esperar un gran desarrollo de procesos en tanques agitados de una amplia 
variedad de sulfuros: Cu, Ga, Mo, Ni, Zn y Pb. (Miller y col., 1999, Morin y col., 2006). 
Objetivos e hipótesis. 
Objetivos. 
• Generar información acerca de los mecanismos implicados en el proceso de biolixiviación de la 
calcopirita usando distintos consorcios de microorganismos acidófilos. 
• Estudiar el efecto catalítico de los iones Ag+ y Co2+ en el proceso de disolución de la calcopirita y la 
influencia del incremento en la temperatura de trabajo. 
• Contribuir al estudio de la influencia de las interacciones galvánicas (calcopirita/pirita) sobre la 
velocidad de disolución de la calcopirita. 
 
Hipótesis de trabajo. 
• La disolución química de la calcopirita mejora en presencia de microorganismos acidófilos. 
• A 35ºC, el efecto de la presencia de los iones metálicos Ag+ y Co2+ sobre la biolixiviación de calcopirita 
provoca cambios en la capa pasivante que se forma sobre la superficie del sólido los cuales la hacen 
menos compacta, permitiendo la disolución continua de calcopirita por el Fe3+ que es generado por las 
bacterias, contribuyendo de manera importante al proceso de lixiviación. 
• La formación de pares galvánicos sulfuros-calcopirita y capa pasivante-calcopirita, permite la 
disolución anódica de esta última, lo que es una contribución importante al proceso de lixiviación. 
• El efecto catalítico de los iones Ag+ y Co2+ se ve influenciado por la temperatura de trabajo. Los 
mecanismos involucrados en presencia de microorganismos mesófilos (35°C) son diferentes a los 
mecanismos involucrados en presencia de microorganismos extremos (70°C). 
 
 
8 
Bases Teóricas. 
3. BASES TEÓRICAS. 
3.1. MÉTODOS DE BIOLIXIVIACIÓN. 
In Situ. Este proceso se utiliza en las minas donde las reservas convencionales del mineral ya han sido 
agotadas. Lixiviación aplicada a minerales de muy baja ley, <0.1%. Esta técnica consiste en irrigar las 
paredes de la mina con una solución lixiviante. El mineral debe haber sido fisurado o fracturado con 
anterioridad o bien debe ser un material poroso. 
En botaderos. Los botaderos son montones de mineral de grandes dimensiones en los que se acumulan 
minerales muy pobres, 0.1 a 0.5% del metal. Se utilizan terrenos adecuados en los que la solución 
lixiviante con la que se irriga el mineral pueda ser colectada, normalmente por la parte inferior del montón, 
para posteriores tratamientos, generalmente extracción por solventes, seguida de una reducción 
electrolítica, en los que se recupera el metal. La solución libre del mineral purificado (rafinado), es reciclada 
para atacar más mineral. 
Lixiviación en pilas. En este método, el mineral a tratar tiene una ley superior al caso anterior. El tamaño 
de partícula es más uniforme y la lixiviación es más rápida. El material a lixiviar se amontona sobre una 
superficie impermeabilizada y especialmente preparada para ello. 
Lixiviación dinámica. Este proceso se lleva a cabo en grandes reactores agitados mecánica o 
neumáticamente generando un movimiento continuo de la pulpa. Se tienen condiciones del proceso más 
controladas y por tanto un rendimiento de la lixiviación mayor. En la actualidad se han realizado numerosos 
estudios para la aplicación de este proceso a concentrados de sulfuros metálicos. 
 
3.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BIOLIXIVIACIÓN. 
Los argumentos que Miller y Winnby (1997), exponen a favor de la biolixiviación de minerales refractarios 
de oro y plata, también aplican al beneficio de los minerales sulfurados de cobre: 
1. Se generan productos finales estables desde el punto de vista ecológico. Por ejemplo, durante el 
tratamiento de menas de arsenopiritas refractarias que contienen Au, el arsénico se estabiliza 
mediante precipitación como arsenato férrico, en lugar de arsenito impuro, subproducto de tostación, 
difícil de eliminar y de purificación costosa. 
2. El tiempo necesario para obtener los permisos ecológicos al adoptar esta tecnología pueden acortarse, 
lo que se traduce en una reducción global de explotación de la zona. 
3. Menor costo y tiempo de legalización de los productos de desecho. 
4. Los costos de capital y operación son menores para el caso de minerales de baja ley. 
9 
Bases Teóricas. 
5. Ausencia de contaminación por dióxido de azufre. 
6. Las plantas de biolixiviación utilizan equipos sencillos, por lo que esta tecnología es apropiada para 
empresas que no cuentan con un gran soporte, ni de personal calificado, ni de mantenimiento. 
7. Selectividad del ataque microbiológico. Consecuencia, fácil separación de los subproductos del 
proceso. 
8. Bajo consumo de reactivos, especialmente ácidos, ya que los mismos microorganismos se encargan 
de acidificar el medio. 
9. La biolixiviación es tan versátil que permite que haya variaciones en los principales parámetros de 
operación a lo largo del tiempo, por ejemplo, cantidad de sulfuros, composiciones mineralógicas, etc. 
 Contrario a lo anteriormente listado, existen también desventajas que, en muchos casos, han 
impedido la comercialización de la biolixiviación y que deberán ser superadas para que el proceso sea 
económicamente competitivo con los métodos actuales de explotación (Miller y Winnby, 1997): 
1. Cinética lenta. Pese a que las bacterias aceleran notablemente distintas reacciones de oxidación, el 
proceso de biolixiviación es todavía muy lento, del orden de días e incluso meses y hasta años. 
2. Las aguas ácidas generadas en este proceso deben también ser tratadas antes de verterlas a la 
naturaleza, problema presente en prácticamente todos los procesos de metalurgia extractiva. 
3. Dificultad de implantación a partir de los procesos actuales en funcionamiento. 
4. La industria extractiva está deprimida y con graves problemas de capital, por lo que dispone de muy 
poco margen de maniobra para la industrialización y adaptación de nuevos procesos. 
 
3.3. MECANISMOS DE BIOLIXIVIACIÓN. 
Hasta la fecha existe una controversia generalizada acerca del papel que desempeñan los 
microorganismos en los procesos de biolixiviación y biooxidación (Boon, 1996; Boon, 2001). Algunos 
autores plantean un mecanismo de ataque de los microorganismos directo (Free y col., 1991). En este 
mecanismo se propone que los microorganismos están directamente adheridos a la superficie del mineral y 
son los que llevan a cabo la disolución de éste. Otros plantean un mecanismo de ataque indirectoque 
supone que el proceso se lleva a cabo por medio de una reacción química sobre la superficie del mineral a 
través de un agente oxidante, que en la mayoría de los casos es Fe(III). El papel de los microorganismos, 
en este ataque, es sólo el de oxidar el Fe(II) a Fe(III), es decir, reciclar el oxidante (Sand y col., 1999; 
Tributsch, 1999). 
 
10 
Bases Teóricas. 
3.3.1. Mecanismo de ataque directo. 
En el mecanismo de ataque directo se considera que la bacteria está asociada íntimamente con la 
superficie del sustrato sólido y que el sulfuro es oxidado biológicamente (Free y col., 1991). Sin embargo, el 
mecanismo específico, enzimático o electroquímico, por el cual ocurre esta oxidación no ha sido totalmente 
develado. En este caso se considera como un prerrequisito indispensable un contacto entre la bacteria y la 
superficie del mineral, figura 3.1. 
CuFeS2
Bacteria.
CO2
O2
SO42- Cu
2+
CuFeS2
Bacteria.
CO2
O2
SO42- Cu
2+
Figura 3.1. Mecanismo de ataque biológico directo, (Boon, 1996). 
 
Así, los compuestos de azufre inorgánico son oxidados a sulfatos en varias etapas intermedias 
catalizadas por la acción de los microorganismos presentes: 
MeS + 2O2 → MeSO4 (1) 
Donde el proceso está controlado por el equilibrio: 
MeS ↔ Me2+ + S2- (2) 
 La reacción 2 se encuentra muy desplazada hacia la izquierda, por ello a medida que los 
microorganismos oxidan los sulfuros a sulfatos, la reacción 1 se desplaza hacia la derecha según el 
principio de LeChatelier. 
 
3.3.2. Mecanismo de ataque indirecto. 
En contraparte, en el mecanismo indirecto se considera que el sulfuro es oxidado químicamente por acción 
de algún agente oxidante, comúnmente Fe(III), y la función de los microorganismos es sólo la de 
(re)generar a esta especie. En este caso no es necesario un contacto físico entre la bacteria y el sustrato 
sólido. La reacción de oxidación química puede ser completa, se producen Fe(II) y iones sulfato, figura 3.2, 
ó incompleta, se producen Sº y Fe(II), figura 3.3. 
 
11 
Bases Teóricas. 
Bacteria.
CuFeS2
CO2
O2
SO42-
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Bacteria.
CuFeS2
CO2
O2
SO42-
Cu2+
Fe2+
Fe3+
CuFeS2
CO2
O2
SO42-
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Figura 3.2. Mecanismo de ataque biológico indirecto. Oxidación química completa, (Boon, 1996). 
CuFeS2
Bacteria.
Bacteria.
CO2
CO2
O2
O2
S°
SO42-
Cu2+
Fe2+
Fe3+
CuFeS2
Bacteria.
Bacteria.
CO2
CO2
O2
O2
S°
SO42-
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Figura 3.3. Mecanismo de ataque biológico indirecto. Oxidación química incompleta (Boon, 1996). 
 
En la tabla 3.1 se enlistan reacciones de oxidación de calcopirita de acuerdo a los mecanismos 
anteriormente descritos. 
Tabla 3.1. Reacciones involucradas en la biolixiviación de la calcopirita. (Boon, 1996). 
Mecanismo: Estequiometría: Reacción: 
Directo CuFeS2 + 17/4O2 + H+ → Cu2+ + 2SO42- + Fe3+ + 1/2H2O Biológica 
Indirecto CuFeS2+ 16Fe3+ + 8H2O → Cu2+ + 2SO42- + 17Fe2+ + 16H+ Química 
Completo 17Fe2+ + 17/4O2 + 17H+ → 17Fe3+ + 17/2H2O Biológica 
Indirecto CuFeS2 + 4Fe3+ → Cu2+ + 2Sº + 5Fe2+ Química 
Incompleto 5Fe2+ +5/4O2 + 5H+ → 5Fe3+ + 5/2H2O Biológica 
 2Sº + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 Biológica 
12 
Bases Teóricas. 
3.3.3. Lixiviación de contacto. 
Diversos estudios realizados para tratar de esclarecer el proceso interfacial de oxidación de los sulfuros 
metálicos desde los puntos de vista químico y físico han omitido la importancia y consideración de las 
sustancias poliméricas extracelulares (SPE), excretadas por las bacterias (Tributsch, citado en: Sand y col., 
1999). Sin embargo, dado que distintos mecanismos electroquímicos, bioquímicos y de superficie están 
interactuando, es necesario considerar la función de éstas. Para que exista un ataque biológico en la 
superficie del sulfuro, la presencia de SPE entre la bacteria y la partícula sólida es un prerrequisito, esto es, 
una capa de compuestos orgánicos entre la bacteria y el mineral. 
Por lo anterior, a últimas fechas se ha redefinido el término de lixiviación directa como lixiviación de 
contacto. Existen evidencias suficientes para considerar el papel de la formación de la película orgánica en 
las interacciones bacteria/sustrato (Luther, citado en: Sand y col., 1999). Películas orgánicas han sido 
observadas con bacterias Acidithiobacillus ferrooxidans en un medio conteniendo pirita como sustrato, 
figura 3.4 (Schippers y Sand, 1999; Barreto y col., 2005; Harneit y col., 2006). 
 
Figura 3.4. Lixiviación de contacto: a) Tf durante la extracción de S° y b) Lf atacando FeS2 , 
(Tributsch, 1999). 
 
Según estudios realizados por diferentes autores (Van Loosdrecht y col., 1987a, 1987b 1990a y 
1990b; Devasia y col., 1993), las fuerzas electrostáticas entre la superficie de los minerales y las bacterias 
son el factor determinante de la adherencia inicial de estas últimas de tal manera que dicha adherencia 
13 
Bases Teóricas. 
decrece con el aumento de la repulsión electrostática. Solari y colaboradores (1992), encontraron que a 
pH<2.2 existe una atracción electrostática entre las bacterias y la pirita mientras que con la calcopirita se 
produce una repulsión. Das y colaboradores (1999), realizaron estudios electrocinéticos que sugirieron que 
la química superficial de la bacterial Acithiobacillus ferrooxidans depende de las condiciones de 
crecimiento. Encontraron que esta bacteria posee ciertas características hidrofóbicas creciendo en medios 
que contienen sulfuros, pirita o calcopirita. 
 
3.3.4. Lixiviación cooperativa. 
Recientemente se ha propuesto un mecanismo en el que la lixiviación se lleva a cabo de una forma 
simbiótica, proceso en el cual las bacterias adheridas atacan la superficie del mineral, mientras que las 
bacterias libres contribuyen al ataque indirecto de éste, figura 3.5 (Tributsch, 1999; Bryan y col. 2006). 
 
Figura 3.5. Biolixiviación indirecta, de contacto y cooperativa de sulfuros metálicos (Tributsch, 1999). 
 
3.3.5. Nuevos mecanismos de ataque indirecto. 
Estudios más recientes proponen dos mecanismos de ataque indirecto de biolixiviación: el mecanismo de 
ataque indirecto vía tiosulfato y el mecanismo de ataque indirecto vía polisulfuro (Sand y col., 1999): 
Mecanismo de ataque indirecto vía tiosulfato. En el mecanismo de ataque vía tiosulfato se propone que 
es el hierro (III) contenido en las SPE el que ataca de forma indirecta al sulfuro según las siguientes 
reacciones: 
FeS2 + 6Fe3+ + 3H2O → 7Fe2+ + S2O32- + 6H+ (3) 
S2O32- + 8Fe3+ + 5H2O → 2SO42- + 8Fe2+ + 10H+ (4) 
14 
Bases Teóricas. 
 En este mecanismo se propone que, una vez que la bacteria está adherida a la superficie del 
mineral, el ion férrico contenido en la capa de SPE comienza a atacar al sulfuro de forma indirecta, según 
la reacción 3, produciendo ion ferroso y tiosulfato. Este último reacciona con el ion férrico generando otros 
productos intermediarios como tetrationatos y tritionatos, hasta llegar al sulfato de acuerdo a (4). De cuerdo 
a este mecanismo,los sulfuros que se degradan a través de esta ruta son la pirita, FeS2, la molibdenita, 
MoS2, y la tugstenita, WS2. 
 
Mecanismo de ataque indirecto vía polisulfuro. En el segundo caso se propone que, de acuerdo al 
enlace que presenta el mineral, los protones del medio ácido pueden atacar primeramente la red cristalina 
según las reacciones: 
MeS + Fe3+ + H+ → Me2+ + 0.5H2Sn + Fe2+ (5) 
0.5H2Sn + Fe3+ → 0.125S8 + Fe2+ + H+ (6) 
0.125S8 + 1.5O2 + H2O → SO42- + 2H+ (7) 
donde (n ≥ 2). 
 Según este mecanismo el papel que las bacterias desempeñan durante la biolixiviación es producir 
ácido sulfúrico, abasteciendo al medio de protones para la hidrólisis del mineral y manteniendo el pH del 
sistema en un valor tal que los iones Fe(III) puedan estar presentes en solución para realizar el ataque 
químico del mineral. Dentro de los minerales que son susceptibles de disolverse a través de este 
mecanismo están la calcopirita, la esfalerita la galena, figura 3.6. 
Figura 3.6. Esquema de los mecanismos indirectos vía tiosulfato y polisulfuro en la (bio)lixiviación. 
MS=sulfuro metálico; M2+=ion metálico; SsO32-=tiosulfato; Sn2-=polisulfuro con cadena larga (n); S8=azufre 
elemental; Tf, Lf, Tt=Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans y Acidithiobacillus 
thiooxidans respectivamente, (Sand y col., 1999). 
15 
Bases Teóricas. 
3.4. MICROORGANISMOS INVOLUCRADOS EN LA BIOHIDROMETALURGIA. 
Las bacterias junto con las cianobacterias (algas verde azuladas), son protistos unicelulares inferiores 
conocidos como procariontes no tienen un núcleo verdadero, sino que el DNA está presente como una 
molécula simple en el interior de la célula. La forma y estructura de los procariontes son relativamente 
limitadas: las bacterias pueden ser esferas (cocos), varillas rectas (bacilos), o varillas curvas (espirales). La 
falta de variedad de forma está más que compensada por la inmensa diversidad de características 
metabólicas y por su adaptabilidad (Harrison, 1984). 
Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos de temperatura: las 
criófilas (menos de 20ºC); Las mesófilas (20ºC-40ºC); las termófilas moderadas, en un medio más caliente 
que las anteriores (40ºC-55ºC) y las termófilas extremas (arqueobacterias), necesitan un ambiente aun 
más caliente (más de 55ºC). Ninguna de las bacterias criófilas participa en la oxidación de minerales 
(Brewis, 1996). Los microorganismos importantes en biohidrometalurgia pueden clasificarse en tres grupos: 
- Mesófilos de los géneros Acidithiobacillus y Leptoespirillum. 
- Termófilos moderados del género Sulfobacillus. 
- Arqueobacterias de los géneros Sulfolobus acidanus, Metallosphaera y Sulfurococcus. 
 
3.4.1. Los mesófilos: 
Acidithiobacillus ferrooxidans, Tf. Esta bacteria es el microorganismo dominante en la oxidación de 
minerales sulfurados y es la que se desarrolla en el medio más ácido. Tiene una forma de bastoncillo con 
un tamaño de célula de 0.3 a 0.5 μm de diámetro y de 1.0 a 1.7 μm de longitud. Sus fuentes de energía 
son el Fe2+ y el azufre reducido; oxida prácticamente a todos los minerales sulfurados conocidos. Crece en 
un amplio intervalo de pH, siendo el óptimo para alcanzar la máxima velocidad de crecimiento entre 2.0 y 
2.5. Sobrevive en un intervalo de temperatura de 2 a 40ºC, pero el más favorable es de 28 a 35ºC (Norris, 
1990). 
El Tf prolifera en cuestión de horas, dividiéndose en dos bastoncillos idénticos. Estos, a su vez, 
aumentan de tamaño y vuelven a dividirse y así continúa la proliferación en forma exponencial. 
Normalmente, en un sistema en actividad, las poblaciones bacterianas alcanzan cifras de 109 a 1010 
células/mL de pulpa. Sin embargo, incluso con esta elevada densidad no hay pruebas de su presencia a 
simple vista (Norris, 1990). 
Leptospirillum ferrooxidans, Lf. Estas células tienen forma de espiral de diferentes longitudes, son 
fácilmente diferenciables de la Tf; ya que son ligeramente más delgadas y tienen un movimiento mucho 
16 
Bases Teóricas. 
más frecuente realizado con un largo flagelo polar. Su fuente de energía es el Fe2+. Esta bacteria crece en 
medios donde hay pirita, pero la carencia de la capacidad de oxidar al azufre restringe su crecimiento en 
algunos otros minerales sulfurados, incluyendo a los concentrados de calcopirita. 
 Acidithiobacillus thiooxidans, Tt. Se parece a la Tf por el medio ácido en el que se desarrolla, en su 
capacidad para crecer en un medio que contenga azufre y en su morfología, aunque en ésta los 
bastoncillos usualmente poseen un flagelo polar dando una movilidad mayor en comparación con la Tf; su 
crecimiento óptimo es a una temperatura cercana a los 30º C. Esta bacteria se diferencia de la Tf porque 
no presenta la capacidad para oxidar al hierro (Norris, 1990). 
 
3.4.2. Los termófilos moderados. 
Entre los cultivos de bacterias que presentan la capacidad de oxidar hierro y minerales sulfurados 
alrededor de los 50ºC existen distintos géneros. Todas ellas presentan tinción Gram positiva, y también 
tienen en común una versatilidad de nutrientes mucho más amplia que las autotróficas obligadas, Tf y Lf, 
que presentan tinción Gram negativa (Norris, 1990). 
Sulfobacillus thermosulfidooxidans. Estas bacterias han sido aisladas de medios geotérmicos de menas de 
minerales sulfurados y sobre depósitos de carbón en el Este de Europa. Su forma ha sido descrita como 
esporas sin movilidad. Estas especies de bacterias pueden tener una variedad de formas, con tamaños de 
0.8 a 6 μm. Las bacterias son generalmente más pequeñas cuando crecen autotróficamente en Fe2+, en 
ausencia de extracto de levadura. Su temperatura óptima de crecimiento, asociada con la oxidación de 
Fe2+, está generalmente entre los 45ºC y 50ºC, aunque están activas dentro de un amplio rango de 
temperaturas (Norris, 1990). 
 
3.4.3. Arqueobacterias. 
Las morfologías similares de las arqueobacterias, esféricas, y la oxidación de hierro y/o azufre que han 
sido estudiadas encubren una diversidad de tipos en términos de sus taxonomías y de su actividad en la 
oxidación bacterial. Los cultivos que oxidan Sº fueron clasificados como Sulfolobus acidocaldarius (Norris, 
1990). 
Sulfolobus acidocaldarius. De morfología esférica, está arquea es extremadamente termofílica y oxida al 
hierro y/o al azufre. Su temperatura óptima de crecimiento en medio rico en Fe2+ es de alrededor de 70ºC. 
17 
Bases Teóricas. 
 A partir de esta bacteria se adaptaron algunos cultivos para que su crecimiento sólo fuera 
heterotrófico y para que no pudiera oxidar al hierro o al azufre. Para el crecimiento de ésta, la temperatura 
óptima es de 65 a 80ºC en presencia de S (Norris, 1990). 
Sulfolobus brierleyi. Para el crecimiento de esta bacteria se requiere la presencia de extracto de levadura 
en medios que contengan minerales piritosos y/o Fe2+ en solución. La oxidación de minerales es más lenta 
que cuando se está en contacto con la especie anterior. La capacidad de crecimiento autotrófico de esta 
bacteria ha sido desarrollada adaptándola en un medio que contiene azufre, pero se ha llegado a encontrar 
que la agitación inhibe el crecimiento de tales arqueobacterias (Norris, 1990). 
 
3.5. CALCOPIRITA. 
Aproximadamente el 90% del cobre en el mundo se obtiene a partir de sulfuros minerales de los cuales la 
calcopirita, CuFeS2, es el mineral más importante (Gunter, 1999). Otros sulfuros de los que también se 
extrae cobre son la covelita, CuS; calcocita, Cu2S; y la bornita, Cu5FeS4, (Biswas y Davenport, 1976;Rossi, 
1990). 
 
3.5.1. Propiedades de la calcopirita. 
La compleja estructura de la calcopirita es derivada de la estructura de la blenda de zinc (ZnS), en la cual 
los dos átomos de zinc son reemplazados por átomos de hierro y cobre. Cada átomo metálico está 
rodeado por azufre y cada azufre por un metal en los intersticios de un tetraedro. Hay dos posibles estados 
para la calcopirita, Cu+Fe3+(S2-)2 y Cu2+Fe2+(S2-)2. Existe un cierto carácter covalente en la estructura de la 
calcopirita donde cada átomo está enlazado a sus cuatro vecinos más cercanos por orbitales híbridos sp3. 
 La estructura antiferromagnética observada en la CuFeS2 sugiere una valencia de 1 para el cobre y 
una valencia de 3 para el hierro. Estudios de espectroscopía Mössbauer soportan esta conclusión. Las 
distancias promedio de los enlaces S-S, Fe-S y Cu-S son 0.368, 0.225 y 0.230 nm respectivamente 
(Habashi, 1978). 
18 
Bases Teóricas. 
 La calcopirita cristaliza en el sistema tetragonal, estructura tipo esfalerita. En una celda unitaria los 
átomos de azufre se disponen en un empaquetamiento cúbico con los átomos metálicos ocupando los 
intersticios del tetraedro, de forma que los átomos de cobre y hierro ocupan posiciones alternas a lo largo 
del eje C. Cada átomo metálico es coordinado por un tetraedro de átomos de azufre y cada átomo de 
azufre por un átomo de cada metal (dos de cobre y dos de hierro), con un ligero desplazamiento de los 
átomos de azufre hacia los vértices Fe-Fe, figura 3.7. 
 
Figura 3.7. Estructuras cristalinas de (a) esfalerita, (b) calcopirita y (c) tetrahedrita (Bodie y McDaniel, 
1970). 
 
 En la tabla 3.2 se presentan algunas características de la calcopirita. 
 
Tabla 3.2. Propiedades de la calcopirita (Hiskey, 1993). 
Estructura cristalina: tetragonal. 
Estructura iónica: Cu+Fe3+(S2-)2 
Densidad (g/cm3): 4.0878 
Dureza Moh: 3.5 - 4.0 
Movilidad de las vacancias (cm2.V-1.s-1): 21 
Movilidad electrónica (cm2.V-1.s-1): 18 
Cp0 (J.mol-1.K-1): 298-830 K 88.71 + 5.19x10-2T – 7.45x105T-2 
ΔGf0 (KJ.mol-1): -173.4 
ΔHf0 (KJ.mol-1): -173.3 
Resistividad (Ωm): 2x10-4 – 3x10-1 
α-CuFeS2 (tetragonal) → β- CuFeS2 (cúbica) 550ºC 
Energía gap a temperatura ambiente (eV) 0.6 
19 
Bases Teóricas. 
 La calcopirita es definida como un semiconductor que presenta una energía gap de cerca de 0.6 
eV (Austin y col., 1956; Crundwell, 1988), que separa los estados electrónicos ocupados (banda de 
valencia) de los desocupados (banda de conducción). Resistividades de distintos especimenes de 
calcopirita tipo n analizados por Shuey (1975), presentaron valores entre 1.6X10-4 y 3.0X10-1 Ωm. 
Es difícil calcular exactamente las energías de banda de la calcopirita debido a su estructura 
cristalina antiferromangética. Sin embargo, estudios hechos con CuAlS2 y CuGaS2 dopados con Fe 
mostraron que la banda de valencia está formada con orbitales de Cu 3d y de azufre 3p y que la banda de 
conducción es principalmente de carácter 3d de Fe (Shuey, 1975). La estructura de banda de la calcopirita 
está representada esquemáticamente por el nivel de energía mostrado en la figura 3.8. 
Figura 3.8. Diagrama simplificado de los niveles de energía de la calcopirita mostrando el carácter 3d de la 
banda de valencia y carácter 3d de la banda de conducción (Crundwell, 1988). 
-5.27 0.77 Fe3+/Fe2+
-5.46 1.09 NO3-/NO 
-5.73 1.23 O2/H2O
-4.65 0.15 Cu2+/Cu+Banda de 
conducción.
Fe 3d
Banda de 
valencia.
Cu 3d
S 3p
EV
EC
-5.04 0.54 I3-/I-
Eg = 0.60 
V
-5.27 0.77 Fe3+/Fe2+
-5.46 1.09 NO3-/NO 
-5.73 1.23 O2/H2O
-4.65 0.15 Cu2+/Cu+Banda de 
conducción.
Fe 3d
Banda de 
valencia.
Cu 3d
S 3p
EV
EC
-5.04 0.54 I3-/I-
Eg = 0.60 
V
Banda de 
conducción.
Fe 3d
Banda de 
valencia.
Cu 3d
S 3p
EV
EC
-5.04 0.54 I3-/I-
Eg = 0.60 
V
 
Desde el punto de vista industrial, la biolixiviación de la calcopirita presenta mayor interés debido a 
que su disolución hidrometalúrgica es muy difícil. Este problema está directamente relacionado al 
mecanismo de ataque el cual es un fenómeno electroquímico (Hackl y col., 1995). Los estudios realizados 
en este campo están dirigidos a mejorar la cinética de disolución a través de alguno de los siguientes 
factores: 
• Utilización de un mayor número de microorganismos lixiviantes, lo que involucra microorganismos que 
viven a temperaturas más elevadas (termófilos moderados y arqueobacterias). 
• Estudio de la influencia de factores físico-químicos (tamaño de partícula, temperatura, pH, agentes 
catalíticos, etc.). 
20 
Bases Teóricas. 
3.5.2. Factores que afectan la disolución de la calcopirita. 
Cada átomo metálico en el arreglo cristalino de la calcopirita es coordinado por un tetraedro de átomos de 
azufre y cada átomo de azufre por un átomo de cada metal (dos de cobre y dos de hierro), con un ligero 
desplazamiento de los átomos de azufre hacia los vértices Fe-Fe. Esto produce una distorsión de la red 
cristalina que según Winterberger (1957), puede afectar al proceso de disolución. 
Por otra parte, la anisotropía de la conductividad eléctrica de la calcopirita, mayor a lo largo del eje 
tetragonal (C), que en la dirección perpendicular, también influye en su disolución, según planos cristalinos 
preferentes (Teranishi, 1961). 
 El enlace entre los átomos de la calcopirita es esencialmente covalente fluctuando entre dos 
estados iónicos: Cu+, Fe3+, (S2-)2 y Cu2+, Fe2+, (S2-)2, representando los extremos de una serie en la cual la 
mayoría de las calcopiritas serían intermedias entre ambos. Sin embargo, estudios de espectroscopía 
Mössbauer han demostrado que todas las calcopiritas son esencialmente idénticas (Habashi, 1978), 
aunque la cuestión de que diferentes especímenes se lixivien a distinta velocidad continúa siendo objeto de 
controversia. 
 De acuerdo a Teranishi (1961), los cristales naturales de calcopirita tienen el comportamiento típico 
de un semiconductor. Su conductividad a temperatura ambiente varía entre 8 y 20 Ω-1cm-1. En un 
semiconductor, con una distribución electrónica en bandas semi-ocupadas, algunos electrones pueden 
excitarse térmicamente desde la banda casi completa a la banda casi vacía. El número de electrones 
excitados aumentará con la temperatura, por lo que la conductividad de un semiconductor se incrementa 
con la temperatura (Harvey, 1928). Dependiendo de si son predominantes los electrones, en la banda semi-
vacía, o las vacantes en la banda semi-ocupada, se habla de semi-conducción tipo n ó p, respectivamente. 
 En la siguiente tabla se presentan las propiedades de algunos minerales sulfurados así como el 
tipo de semi-conducción que presentan. 
 
Tabla 3.3. Propiedades de algunos minerales sulfurados (Crundwell, 1988). 
Mineral Fórmula Resistividad (Ωm) Tipo de semiconductor Erep(V) 
Pirita FeS2 0.1-3X10-2 n, p0.63 
Calcopirita CuFeS2 0.2-9X10-3 n 0.53 
Calcocita Cu2S 10-2-10-5 p 0.44 
Covelita CuS 10-4-10-6 p metálica 0.42 
Galena PbS 10-5 n, p 0.28 
Esfalerita ZnS 105 -107 --- -0.24 
 
21 
Bases Teóricas. 
 Para una configuración iónica Cu+Fe3+(S2-)2, el cobre sustituido por el hierro proporciona un defecto 
negativo y el hierro por el cobre un defecto positivo. Cabe esperar entonces que una calcopirita rica en 
hierro sea relativamente conductora, tipo n, y una calcopirita rica en cobre resistiva o tipo p. Un hecho que 
apoya esto es que las muestras de yacimientos ricos en hierro tienen menor resistividad que aquellas 
provenientes de yacimientos ricos en cobre (Lawrence y col., 1984). 
 Los átomos del metal y del azufre se enlazan en la red cristalina. De acuerdo a la teoría de 
orbitales moleculares y a la teoría de enlaces de valencia, la banda con el más alto nivel de energía, que 
está llena de electrones, es la banda de valencia. En el caso de sulfuros tales como la pirita, molibdenita y 
tugnstenita, las bandas de valencia provienen sólo de los orbitales de los átomos metálicos, mientras que 
las bandas de valencia de otros sulfuros como la calcopirita y esfalerita se derivan de ambos átomos, 
metálico y del azufre. 
 Debido a lo anterior los enlaces que se presentan en los sulfuros como la pirita, molibdenita y 
tungstenita pueden ser destruidos sólo con agentes oxidantes tan o más fuertes que el ion férrico. En el 
caso de los otros sulfuros, además de los iones férricos, los protones pueden remover electrones de las 
bandas de valencia, causando el rompimiento entre el metal y el azufre del sulfuro (Sand y col., 1999). En 
resumen, sulfuros tales como la calcopirita y la esfalerita serán más o menos solubles en un medio ácido, 
mientras que la pirita, molibdenita y la tugstenita serán insolubles. 
 
3.5.3. Efecto de iones metálicos sobre la biolixiviación de calcopirita. 
A la fecha se han investigado algunos procesos hidrometalúrgicos para la recuperación de cobre a partir de 
sus concentrados (Swinkels y col., 1978; Miller y Portillo, 1979). Se ha demostrado que la oxidación de la 
calcopirita por efecto del ion férrico en soluciones ácidas produce azufre elemental, el cual tiende a cubrir 
las partículas de sólido y de este modo interfiere con el transporte de electrones y el flujo de reactivos y 
productos entre la fase sólida y la solución (Miller y Portillo, 1979), interrumpiendo el proceso de disolución. 
 Aunque no ha sido posible evitar o reducir la formación de azufre o, en su defecto, oxidarlo más 
rápidamente a través de ciertos microorganismos, se siguen realizando estudios para prevenir, remover o 
modificar el recubrimiento de azufre en la superficie de la calcopirita. Estos estudios contemplan: (1) una 
molienda por fricción para obtener una mayor área superficial; (2) remolienda de los residuos de lixiviación 
para volver a exponer la superficie de la calcopirita a la solución lixiviante y por consiguiente a los 
microorganismos; y (3) el uso de agentes catalíticos para alterar la química del azufre elemental formado 
(Ballester y col., 1992; Hong-mei Li y Jian-ju Ke, 2001, López Juárez, 2001, Muñoz y col., 2007). 
22 
Bases Teóricas. 
Los dos primeros métodos físicos han tenido éxito pero tienen aplicaciones muy limitadas debido al 
alto costo asociado a la conminución del material. Sin embargo, una ruta de oxidación de la calcopirita 
catalizada por ciertos iones parece acelerar considerablemente la velocidad de lixiviación de ésta. 
Bjorling (1954), sugirió que la velocidad de disolución de minerales sulfurados puede ser acelerada 
considerablemente por la adición de iones catalíticos a la solución. Dichos iones pueden tener una 
influencia importante sobre la velocidad de las reacciones de óxido-reducción, las cuales toman lugar 
durante la biolixiviación de los sulfuros; estos iones afectan la naturaleza de los productos de reacción. 
En algunos estudios, aplicando el modelo de Michaelis-Menten, se han modificado las constantes 
cinéticas para disolución microbiológica de algunos sulfuros adicionando cationes catalíticos (Ballester y 
col., 1989; Escudero y col., 1993). Con esto se demostró que el proceso de biolixiviación puede ser 
acelerado por la adición de ciertos iones metálicos que son capaces de formar pares redox para influir en 
las reacciones entre el sulfuro metálico y el medio oxidante. 
Los primeros estudios sobre esta línea fueron realizados por Scott y Dixon (1968), quienes 
estudiaron el efecto de varios cationes metálicos sobre la velocidad de disolución de la esfalerita. Estos 
autores explicaron que el efecto catalítico de los iones era desplazar átomos superficiales de la red del 
sulfuro estableciendo así un par galvánico que acelera la velocidad de disolución del sustrato. 
La acción del ion Co(II) ha sido reportado por Scott y Dixon (1968), como un fenómeno puramente 
químico en el que el intercambio entre los iones Co(II) y la calcopirita promueven en cierta medida la 
disolución de esta última. 
El efecto de la presencia de los cationes adicionados sobre la velocidad de disolución de la 
calcopirita y sobre la extracción final de cobre fue el siguiente: 
Ag+ >>Hg2+ > Co2+ >Bi3+ As5+ > Ru3+ ~ Blanco. 
Otros estudios han reportado el uso de diversos cationes como agentes catalíticos tanto en la 
lixiviación de calcopirita (Miller y Portillo, 1979) como en su biolixiviación (Ballester y col., 1992; Mier y col., 
1995; Mier y col., 1996; Blázquez y col, 1999; Hiroyoshi y col., 2007). De dichos estudios se concluyó que 
los cationes que más aceleran la biolixiviación de la calcopirita son el bismuto, el cobalto y, principalmente, 
la plata. 
Aunque podría parecer lógico que la adición de iones metálicos a sistemas de biolixiviación a 
elevadas temperaturas con arqueobacterias, aceleraría la velocidad de disolución de la calcopirita, este tipo 
de microorganismos es menos resistente que las bacterias mesófilas a la acción de dichos iones, de aquí 
que su aplicación esté limitada. 
23 
Bases Teóricas. 
En soluciones ácidas de sulfato férrico la calcopirita se disuelve de acuerdo a la reacción (Miller y 
Portillo, 1979): 
CuFeS2 + 4Fe3+ → Cu2+ + 5Fe2+ + 2Sº (8) 
 Investigaciones previas han demostrado el efecto catalítico de la plata sobre la lixiviación de 
calcopirita en medios ácidos de Fe(III) (López Juárez, 2001; Rivera-Santillán y col., 1999; Barriga Mateos y 
col., 1993; Carranze y col., 2004), esto es, la adición de iones plata al sistema acelera de manera notable 
la velocidad de la oxidación de dicho mineral. 
 Se ha propuesto que la reacción de calcopirita con el ion plata en ausencia de agentes oxidantes 
es (Miller y Portillo, 1979; Hiroyoshi y col., 2002; Wang y col., 2004): 
CuFeS2 + 4Ag+ → 2Ag2S(sup)↓ + Cu2+ + Fe2+ (9) 
 La calcopirita reacciona con iones Ag+ formando un precipitado negro azulado sobre la superficie 
de ésta. Esta película de Ag2S formada reacciona espontáneamente con el ion férrico de la solución: 
Ag2S(sup)↓ + 2Fe3+ → 2Ag+ + 2Fe2+ + Sº (10) 
Según lo reportado por Barriga Mateos y colaboradores(1993), el sulfuro de plata formado sobre la 
superficie de la calcopirita tiene un potencial de electrodo de 0.93V (vs ENH) y actúa como cátodo, 
mientras que la calcopirita (0.43V, vs ENH), hace la función de ánodo en el par galvánico formado, siendo 
esta última oxidada de acuerdo a la reacción: 
CuFeS2 → Cu2+ + Fe2+ +2Sº + 4e- (11) 
Sin embargo, termodinámicamente, un valor de potencial tan elevado para el sulfuro de plata no 
permitiría la oxidación espontánea de éste por el ion férrico, cuyo valor de potencial es más bajo. 
 El azufre elemental formado sobre la superficie de la calcopirita es, en el caso de la reacción 
catalizada con plata (reacción 11) muy poroso, mientras que el azufre producido en la reacción 8 forma una 
capa más tenaz, lo que crea una barrera difusional más difícil de superar. El ion plata generado en la 
reacción 10 reacciona con la calcopirita de acuerdo a la reacción 9 regenerando el sulfuro de plata en la 
superficie de ésta. Es decir, ocurre un proceso cíclico (catalítico), de destrucción de pares galvánicos en la 
superficie de reacción y creación de otros pares nuevos en sitios diferentes, por lo que continuamente se 
están activando zonas nuevas de la superficie de la calcopirita y por tanto su oxidación se acelera. 
 Inicialmente, una reacción de intercambio toma lugar en la superficie de la calcopirita, tanto en 
ausencia como en presencia de microorganismos. Sin embargo, la presencia de microorganismos 
hierrooxidantes acelera la oxidación de Fe(II) a Fe(III) generando con esto las condiciones necesarias para 
disolver la película de Ag2S y consecuentemente, acelerar el efecto galvánico de oxidación de la calcopirita. 
24 
Bases Teóricas. 
3.6. CINÉTICA DE LOS PROCESOS DE BIOLIXIVIACIÓN. 
La mayoría de los sistemas hidrometalúrgicos son heterogéneos con la consecuencia de que la etapa más 
lenta de la serie de reacciones que se llevan a cabo en los procesos puede también ser heterogénea, esto 
es, involucrar la formación de interfases sólido-líquido, líquido-líquido, sólido-gas, etc. En algunos casos, la 
etapa más lenta en un sistema heterogéneo puede ser homogénea, como por ejemplo, cuando la difusión a 
través de una de las fases es la velocidad controlante, (Burkin, 2001). 
Estudios realizados para analizar el aspecto cinético del proceso de disolución de la calcopirita han 
mostrado que, dependiendo las condiciones en las que se lleven a cabo los experimentos, se involucran al 
menos dos etapas que pueden considerarse como controlantes de dicho proceso, entendiendo la palabra 
“controlante” como la etapa más lenta de todas las involucradas en el proceso global de disolución de la 
calcopirita y por tanto, puesto que es la más lenta, la etapa que determina el tiempo necesario para llevar a 
cabo la disolución total de la calcopirita. 
La lixiviación de las partículas de mineral puede describirse usando ecuaciones previamente 
deducidas en las que se supone que la geometría de las mismas es esférica (Wandsworth y Miller, 1979). 
Considerando que la etapa controlante de un proceso de lixiviación es la reacción química entre los 
reactantes y la superficie del mineral, la ecuación que representa las condiciones bajo las cuales los 
productos de la reacción no forman capas protectoras es: 
1-(1-α)1/3 = kRQt (12) 
donde α representa la fracción de material que ha reaccionado, kRQ representa la constante de 
proporcionalidad y t el tiempo. 
 Por otro lado, si se considera que la etapa controlante del sistema de lixiviación es la difusión de 
reactantes y/o productos desde y hacia la superficie del mineral se puede utilizar el modelo de núcleo 
decreciente en el cual la ecuación que representa al proceso es: 
1-2/3α-(1-α)2/3 = kDt (13) 
donde α representa la fracción de material reaccionada, kD representa la constante de proporcionalidad y t 
el tiempo. 
La evaluación de la constante de velocidad, KRQ y KD, para procesos controlados por reacción 
química y difusión respectivamente, aporta información al estudio cinético de los sistemas heterogéneos, 
involucrando el análisis de la energía de activación, ΔE. (Perry, 1994). ΔE puede ser determinada 
utilizando la ecuación de Arrhenius: 
25 
Bases Teóricas. 
K = e-ΔE/RT (14) 
Donde k es la constante de proporcionalidad de las ecuaciones 12 y 13; ΔE es la energía de 
activación; R la constante universal de los gases y T la temperatura absoluta. 
Considerando la forma logarítmica de dicha ecuación, se obtiene la expresión mostrada en la 
ecuación 15: 
ln k = (ΔE/R)(1/T) + ln A (15) 
Donde A es una constante y el resto de los términos están definidos en las líneas anteriores. 
Saxena y Mandre (1992), propusieron, en lixiviaciones oxidantes de calcopirita empleando FeCl3 
como agente lixiviante a distintas temperaturas, la existencia de una tercera ecuación, que involucra a las 
dos ecuaciones, y que, físicamente representa la existencia de dos etapas involucradas en el proceso de 
disolución de la calcopirita: una primera en la que la reacción química es la etapa controlante del proceso 
de disolución y una segunda, en la que la difusión es la etapa controlante. 
En estudios realizados por Lin y Sohn (1987), usando fragmentos de calcopirita y pirita a 75 y 
90°C, con la variante de incorporar una considerable presión parcial de O2 concluyeron con resultados 
similares, es decir, que la lixiviación de estos dos minerales es controlada tanto por reacción química como 
por difusión. 
En experimentos de lixiviación de un concentrado de calcopirita de diferentes tamaños con una 
solución 1M H2SO4 y 0.25M Fe2(SO4)3 a 90°C, Munoz y colaboradores (1979), determinaron que la etapa 
controlante fue el transporte de reactantes a través de la capa de productos formados sobre las partículas 
de calcopirita (difusión). 
Sin embargo, recientemente Antonijevic y colaboradores (2004), realizaron estudios de disolución 
de calcopirita usando como agente lixiviante peróxido de hidrógeno, H2O2, en ácido sulfúrico en un rango 
de temperaturas de 25-50°C. Sus resultados mostraron que la velocidad de oxidación de la calcopirita bajo 
esas condiciones de trabajo fue independiente de la velocidad de agitación lo cual indicaría que el proceso 
no fue controlado por la difusión en la fase líquida. Estos autores, también determinaron que la cinética de 
oxidación de la calcopirita seguía el modelo de núcleo decreciente teniendo como etapa controlante la 
reacción química superficial con una energía de activación de 60 kJ/mol. 
Resultados reportados por Hirato y colaboradores (1987), mostraron que la velocidad de lixiviación 
de la calcopirita se incrementó con el aumento de la concentración de Fe3+ hasta una concentración de 0.1 
M mostrando una dependencia de primer orden. Sin embargo, a concentraciones mayores de 0.1M, la 
velocidad de lixiviación disminuyó. 
26 
Bases Teóricas. 
3.7. DISOLUCÓN ANÓDICA DE LA CALCOPIRITA. 
Actualmente, las principales fuentes de Cu, Pb, Zn y Ni existen en forma de sulfuros minerales. Las fuertes 
restricciones ambientales impuestas sobre los procesos de fusión de concentrados de sulfuros minerales 
han estimulado el desarrollo de rutas hidrometalúrgicas que evitan la producción de SO2 (Crundwell,