Reducción carbotérmica y biolixiviación de un mineral que contiene especies de hierro, titanio y vanadio, empleando la bacteria Shewanella putrefaciens

Abstract

Currently the exploitation value of metals, such as titanium and vanadium have gained importance due to new applications in medicine, structural, to name a few; the same happens with iron, which exploitation continues generating discoveries, both in the area of materials such as biogeochemistry. Therefore, this research aims to apply separately routes: carbothermal reduction using graphite as a reducing agent and bioleaching with ferric reducing bacteria Shewanella putrefaciens, on mineral called black sand beach for the recovery of iron, titanium and vanadium. After the stage of pulverized, the ore particle size had a D80 equal to 86 microns and according to XRF analysis, atomic absorption and ICP-OES, the main element is iron with 60 wt% and to a lesser extent titanium and vanadium (1.19 and 0.36 wt%, respectively), ruling out the presence of gold and silver. XRD analysis shows that magnetite, iron-silicon oxide and ilmenite are the main phases and according to the SEM a compact morphology and little unevenness were observed; before reduction there was an oxidation of magnetite to α-hematite achieved under the proposed experimental conditions. Subsequently reducing graphite performed at 1100°C/4 hours, resulting in elemental iron and titanium carbide as indicated by the XRD and SEM analysis. With respect to bioleaching, Shewanella putrefaciens developed under anaerobic metabolism showed good adaptation to the mineral reflected in their growth observed by SEM; bioleaching kinetics indicates that during the first 112 hours, indirect acting iron acquisition mechanisms and then the adhesion of bacteria to the surface of the mineral occurs promoting direct mechanism, also in this treatment the synthesis of nanoparticles and biosorption phenomena occur.

Actualmente la explotación de metales valor, como es el titanio y vanadio han adquirido importancia debido a las nuevas aplicaciones médicas, estructurales, por mencionar algunas; de igual forma el hierro sigue generando descubrimientos tanto en el área de materiales como biogeoquímica. Por lo tanto, el presente trabajo de investigación tiene el propósito de aplicar separadamente las rutas de reducción carbotérmica usando grafito como agente reductor y de biolixiviación con la bacteria férrico reductora Shewanella putrefaciens sobre un mineral denominado arenas negras de playa para la recuperación de hierro, titanio y vanadio. Después de la etapa de pulverizado, la partícula del mineral obtuvo un D80 de 86 μm y de acuerdo al análisis de FRX, absorción atómica e ICP-OES, el elemento principal es el hierro con el 60% en peso y en menor proporción titanio y vanadio (1.19% y 0.36% en peso, respectivamente), descartándose la presencia de oro y plata. El análisis por DRX muestra que la magnetita, óxido hierro-silicio e ilmenita son las fases principales y mediante MEB se observa una morfología compacta y de poca irregularidad; previa a la reducción se tiene la oxidación de la magnetita a α-hematita lograda bajo las condiciones experimentales propuestas. Posteriormente, la reducción con grafito realizada a 1100°C/4 h, da lugar a hierro elemental y carburo de titanio como lo indicaron los análisis por DRX y MEB. Con respecto a la biolixiviación, Shewanella putrefaciens desarrollada en metabolismo anaerobio presentó una buena adaptación al mineral debido al abundante crecimiento observado por MEB; la cinética de biolixiviación indica que en las primeras 112 h actúan los mecanismos indirectos de adquisición de hierro y después ocurre la adherencia de las bacterias a la superficie del mineral promoviendo el mecanismo directo, así mismo en este tratamiento se presenta la síntesis de nanoparticulas y su biosorción.