Estudios de equilibrio describen la relación entre el adsorbente y el adsorbato y describen por isotermas de adsorción lo que usualmente es el radio entre la cantidad adsorbida y el remanente en solución a una temperatura constante en el equilibrio. Las isotermas de Freundlich y Langmuir son las primeras y más sencillas relaciones de adsorción conocidas.
La isoterma de Langmuir, que es la que se acopla a nuestro sistema, se basa en 3 suposiciones:
1. La adsorción no puede ser más allá de la cobertura de la monocapa.
2. Todos los sitios de la superficie son equivalentes, y puede recibir, como máximo, un átomo adsorbido
3. La capacidad de absorber una molécula en un sitio determinado es independiente de la ocupación de los sitios vecinos (Rao, 2004).
20 2.5 Desarrollo de bioreactivos de flotación
La adhesión bacteriana a un mineral resulta en la modificación de las propiedades superficiales del sustrato, el grado y extensión de la modificación es definida por las propias características químicas de la bacteria y de compuestos químicos generados como consecuencia de las actividades metabólicas del microorganismo. Sharma y colaboradores (2000) demuestran cambios químicos superficiales en P. polymyxa
adaptada a distintos sustratos (sulfuros) y de A. ferrooxidans a distintos medios de cultivo (medio con Fe2+ y S°). La adaptación origina cambios en las características hidrofílicas de las bacterias, generando un mayor efecto depresor en pirita y galena.
Es evidente que el empleo de bacterias representa una de las alternativas más sólidas para el procesamiento de minerales complejos. La complejidad de las interacciones químicas, físicas y electroquímicas del sistema de flotación generan un amplio campo de investigación, sin embargo, existen procesos como la oxidación de los sulfuros, la activación accidental de mineral tipo ganga, y el contacto galvánico que influyen en gran medida en la eficiencia del proceso de flotación convencional. Por lo tanto es de gran interés conocer el efecto de estos procesos en la interacción sulfuro/bacteria. Este planteamiento permitirá tener una mayor comprensión de los fenómenos físicos, químicos y electroquímicos de importancia para los sistemas de bioflotación de minerales sulfurosos.
21 Bacterias con reactivos de flotación
El beneficio de los minerales sulfurosos tradicionalmente se efectúa mediante el proceso de flotación, el cual se basa en las propiedades de energía o tensión superficial que estos minerales desarrollan en soluciones acuosas de surfactantes (Watling, 2006).
La flotabilidad de los minerales sulfurosos está gobernada por su naturaleza hidrofóbica o hidrofílica, naturaleza que puede ser manipulada mediante la adición de un colector. Un colector es un compuesto orgánico, cuya función consiste en interaccionar selectivamente con las partículas del mineral de interés. También se adicionan espumantes que son agentes heteropolares de gran afinidad por la interfase agua-aire, su función es controlar la espuma. Se le agregan activadores que son agentes que interaccionan con la superficie del mineral modificándola para que el colector pueda adsorberse. Los depresores son compuestos empleados para mantener hidrofílica la superficie del mineral; mientras que los reguladores del pH, como su nombre lo indica, son empleados para controlar el pH.
Debido a la mayor complejidad de los minerales que actualmente se explotan, el empleo de colectores no convencionales es cada vez más frecuente en la industria de concentración de minerales por flotación. Los colectores no convencionales tienen la particularidad de formar quelatos, por lo que su estructura contiene átomos donadores con una gran afinidad por iones específicos de la superficie mineral, lo cual le confiere gran selectividad al colector (Woods, 1988).
22 2.6 Colectores no convencionales
2.6.1 Bacterias como colectores
Los microorganismos, tanto vivos como muertos pueden funcionar como agentes de flotación, modificando la superficie de algunos minerales. Pueden funcionar como colectores, depresores o activadores en el proceso de flotación (Colmer, 1947; Smith, 2005). Estos microorganismos inducen propiedades hidrofóbicas una vez que se adhieren a la superficie del mineral (Sharma y Hanumantha, 2003). La pared celular está conformada por grupos funcionales tales como polímeros, péptidos, fosfolípidos, proteínas y ácidos micólicos. Estos grupos deben adherirse a la superficie del mineral directamente y utilizar biopolímeros extracelulares o asociados a la membrana para catalizar reacciones químicas en la superficie del mineral (Chandaphara y col, 2006).
Al igual que los reactivos tradicionales, los microorganismos interactúan con la superficie del mineral y éste adquiere características anfotéricas. Algunas bacterias como Bacillus polymixa, Mycobacterium phei,
Rhodococcus opacus, Bacillus subtillis, Thiobacillus ferroxidans y
Aspergillus niger han sido usadas como bioreactivos para la separación de diferentes sistemas minerales (Mesquita y col., 2003).
Staphylococcus carnosus es una bacteria gram positiva no patógena que puede funcionar como colector para apatita y calcita, además puede usarse en forma de células congeladas o de suspensiones acuosas. En la flotación aniónica S. carnosus funciona como depresor para apatita pero es un activador para calcita (Miettinen y col, 2003).
23 2.7 Colectores tipo Quelatos Alifáticos
En 1975 Harris y colaboradores patentaron el tionocarbamato como colector para sistemas sulfurosos de cobre en presencia de altos contenidos de pirita. Por su parte Ackerman (1987) mediante sus estudios indicó que es comparable el poder colector del xantato con el tionocarbamato. Demostró que para un número dado de átomos de carbono unidos al nitrógeno, un incremento en lo largo de la cadena ligada al oxígeno incrementa su capacidad colectora en el caso de que la cadena tenga ramificaciones. En el caso que la cadena sea lineal, para el mismo número de átomos de carbono unidos al oxígeno, la capacidad colectora se incrementa con el aumento en el número de átomos de carbono unidos al nitrógeno.
Casos recientes reportados de colectores con propiedades quelantes para minerales sulfurosos cúpricos son las tioureas, mono-tiofosfatos di alquílicos y monotiofosfinatos dialquílicos. Estos últimos demuestran algunas ventajas frente a los colectores convencionales (xantatos) en términos de mayor selectividad contra pirita y estabilidad a un amplio rango de pH.