Cicle del Sofre (2008)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Biologia
Año del apunte 2008
Páginas 3
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 3

Vista previa del texto

1.Cicle sofre A la fragmentació de les proteïnes es produeix H2S i amoníac (NH3). Aquesta reacció la realitzen alguns bacteris proteolítics, els quals actuen sobre els grups sulfidrils dels aminoàcids sulfurats (cisteína, metionina) i produeixen desulfurases. Aquest sulfhídric (H2S) no és estable en medi aeròbic i la seva oxidació microbiana desprèn sulfats, ja estables, els quals serveixen a les plantes verdes com a font de sofre. Aquest procés s’anomena sulfuricació: 2H2S+ O2 > S2 + 2H2O + 80 Kcal S2 + 3O2 + 2H2O > 2SO4H2 + 240 Kcal L’oxidació de l’àcid sulfhídric la duen a terme determinats bacteris quimioautotròfs que utilitzen l’energia que obtenen durant aquest procés per reduir l’anhídrid carbònic i així dur a terme el seu metabolisme. Aquests són bacteris del gènere Thiobacillus i sulfobacteris filamentosos dels gèneres Beggiatoa i Thiothrix, encara que també hi ha alguns organismes heteròtrofs que poden dur a terme aquesta oxidació, com alguns fongs.
Els sulfobacteris porpres i els clorobacteris fotoautòtrofs oxiden aquests compostos reduïts, formant sofre o sulfats i obtindre així hidrogen per poder reduir el CO2.
Pel què sabem, les espècies del gènere Thiobacillus són les oxidadores més importants en medis aquàtics. En condicions adequades es reprodueix amb molta facilitat allà on hi hagi H2S. Hi ha algunes espècies aeròbiques i d’altres anaeròbiques facultatives (com Thiobacillus denitrificans) que utilitzen per la seva respiració nitrats o nitrits com acceptors d’hidrogen, però la seva característica més important és que en presència d’aquests compostos poden oxidar sofre en la zona afòtica de forma anaeròbica.
L’acumulació d’hidrogen sulfurat només pot donar-se a medis anaeròbics, ja que s’oxida a gran velocitat en presència d’oxigen. A zones eutròfiques, està clarament delimitada la capa d’aigua que acumula H2S i la capa que té oxigen. La zona fronterera que separa aquestes dues capes és la preferida pels Thiobacillus aeròbics, sobretot la zona afòtica.
La zona eufòtica està ocupada bàsicament per bacteris porpres i clorobacteris, els Thiobacillus ocupen un lloc secundari.
En els sediments superficials que contenen H2S solen aparèixer espècies dels gèneres Beggiatoa i Thiothrix.
El H2S també es produeix per reducció a partir de sulfats en medis anaeròbics. Els donadors d’hidrogen més habituals per aquestes reaccions solen ser àcids orgànics i alcohols, encara que també es pot utilitzar l’ hidrogen molecular. El producte final és l’àcid acètic.
La pèrdua de H2S a l’atmosfera durant la reducció bacteriana dels sulfats s’anomena sulfuricació. És un fenomen paral·lel a la desnitrificació, encara que els reductors de sulfats solen ser anaeròbics estrictes, és a dir, que no poden viure en presència d’oxigen, no poden viure en medis aeròbics; a diferència dels microorganismes desnitrificants.
El microorganisme reductor de sofre més estès en el mar és Desulfovibrio aestuarii, el qual sol aparèixer associat a altres espècies reductores de sulfats com Clostridium nigrificans o el bacteri anaeròbic Pseudomonas zerlinskii.
2.Lixiviat microbià de menes minerals Considerem una situació en la qual l’acidesa i la solubilitat del metall que produeixen els bacteris acidòfils produeixen una funció beneficiosa a mineria.
El sofre, al combinar-se amb molts metalls, forma minerals molt insolubles i moltes de les menes d’ on s’extreuen aquests metalls són sulfurs. Si la concentració del metall a la mena és baixa, és possible que no sigui econòmicament rentable concentrar el mineral per medis químics convencionals. En aquestes condicions es sol utilitzar el lixiviat microbià.
L’ ió sulfur, HS- , s’oxida espontàniament en contacte amb l’aire. La majoria de sulfurs metàl·lics també s’oxiden espontàniament, però a una velocitat molt menor que el sulfur lliure. Bacteris com Thiobacillus ferrooxidans poden actuar de catalitzadors, accelerant l’oxidació dels minerals que contenen sulfur, ajudant així a solubilitzar el metall. La susceptibilitat a la oxidació també presenta variacions entre els minerals. Els que s’oxiden més fàcilment es presten més a la lixiviació.
3.El procés de lixiviació En el procés de lixiviació microbià, la mena de baixa llei s’amuntona en una gran pila de lixiviat, a través de la qual es fa percolar una solució d’àcid sulfúric diluït.
Es recull el líquid que surt del fons de la pila, ric en mineral, i es transporta a una planta on es precipita i es purifica.
El líquid sobrant, al qual se li va afegint la quantitat d’àcid necessària per tal de mantenir el pH baix, es torna a percolar a través de la pila i el cicle es repeteix.
Els bacteris poden catalitzar l’oxidació dels sulfurs minerals mitjançant varis mecanismes.
Exemple; Cu2S i CuS: Thiobacillus ferrooxidans és capaç d’oxidar el Cu+ del Cu2S a Cu2+, eliminant part del coure que es troba en forma soluble, Cu2+, i formant el mineral CuS. Hem de destacar que en aquesta reacció no es produeix ningun canvi en la valència de l’ ió sulfur i que els bacteris utilitzen com a font d’energia la reacció que passa de Cu+ a Cu2+. És un procés anàleg a l’oxidació, pel mateix bacteri, de ferro ferrós a ferro fèrric. El CuS pot seroxidat després produïnt sulfat i Cu2+ soluble.
En un segon procés, es produeix una oxidació química de la mena del coure, amb ions fèrrics formats a partir de la oxidació dels ions ferrosos. La pirita està present en gairebé totes les menes i la seva oxidació produeix la formació de ferro fèrric. Aquest és un acceptor d’electrons molt bo pels minerals que contenen sulfurs i la reacció del CuS amb el ferro fèrric origina la solubilització i la formació de ferro ferrós. En presència d’O2, i amb un pH baix (àcid), Thiobacillus ferrooxidans torna a oxidar el ferro ferrós a la seva forma fèrrica i aquest ferro fèrric pot oxidar de nou més sulfur de coure. Per tant, aquest procés es manté actiu mitjançant la oxidació de Fe2+ a Fe3+ que realitza el bacteri.
4.Recuperació del metall Una altra font de ferro en les operacions de lixiviació és a la planta de precipitat que s’utilitza per recuperar el coure soluble a partir de la solució de lixiviat. S’utilitza ferralla de ferro elemental, Fe0, per tal de recuperar el coure del líquid lixiviat mitjançant la reacció: Fe0 + Cu2+ > Cu0 + Fe2+ Aquesta reacció produeix una quantitat de Fe2+ considerable. En la major part de les operacions de lixiviació, el líquid ric en Fe2+ que queda després de l’extracció del coure és conduït fins a un estanc d’oxidació, on Thiobacillus ferrooxidans prolifera i forma Fe3+. S’afegeix àcid al estanc per mantenir el pH baix i conservar així el Fe3+ en solució.
Aquest líquid, ric en ió fèrric, es bombeja cap a la part superior de la pila, quedant disponible l’ ió fèrric per tal d’oxidar més mineral amb sulfur.
Fe2+ + 1/4O2 + H+ > Fe3+ + 1/2H2O Thiobacillus ferrooxidans/ Leptospirillum ferrooxidans Les grans dimensions de les piles de lixiviat de coure fa que penetri poc oxigen en elles, per la qual cosa, normalment a l’interior es fa anòxic. Encara que la majoria de reaccions del lixiviat requereixen oxigen molecular, les reaccions d’oxidació poden realitzar-se de forma anaeròbica, ja que Thiobacillus ferrooxidans pot utilitzar Fe3+ com acceptor d’electrons en absència d’oxigen. Les grans quantitats de Fe3+ que s’afegeixen a la solució de lixiviat procedents del ferro oxidat de la ferralla, fan més favorable el procés, inclòs en condicions anòxiques. Les altes temperatures poden ocasionar un problema en les operacions de lixiviació, ja que Thiobacillus ferrooxidans és un bacteri mesòfil, és a dir, que actua a temperatures intermitges (entre uns 30- 40ºC).
...