La permeabilidad moderada mejoró la sucesión de la estructura de la comunidad microbiana y la recuperación de cobre durante la biolixiviación de sulfuros de cobre de baja calidad asistida por desechos médicos esterilizados.

• •Se estudió la estructura de la comunidad microbiana y el comportamiento de biolixiviación utilizando desechos médicos esterilizados bajo diferentes permeabilidades.
• •El uso de desechos médicos esterilizados apropiados y la permeabilidad mejoraron la recuperación de cobre y las especies microbianas.
• •Se reveló la relación entre la biolixiviación, los residuos médicos esterilizados y la permeabilidad.
• •Se propuso una posible razón para la biolixiviación que mejora la permeabilidad de los desechos médicos esterilizados.

Los enlaces del autor abren el panel superpuestoWei Chen ^y b,Shenghua Yin ^a b,Xiwen Li ^y b,Ming Zhang ^y bMostrar másAñadir a MendeleyCompartirCitar

https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.119836Obtener derechos y contenido

Abstracto

Los efectos de la distribución del tamaño de partícula y un componente reductor (residuos médicos esterilizados) sobre los parámetros críticos de la biolixiviación en pilas y su estructura asociada de la comunidad microbiana siguen sin identificarse. En este estudio, se construyeron sistemas de biolixiviación en pilas utilizando diferentes distribuciones de tamaño de partícula y residuos médicos esterilizados para abordar esta brecha de conocimiento. Los resultados mostraron que una distribución moderada del tamaño de partícula promovió el rendimiento de la biolixiviación, logrando una recuperación de cobre del 77,9%. En particular, las muestras con tamaños de partícula más grandes exhibieron condiciones físicas superiores, incluyendo una mayor permeabilidad (0,33393 cm·s 

^-1 ) y una mayor disponibilidad de oxígeno disuelto (OD). A pesar de esto, la distribución moderada del tamaño de partícula superó a los tamaños de partícula más grandes en términos de recuperación de cobre. La adición de 30 mg·L 

^-1 de residuos médicos esterilizados mejoró la eficiencia de la biolixiviación y también indujo la diferenciación en la comunidad microbiana, particularmente entre microorganismos libres y adheridos, y aceleró el ciclo redox de Fe 

³⁺ /Fe 

²⁺ . El análisis del ADNr 16S reveló además que 

Acidithiobacillus ferrooxidans , 

Acidibacillus ferrooxidans y 

Leptospirillum ferriphilum desempeñaron un papel fundamental en la mediación del proceso de biolixiviación. Con base en estos hallazgos, se propone un posible mecanismo: la distribución moderada del tamaño de partícula y los residuos médicos esterilizados mejoraron sinérgicamente el OD, modularon la estructura de la comunidad microbiana y mitigaron la hidrólisis de Fe₃ 

^. En conjunto, estos efectos mejoraron el rendimiento general de la biolixiviación.

Resumen gráfico

Introducción

Con el avance de la sociedad y el crecimiento de la economía global, la demanda de recursos metálicos ha aumentado significativamente (Yin et al., 2021). La continua actividad minera ha provocado un rápido agotamiento de minerales de alta ley y fácil explotación, lo que aumenta la importancia de extraer recursos metálicos de minerales de baja ley y refractarios.

En contraste con la creciente demanda mundial de cobre, la disminución de la productividad de la minería de cobre ha atraído considerable atención en las comunidades investigadoras e industriales (Chen et al., 2022a, Liu et al., 2024). Sin embargo, es razonable prever un crecimiento sostenido de la demanda mundial de cobre a largo plazo, dado que el cobre es un metal crítico con amplias aplicaciones en sectores clave, como los sistemas eléctricos, la industria del transporte y las iniciativas de desarrollo con bajas emisiones de carbono (Chen et al., 2025).

Para abordar la creciente demanda mundial de cobre, se ha propuesto como estrategia viable la extracción de cobre de minerales de desecho y relaves de sulfuro de cobre de baja ley (Hao et al., 2021). Si bien el procesamiento pirometalúrgico tradicional puede lograr altas tasas de recuperación de cobre a partir de minerales de cobre de alta ley, presenta dos limitaciones críticas: un consumo energético considerable y una grave contaminación ambiental (Shamsi et al., 2023).

Además, las tecnologías tradicionales de extracción de cobre resultan ineficaces para satisfacer los requisitos técnicos y económicos necesarios para la recuperación eficiente y económica de cobre a partir de minerales y relaves de sulfuro de cobre de baja ley (Zhang et al., 2024). Por lo tanto, es urgente encontrar una forma sostenible, económica y eficiente de recuperar cobre a partir de minerales de sulfuro de cobre de baja ley.

La biolixiviación se ha validado como una tecnología prometedora para la recuperación de metales a partir de minerales de sulfuro refractarios y de baja ley, ofreciendo notables ventajas ambientales y económicas (Zhang et al., 2024, Anusaraporn et al., 2025).

Para avanzar en la aplicación práctica y la eficiencia de la biolixiviación, se han realizado amplios esfuerzos de investigación en la optimización de procesos clave, incluyendo la reconstrucción de las estructuras de la comunidad microbiana, el ajuste de parámetros críticos de biolixiviación, la mejora de las configuraciones del sistema de biolixiviación y el aprovechamiento de los efectos catalíticos (Bakhti et al., 2024). Chen et al. (2023) llevaron a cabo la reinoculación de bacterias a intervalos óptimos para mejorar la recuperación de cobre, encontrando que esta estrategia aumentaba la proporción de microorganismos adheridos y promovía la distribución uniforme del oxígeno disuelto. Por otra parte, las reacciones de oxidación-reducción, incluyendo la conversión entre Fe₃₄ 

^y Fe₂₄ 

^, se potenciaron mediante aireación forzada (Chen et al., 2022b), mejorando así la eficiencia de la biolixiviación. Además, se llevó a cabo la biolixiviación de cobre utilizando microorganismos mesófilos mixtos y moderadamente termófilos mixtos, lo que demostró la formación de sulfuro de antimonio y jarosita como inhibidores de la disolución, y de la fase de acantita como aceleradora de la cinética de disolución (Aghazadeh et al., 2023). Con el fin de lograr la recuperación de cobre mediante la superación de la disolución obstaculizada de la calcopirita, se investigó la biolixiviación de sulfuros de cobre mediante un 

arqueón extremadamente termófilo en alta concentración de NaCl, lo que demostró que la jarosita y el azufre elemental eran productos de la biolixiviación de calcopirita y bornita en presencia de cloruro, y la mejora en la disolución podría explicarse por la menor precipitación de la capa pasivante (Vakylabad et al., 2022, Martins et al., 2024). Los consorcios microbianos acidófilos de 

mesófilos y 

termófilos moderados se aplicaron en matraces de agitación y reactores de tanque agitado para la biolixiviación de cobre de relaves, lo que indicó que el Cu se lixiviaba principalmente mediante ácido sulfúrico con actividad microbiana oxidante de Fe₂ 

⁺ (Zhang y Schippers, 2022). La biolixiviación de la calcopirita se mejoró mediante la activación mecánica y la regulación del potencial redox mediante la reducción de microorganismos oxidantes de hierro (Li et al., 2025). Además, se han realizado estudios sobre la aplicación de 

Sulfobacillus thermosulfidooxidans y 

Alicyclobacillus ferrooxydans.En la biolixiviación de calcopirita, con especial atención al análisis de la distribución y las características de las subpoblaciones microbianas libres, adheridas, débilmente adheridas y fuertemente adheridas durante la etapa final del proceso (Hao et al., 2021). La mejora en el rendimiento de la biolixiviación y la variación de toda la comunidad microbiana se asociaron significativamente con parámetros como las sustancias poliméricas extracelulares y las concentraciones de hierro férrico (Liu et al., 2025).Sin embargo, la variación en el tamaño de partícula y las propiedades de oxidación-reducción del sistema de biolixiviación tienen un efecto crucial en la biolixiviación. Se informa que las microfisuras podrían promover la exposición de Cu, Fe3 

⁺ y la infiltración de la solución, lo que verificó el efecto significativo de la distribución del tamaño de partícula en la biolixiviación (Zhong et al., 2023). Además, la activación mecánica redujo el tamaño de partícula y causó defectos reticulares en la calcopirita durante el proceso de biolixiviación, lo que llevó a una biolixiviación obviamente mejorada (Li et al., 2025). Se llevó a cabo el efecto del tamaño de partícula en la biolixiviación de uranio utilizando un 

Acidithiobacillus ferrooxidans indígena , dicho intento indicó que un mineral de tamaño de partícula más pequeño tuvo una mayor extracción de uranio (Olubambi et al., 2009, Wang et al., 2019). La distribución uniforme del tamaño de partícula de la fragmentación de la roca fue importante para la biolixiviación, lo que no solo influyó en la eficiencia de las operaciones aguas abajo, sino también en la sucesión de la comunidad microbiana durante la biolixiviación en pilas de relaves de flotación de cobre (Hao et al., 2017, Kinyua et al., 2022). Si bien la eficiencia de la extracción de cobre aumentó con la disminución del tamaño de partícula, las partículas excesivamente finas afectaron la permeabilidad de los sistemas de pilas en la biolixiviación en pilas (Yin y Chen, 2021). Además, se investigaron en profundidad aditivos reductores como el yoduro (Chen et al., 2024a, Anusaraporn et al., 2025), paja de arroz hidrolizada con ácido, desechos médicos esterilizados y otros componentes (Yin et al., 2019, Chen et al., 2024b); dichos materiales desempeñaron un papel crucial en la extracción de cobre de minerales de baja ley.En este estudio, se analizaron los efectos de la distribución del tamaño de partícula y del componente reductor (residuos médicos esterilizados) en la recuperación de cobre, los parámetros de biolixiviación, la concentración microbiana, la permeabilidad y el oxígeno disuelto (OD) durante la biolixiviación de minerales de sulfuro de cobre de baja ley. Posteriormente, se exploró la diversidad microbiana y la composición de microorganismos libres y adheridos, incluyendo la distribución de unidades taxonómicas operativas (UTO), las especies dominantes y el análisis de componentes principales (ACP) mediante análisis de ADNr 16S.