biolixiviacion de cobre

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  • 8/17/2019 Biolixiviacion de Cobre

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    UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO

    SANCHEZ CARRION

    FACULTAD: DE INGENIERIA AGRARIAS

    INDUSTRIAL ALIMENTARIAS Y AMBIENTAL

    E.P.A: INGENIERIA AMBIENTAL

    CURSO: BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

     TEMA: BIOLIXIVIACION DE COBRE

    INTEGRANTES:

    1. CRISOSTOMO FLORES, Silvio

    2. CUEVA GUEVARA, Omar Cesar3. TOLEDO SUAREZ, Gino4. URBANO ORTIZ, Jos5. BONILLA COLLAO, Joel. ES!INOZA C"VICO, melisa!.  JARA ES!INOZA, #ie$o

    INTRODUCCIÓN

    La biolixiviación es una tecnología que usa bacterias específicas para extraer (lixiviar)

    metales de los minerales. Por lo tanto, se determinó que la tecnología debería

    llamarse “biohidrometalurgia !a que, para que el proceso de recuperación de cobre

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    fuera efica" era necesaria adem#s del agua, la presencia de ciertos microorganismos.

    Los m$todos de lixiviación microbiana est# comen"ando a ser aplicados para

    incrementar la recuperación de metales de menas de sulfuros ba%o el grado de

    recalcitrantes a los procesos convencionales usando un pretratamiento como en el

    caso de la pirita arsenopirita, microorganismos son usados comercialmente para la

    extracción por medio de biolixiviación

    BIOLIXIVIACIÓN O LIXIVIACIÓN MICROBIANA

    DEL COBRE

    Biolixiviación:

    La biolixiviación o lixiviación bacteriana es un proceso natural de disolución,

    e%ecutado por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales

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    sulfurados, permitiendo la liberación de los valores met#licos contenidos en

    ellos.

    Por mucho tiempo, se pensó que la disolución o lixiviación de metales era un

    proceso netamente químico, mediado por el agua ! oxígeno atmosf$rico. &ldescubrimiento de bacterias acidófilas, ferro ! sulfooxidantes, ha sido

    primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catali"ado

    biológicamente.

    &n t$rminos generales, se puede decir que la biolixiviación es una tecnología

    que emplea bacterias específicas para extraer un metal de valor como uranio,

    cobre, "inc, níquel o cobalto, presente en la mina o en un concentrado mineral.

    &l producto final de la biolixiviación es una solución #cida que contiene metal

    en su forma soluble.

    'isulfuro de hierro, Pirita. &l disulfuro de hierro (e*) se puede encontrar en

    abundancia en !acimientos minerales. +orfológicamente se distinguen dos

    tipos la pirita de estructura c-bica ! la marcasita de estructura ortorrómbica.

    &sta diferencia les proporciona adem#s propiedades termodin#micas

    diferentes.

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    &n particular la pirita tiene un /,01 de a"ufre ! un 02,01 de hierro ! es

    com-nmente conocida como “oro falso por su brillo ! color similar al metal

    noble. &n los !acimientos se pueden encontrar otros minerales con el mismo

    contenido de hierro ! a"ufre pero asociados a otros elementos, tales como lacalcopirita (3ue*) ! la arsenopirita (e4s*).

    igura i) 3elda c-bica centrada en las caras de la pirita, a56,0*7nm8. ii) 3elda

    ortorrómbica de la marcasita, a56,0007nm8 b56,0*7nm8 c56,//9.

    Lixiviación bacteriana

    Los microorganismos presentes en los procesos de biolixiviación tienen un rol

    catalítico en la oxidación del ion ferroso (e:*) ! del a"ufre elemental

    producidos durante la lixiviación química, a ion f$rrico (e:/) e ion sulfato,

    respectivamente (&cuación ; ! *). Los iones f$rricos corresponden a los

    agentes químicos oxidantes que disolver#n el sulfuro met#lico.

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    Los fundamentos bioquímicos de las reacciones de lixiviación han sido

    ampliamente estudiados en los -ltimos a

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     4cidithiobacillus ferrooxidans ! otros microorganismos de biolixiviación. La

    ma!or parte de los microorganismos involucrados en los procesos de

    biolixiviación se caracteri"an por crecer quimiolitotróficamente en ambientes

    #cidos con p> menor a /, con alta concentración de iones met#licos ! por ser 

    capaces de utili"ar el ion ferroso o los compuestos de a"ufre reducido como

    fuente de energía. in embargo, tambi$n se pueden encontrar 

    microorganismos heterotróficos cu!o traba%o consiste en eliminar del ambiente

    los compuestos org#nicos presentes producto de la muerte celular o de

    desechos metabólicos de los microorganismos quimiolitótrofos.

    Los microorganismos asociados a estos procesos se clasifican seg-n la

    temperatura a la que se desarrollan de forma óptima, encontr#ndose los

    mesófilos (temperaturas menores a 06?3), termófilos moderados (temperaturas

    entre los 06?3 ! ?3) e hipertermófilos (temperaturas entre los ? ! @?3) .

     4t. ferrooxidans es una bacteria del g$nero 4cidithiobacilli, mesófilas ! se

    desarrollan en un rango de p> entre ;,@ ! *,6.Aiene habilidad para oxidar iones

    ferroso en soluciones de #cido sulf-rico obteniendo la energía necesaria para

    crecimiento ! fi%ación de 3B*. 4t. ferrooxidans es -til principalmente para

    aplicaciones en la lixiviación de minerales debido a que esta bacteria puede

    oxidar sulfuros met#licos a sulfatos solubles en soluciones #cidas. La oxidación

    de materiales sulfurados es mediada por ión f$rrico el cual en la reacción es

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    reducido químicamente a e*: ! reoxidado por 4t. ferrooxidans. 'e esta forma

    durante el proceso de biolixiviación, 4t. ferrooxidans mantiene favorable la

    ra"ón e/: C e*: el cu#l se refle%a en el relativamente alto potencial redox en

    la solución de lixiviación.

    'entro del grupo de las bacterias mesófilas se encuentran tambi$n 4t.

    thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans ! Leptospirillum ferriphilium. &n el

    rango de la termófilas moderadas aparecen el 4t. caldus, Leptospirillum

    thermoferrooxidans ! las del g$nero de ulfobacillus. inalmente, los

    principales microorganismos termófilos son las arqueas del g$nero ulfolobus,

     4cidianus, +etallosphaera ! ulfisphaera, entre otras.

    Metaboli!"o bacteriano 

    La bacteria utili"a rutas metabólicas que son comunes en organismos

    quimiolitótrofos. 4cidithiobacillus ferrooxidans presenta el ciclo de 3alvin para

    fi%ación de 3B* ! rutas para fi%ación de nitrógeno ! fosfato. &l ciclo de 3alvin

    necesita de la formación de 4AP ! D4'P>. 4mbas mol$culas energ$ticas son

    obtenidas para este caso a trav$s de la oxidación de ión ferroso con oxígeno.

    &xisten dos semi=reacciones que est#n relacionadas para la oxidación de iónferroso, estas son 

    La bacteria no utili"a para su metabolismo al ión ferroso completo, solo utili"aun electrón !a que este ión no logra atravesar la pared celular, sin embargo, a

    trav$s de ella si pueden pasar protones, mol$culas de agua ! oxígeno. 4quí

    comien"a el transporte desde el exterior cru"ando la pared celular, el

    transportador recibe el electrón que ha obtenido del ión ferroso ! se reduce,

    para luego oxidarse nuevamente ! ceder el electrón al siguiente transportador 

    de la pared celular. 'e esta manera el electrón va siendo transportado hasta

    llegar al citoplasma, donde encuentra el oxígeno que es el aceptor final delelectrón. &ste oxígeno se une a dos protones para formar una mol$cula de

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    agua, con el consiguiente consumo de protones a consecuencia de esto

    (EamanaFa,;99). 'entro de los transportadores que participan en este

    proceso se encuentran Gusticianina, citocromo c ! citocromo a.

    Para el caso de la bacteria 4t. ferrooxidans, la oxidación bacteriana de iónferroso ocurre a trav$s de la siguiente reacción.

    e necesita oxidar * moles de ión ferroso para formar un mol de mol$culas deadenosíntrifosfato (4AP) tal como sigue

    La lixiviación de pirita ocurre con alta recuperación en presencia ! en ausencia

    de bacterias ba%o diversas condiciones de estudio. 4n#lisis de la velocidad dereacción como función de la concentración de ión f$rrico indican que el orden

    de la reacción es el mismo en presencia ! en ausencia de bacterias, el orden

    de reacción es 6,. in embargo, el orden de reacción con respecto a la

    concentración de protones (>: ) es =6, en ausencia de bacterias, ! =6,/9 en

    presencia de actividad biológica. &sto sugiere que la presencia de bacterias no

    cambia el mecanismo de lixiviación de pirita, pero en cierta forma afecta el p>

    en la superficie del mineral. &n base a estos resultados, los investigadoresestablecen que la presencia de bacterias, en este caso 4t. ferrooxidans, me%ora

    la velocidad de lixiviación de la pirita, pero no cambia el mecanismo de

    lixiviación. demostró que en presencia de bacterias disminu!e el potencial

    mixto, el cual se mantiene constante en ausencia de los microorganismos.

     4dem#s, los estudios de oHler et al (;999) permitieron determinar el orden de

    reacción en el proceso de lixiviación de pirita, que son datos primordiales para

    establecer el mecanismo cin$tico en la química. 4dem#s, un detallado

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    mecanismo de la lixiviación de pirita en soluciones con sulfato f$rrico demostró

    que los resultados alcan"ados en la lixiviación se pueden explicar debido al

    incremento local del p> en la superficie del mineral como resultado de la

    actividad bacteriana. La bacteria consume protones (>: ) en la oxidación del

    ión ferroso, ! así se incrementa el p>. i la velocidad de lixiviación de pirita

    aumenta con el incremento del p>, entonces la presencia de bacterias favorece

    la disolución del mineral.

    &sto significa que el incremento en la lixiviación de pirita es resultado de la

    cooperación entre los mecanismos de lixiviación directo e indirecto, pues seg-n

    el mecanismo directo la c$lula bacteriana debe estar adherida al mineral, sin

    embargo, la lixiviación es indirecta por la acción de ión f$rrica sobre los sitiosactivos del mineral de pirita.

    (3rundHell *66/). 3rundHell (*66/) postula que la presencia de bacterias

    a"ufre oxidantes en la superficie del mineral permiten aumentar la velocidad de

    lixiviación de minerales sulfurados. us estudios en base al modelo de n-cleo

    sin reaccionar comprobaron que la capa de a"ufre elemental producto de la

    lixiviación f$rrica en ausencia de bacterias oponía resistencia al paso de los

    iones desde la solución hacia el n-cleo de la partícula, siendo así la difusión en

    las ceni"as la etapa limitante del proceso. 4l reali"ar los experimentos en

    presencia de bacteria la resistencia producida por la capa de a"ufre no fue

    detectada, siendo la etapa limitante la reacción química seg-n el modelo. &n

    conclusión la acción bacteriana permite remover la capa de a"ufre formada

    convirti$ndola en #cido sulf-ricos seg-n la &cuación *, disolviendo así la

    barrera difusional para el paso del ión f$rrico hacia los sitios activos del mineral.

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    &l mecanismo de lixiviación cooperativa ha sido apo!ado por los estudios de

    Godrígue" et al (*66/), al proponer que mediante el contacto directo de la

    bacteria sobre el mineral, existe consumo constante de iones ferrosos loscuales quedaron adsorbidos en la superficie de la pirita como productos de la

    reacción. 4l re=oxidar los iones ferroso a iones f$rricos mediante el mecanismo

    indirecto, la bacteria libera el sitio activo utili"ado por un ión ferroso permitiendo

    que el ión f$rrico regenerado pueda atacar nuevamente este sitio activo. 3omo

    todas estas reacciones ocurren en la superficie del mineral los reactantes no

    tienen barreras difusionales para acercarse a los sitios activos de la pirita.

    Los estudios de and et al (*66;) plantean la hipótesis de que el proceso de

    biolixiviación de sulfuros met#licos es debido a la acción del ión f$rrico !Co los

    protones en solución, mediante el mecanismo indirecto previamente

    mencionado. La bacteria cumple la función de regenerar los agentes oxidantes

    ! concentrarlos en la interface mineralCsolución o mineralCbacteria de tal forma

    de me%orar la tasa de degradación del mineral. and establece que un factor 

    determinante es la delgada capa de exopolimeros producida por las bacterias !

    que las circunda sobre la superficie del mineral. &s en esta capa donde el

    proceso químico ocurre causando la disolución del sulfuro met#lico. 'ebido a la

    concentración de los agentes oxidantes en la interface conlleva en la

    aceleración del proceso de degradación en presencia de los microorganismos

    de lixiviación. Iasado en los productos intermediarios del proceso de

    biolixiviación, and propone dos mecanismos indirectos de disolución seg-n el

    tipo de mineral lixiviado

    a) ulfuros como la pirita (e*), molibdenita (+o*) ! tungstenita (J*)

    son degradados exclusivamente por el ión f$rrico como agente oxidante

    vía thiosulfato como el intermediario principal de la degradación.

    Posteriormente, el thiosulfato es degradado en un proceso cíclico hasta

    la generación de sulfato, con producción de a"ufre elemental como un

    producto lateral. &sto explica porque sólo las bacterias hierro=oxidantes

    son capaces de degradar estos metales sulfurados.

    b) Para el caso de los sulfuros como galena (Pb), esfalerita (Kn) !calcopirita (3ue*) son degradados por la acción con%unta de ión

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    f$rrico ! protones. &l intermediario principal de este mecanismo son los

    polisulfuros ! a"ufre elemental (thiosulfato aparece sólo como un

    producto lateral de la reacción). &stos sulfuros met#licos son

    degradables por todas las bacterias capaces de oxidar a"ufre, sin

    embargo, la cin$tica de este proceso es dependiente de la concentración

    de ión f$rrico. Los mecanismos indirectos planteados por and.

    Godrígue" et al (*66/) establece que existe relación directa entre la tasa de

    adherencia bacteriana sobre la superficie mineral ! la velocidad de disolución

    de la pirita. &n presencia de altos niveles de adherencia en los inicios de susestudios de biolixiviación obtuvo ma!ores tasas de disolución durante el

    proceso que en los casos en que la adherencia fue tardía. Aambi$n comprobó

    el efecto inhibitorio de ión f$rrico sobre el crecimiento bacteriano cuando se

    encuentra presente en altas concentraciones (;2 gCl). &sto ha permitido

    demostrar la disminución de la velocidad de lixiviación a medida que transcurre

    el tiempo, pues la acumulación de ión f$rrico inhibiría la actividad bacteriana

    por lo que se comen"aría a acumular los iones ferroso sobre la superficie del

    mineral como productos de la lixiviación f$rrica, bloqueando así los sitios

    activos de la pirita ! disminu!endo la disolución de este mineral.

    La pirita se puede encontrar en la pilas de lixiviación donde el mineral de

    inter$s es la calcopirita, con el fin de recuperar el cobre de estos minerales de

    ba%a le!. La calcopirita es recalcitrante a la acción bacteriana en el rango de las

    mesófilas, pero su disolución aumenta considerablemente a altas temperaturas

    (26=M6?3) donde se favorece el desarrollo ! la actividad de losmicroorganismos termófilos.

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    ;6 &l calor liberado por la disolución de la pirita ! la calcopirita, se presenta en

    las ecuaciones M ! @ respectivamente.

    'e estas reacciones la lixiviación de la pirita se considerablemente m#s

    exot$rmica que la disolución de la calcopirita, por lo que la energía liberada por 

    la lixiviación de estos minerales permite calentar las pilas, incrementando la

    temperatura en el interior de estas. 4sí, si en los inicios de una pila de

    lixiviación se favorece la disolución de la pirita, se lograr# un aumento en la

    temperatura en el interior dando las condiciones óptimas para el desarrollo de

    los microorganismos termófilos ! termófilos moderados, finali"ando en una

    ma!or tasa de disolución de la calcopirita.

    BIOMINER#A es el uso de microorganismos en diferentes aspectos de la

    explotación de los minerales, abarcando desde la concentración de las

    especies de inter$s (a trav$s de la bioflotación), la recuperación de los

    elementos presentes en ellas (biolixiviación ! biooxidación), hasta su acción en

    tareas de remediación ambiental (&n ingeniería ambiental se conoce como

    remediación

     a las t$cnicas o procedimientos que se utili"an para restaurar "onas de suelo o diferentes cuerpos de agua (principalmente subterr#neos),

    que han sido afectados en forma considerable por la acumulación de diferentes

    contaminantes.). La biolixiviación es una tecnología que usa bacterias

    específicas para extraer (lixiviar) metales de los minerales.

    Las venta%as de la tecnología microbiana (biominería)

    = Poca inversión de capital.

    = Ia%os costos de operación necesarios para las operacioneshidrometalurgias.

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    = Gelativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el

    proceso.= Permite el tratamiento de minerales con ba%o contenido de metal en las

    minas, los que no pueden ser económicamente procesados por los

    m$todos tradicionales ! habitualmente se acumulan sin ning-n tipo de

    tratamiento.= Permite explotar los recursos mineros en forma m#s limpia ! m#s

    económica siendo esta otra venta%a competitiva.

    CUESTIONARIO%&' Co"o e!t$ e!tr%ct%ra&a la 'irita

    &studios electroquímicos muestran que la superficie de la pirita es un

    mosaico de #reas anódicas !

    catódicas.La pirita es un mineral constituido

    por sulfuro de hierro de brillo

    met#lico ! color amarilloN que

    constitu!e una de las principales

    menas del hierro ! se emplea

    principalmente en la fabricación de

    #cido sulf-ricoPropiedades de la pirita

    La pirita es una roca metamórfica del grupo de los sulfurosAiene un /,01de a"ufre ! un 02,01 de hierro

    ( C%anto &e cobre exi!te en la 'irita&n estudio reali"ados se han encontrado que en la pirita tambi$n

    conocida como el oro falso puede contener oro ! plata, un *9.@1 3u,

    *;.;1 e ! ;.01 Kn

    ) C%anto !e e"'lea &e $ci&o !%l*+rico

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    La obtención de cobre de recursos primarios mediante extracción con

    disolventes se ha venido desarrollando de forma continua durante los

    -ltimos *=/6 a comprendidos entre ;,; ! /,6, hasta 6 gCL de cloruros !

    una serie de impure"as, dependiendo del tipo de material tratado, el

    agua empleada ! la evaporación sufrida. Aodas estas disoluciones sepueden tratar mediante extracción con disolventes.

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     4Q&DA& '& &RAG433STDLas me%oras en las propiedades de los agentes de extracción dise

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    , co"o act+a el "icrobio

    Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación son

    generalmente autótrofas, aeróbicas ! quimiosint$ticas. &sta -ltima

    característica, las hace capaces de oxidar minerales para producir el ión

    f$rrico ! #cido sulf-rico, necesarios para las reacciones de biolixiviación.

    &l ión f$rrico, es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los

    minerales de sulfuro de cobre a sulfato de cobre que es soluble. 'ebido

    a esto, tambi$n se les llama microorganismos sulfo ! ferro=oxidantes

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    Un microorganismo de ma!or importancia para la minería es el

    Ahiobacillus ferrooxidans. &sta bacteria de

    forma algo cilíndrica

    ue aislada en ;9M de agua de filtraciones

    en una mina de carbón abandonada en

    Virginia Beste, &stados Unidos. A.

    ferrooxidans vive bien en soluciones #cidas

    ! posteriormente se le ha encontrado en

    depósitos de sulfuros met#licos, aguas termales ! fisuras volc#nicas. &s

    un microorganismo autótrofo que obtiene su energía de la oxidación de

    hierro ! a"ufre. &l hierro debe estar en la forma de ion ferroso e *: el

    que por acción bacteriana es convertido en ion f$rrico e /:. La oxidación

    de a"ufre puede ocurrir con el a"ufre elemental () así como con varias

    otras mol$culas a"ufradas sulfuros, tetrationato ( 0 62*=) o tiosulfato

    (* 6/*=). &l aceptor de la ma!or parte de los electrones provenientes de

    estas oxidaciones es el oxígeno (6*). &sta es por lo tanto una bacteria

    aeróbica. La transferencia de electrones hacia el oxígeno ocurre a trav$s

    de una serie de etapas con la participación de varias proteínas

    mediadoras locali"adas en ! entre las membranas externa e interna que

    envuelven la bacteria.

    - co"o !e *abrica el AT. el "icrobio /T0iobacill%! *errooxi&an! C1

    La transferencia de electrones hacia el oxígeno ocurre a trav$s de una

    serie de etapas con la participación de varias proteínas mediadoras

    locali"adas en ! entre las membranas externa e interna que envuelven la

    bacteria.

    &stos procesos de transferencia de electrones deben estar acoplados de

    alguna manera a la síntesis de 4AP. &ste es el compuesto que en

    general los seres vivos utili"an en procesos químicos que requieren

    energía. Los mecanismos de este acoplamiento entre transferencia de

    electrones ! síntesis de 4AP no est#n bien aclarados en este

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    microorganismo pero su estudio ha progresado ! atraído el inter$s de un

    n-mero creciente de investigadores en a

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    3 4C%anta! vece! !e re%tili5a el $ci&o !%l*+rico en 'roce!o &e

    lixiviación &e cobre6

    'e la me"cla con una solución de parafina ! resina org#nica se capta los iones

    de cobre(cu:*) en forma selectiva. 'e esta reacción por un lado se obtiene

    resina = cobre ! por otro lado el refino, que se utili"a en el proceso de

    lixiviación.

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    Re!%"en

    La lixiviación bacteriana resulta en el reto m#s importante en el futuro de la

    +etalurgia, los m$todos tradicionales de recuperación de metales deber#n dar 

    paso a m$todos no contaminantes ! la biolixiviación es uno de ellos ! que debe

    responder a la exigencia de un mundo atribulado que clama por un ambiente

    que no contamine m#s.

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    Concl%!ión

    • La biolixiviación tiene, ante todo, un ob%etivo de creación de rique"a.

    Permite aumentar las tasas de recuperación del mineral, por tanto, hacer 

    m#s rentable un determinado proceso.• &l desafío entonces es aumentar la aplicación comercial, en base a que

    existen investigaciones científicas tanto internacionales como

    nacionales, hace d$cadas, que avalan la tecnología de biolixiviación,

    adem#s de estudios en plantas pilotos a escala industrial para probar la

    factibilidad t$cnica ! económica del proceso, dando excelentes

    resultados.

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