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8/13/2019 BIOMINERIA_BIOLIXIVIACION_BIOOXIDACION_DE_MINERALES.pdf

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CURSO

BIOLIXIVIACIN

BIOL. JOS J. GUERRERO ROJAS

2012


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BIOLIXIVIACIN

1. ConceptosBsicos.Biominera/Biolixiviacin/Biooxidacin.

2. OrganismosResponsables.Mecanismos

3. Biolixiviacindesulfuros.

4.Termfilos


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BIOMINERA BIOLIXIVIACIN BIO-OXIDACIN?1Aunquesepodrapensarqueexistemuchacontroversiasobreelsignificadodeestostrminos,

lociertoesquesignificanlomismo.Esms,enunsentidomsamplio,elprimeroincluyealos

otrosdos.

Enunprincipio,cuandosequeraexplicar lahabilidadyelempleodemicroorganismosenla

disolucindemetalesgeneralmente sehablabade lixiviacinbacterianao biolixiviaciny

paradarleunamayorjerarquase laelevabaalrangodebiohidrometalurgiaosimplemente

biometalurgia. Esto bsicamente porque los estudios, y las aplicaciones industriales, se

concentrabanenladisolucinolixiviacindecobreouranio.

LalixiviacinbacterianaseexplicabacomounprocesonaturalquesevaledelacapacidaddeciertogrupodemicroorganismosprincipalmentebacteriasdelgneroAcidithiobacillus deoxidar sulfurosmetlicoshacia sus sulfatos solublescorrespondientes,con laproduccindecidosulfricoysulfatofrrico.(Guerrero,2008)Con el surgimiento del inters de recuperar oro a partir de menas refractarias, naci el

concepto de biooxidacin, necesario para explicar la participacin bacteriana en un

mecanismomuydistintoqueparaladisolucindelcobre.

BIOMINERAUnaprimeradefinicindel trminonospermitedecirque la

biominera es ladisciplinaqueestudiayaplica lautilizacin

demicroorganismosparafacilitarlaextraccinyrecuperacin

demetalesdesde yacimientosminerales conteniendo hierro

y/osulfuros,concentradossulfuradosenpilasobiorreactores

(Esparza,2012).Enunsentidomsamplio,aplicalabiotecnologaalaindustria

minerometalrgica en tres bioprocesos (Biolixiviacin,

Biooxidacin y biomineralizacin) para lograr la purificacin de metales, cada uno

empleamicroorganismosespecficosconvariacionesconelsustrato (minerales)y los

productos (Iones,metales,polmeros,cidos,etc)paraaumentar laproductividadde

laIndustria

ytener

menor

impacto

al

medio

ambiente.


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Adicionalmente,implicaotrasreas:

Biosorcindemetalestxicosyvaliosos Bioremediacin Fitoremediacin Biosensores.Biomonitores.Biomarcadores. DiseodebioreactoreseIngenieraecolgica Tratamientobiolgicodeefluentesydesechos:drenajescidos,efluentes

cianurados.

Mejoramientogentico Reduccinpasivayactivadesulfatos Pantanalesowetlandsmodificadosconingeniera Biocidasenpilasderocaestriles Ingenieraecolgicaparapurificacindesoluciones Taponesbiolgicosimpermeabilizarsuperficiedebotaderos. Fosfatodeorigenbiolgicoparaestabilizarresiduos. Tratamientobiolgicodeaguasresiduales. Biosurfactantes Biofiltrosparatratamientodegasestxicos,otrosmas

BIOLIXIVIACIN y BIO-OXIDACINLa biolixiviacin es una tecnologa que emplea bacterias especficas para lixiviar,disolver o extraer, un metal de valor (cobre, uranio, zinc, nquel, cobalto, etc.)contenidoenunmineral.Elproductofinaldelabiolixiviacinesunasolucincidaque

contieneel

metal

en

forma

soluble.

4CuFeS2 +17O2+H2SO4 4CuSO4+2Fe(SO4)3+2H2O

CuS2+H2SO4+2.5 O2 2CuSO4+ H2O

Deotrolado,eltrminobiooxidacinesusadoparadescribirelprocesoqueempleabacteriasparadegradar unsulfuro,seapiritaoarsenopirita,enlaqueeloroolaplata,

oambos,seencuentranencapsulados.

2FeAsS

+7O2

+H2SO4

+H2O

Fe2

(SO4)3

+2H3

AsO4

Eloroesposteriormenterecuperadomediantecianuracinconvencional.


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ORGANISMOS RESPONSABLES2

Una amplia variedad de bacterias oxidantes deminerales pueden oxidar fcilmente

minerales que tienen hierro y azufre. Estas incluyen a la fierro y azufre oxidante

Acidithiobacillus ferrooxidans (anteriormente conocido como Thiobacillusferrooxidans),Acidithiobacillusthiooxidans(anteriormenteconocidocomoThiobacillusthiooxidans), yAcidithiobacillus caldus (anteriormente conocido como Thiobacilluscaldus)

yla

ferrooxidante

LeptospirillumferrooxidansyLeptospirillumferriphilum.

Asimismo,algunoshongosmicroscpicostambinmuestranpotencialparaserusados

como biomineros.Pruebasexperimentalesmuestranquedos cepasdehongosde

AspergillusnigeryPenicilliumsimplicissimumfueroncapacesde movilizarCuySnen65%yAl,Ni,PbyZnenmsdel95%.Adicionalmente,tambinexisteintersenloque

sehallamadoelfitominado,esdecirelusodeplantasCopncapacidaddecapturary

acumularcantidadesexcesivasdemetalespresenteenrocas.

MICROORGANISMO PROCESO

AcidithiobacillusferrooxidansAcidithiobacillusthiooxidansThiobacillusorganoparusLeptospirillumferrooxidans

Oxidacinde

minerales

sulfurados,

azufre elemental, thiosulfato,

tetrationato,ionferrosoapH1,4a

3,5ytemperaturade5a35C

Lixiviacin

en

vertederos,subterrneaytanques, deminerales

sulfurados,concentradosymixtos.

Desulfurizacindecarbn.

Bacterias termfilas similares

a Thiobacillus del gnero

SulfolobacillusOxidacindemineralessulfurados,

azufreelemental, ion ferrosoapH

1,1 a 3,5 y temperatura de 30 a

55CopH1,1a5ytemperaturade

20a60C

Lixiviacin en vertederos,

subterrneaytanques, deminerales


Desulfurizacindecarbn.

Bacterias acidoflicas del

gneroSulfolobus yAcidianus Oxidacindemineralessulfurados,azufreelemental, ion ferrosoapH1a5ytemperaturade45a96C.

Lixiviacin en vertederos,

subterrneaytanques, deminerales


Desulfurizacinde

carbn.

Adicionalmente,enambientesde lixiviacinbacterianatambin seencuentranotros

organismosorganotrficosysusmetabolitos (bacterias,hongosy levaduras)queson

tilesenladestruccindemineralessulfuradosyaluminosilicatos,silicatos,oxidacin

yreduccindemanganeso,solubi8lizacindeoro,ybiosorcindemetales.

MECANISMOS DE OXIDACINLos microorganismos responsables en biominera obtienen su energa mediante la

rupturade

los

minerales

en

sus

constituyentes

bsicos.

La

reaccin

de

disolucin

no

es

idnticaparatodoslossulfuros.


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Losprincipalesmecanismosinvolucradosenelprocesodelixivmiacinbacterianason:

directaeindirecta.

a.LixiviacinIndirecta:

DosreaccionesimportantesmediadasporAt.ferrooxidansson:

Pirita FeS2 + 3.5O2 + H2O FeSO4 + H2SO4 ............... 1

2FeSO4 + 0.5O2 +H2SO4Fe2(SO4)3 + H2O ............... 2

Elsulfato frricoesunoxidante fuertecapazdedisolverunaampliavariedad

deminerales sulfurados. La lixiviacin con Fe2(SO4)3 recibe el nombre de lixiviacin

indirectaporqueserealizaenausenciadeoxgenoodebacteriasy,esresponsablede

ladisolucin

olixiviacin

de

varios

minerales

sulfurados

de

cobre

de

importancia

econmica:

Chalcopirita CuFeS2+2Fe2(SO4)3 CuSO4+5FeSO4+2S......... 3Chalcocita Cu2S +2Fe2(SO4)32CuSO4+4FeSO4+2S....... 4

Elmecanismode lixiviacinindirectadependede laregeneracinbiolgicadel

sulfato frrico (reaccin2).Elazufre (S)generadoen lasreacciones3y4puedeser

convertidoencidosulfrico(H2SO4)porAt.ferrooxidanssegn:

2S + 3 O2 + 2 H2O 2 H2SO4 ................. 5

Este cido sulfrico, as generado, mantiene el pH del sistema a niveles

favorablesparaeldesarrollodelabacteria.

b. LixiviacinDirecta:

Las bacterias ferrooxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos

directamente sin la participacin del sulfato frrico producido biolgicamente. El

procesosedescribeenlasiguientereaccin:

MS + 2 O2 MSO4 .................. 6

DondeMrepresentaunmetalbivalente

FeS2 +7.5O2 +H2O (bact) Fe2(SO4)3+H2SO4. .................. 7

Chalcopirita CuFeS2+2Fe2(SO4)3(bact) CuSO4+5FeSO4+2S


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Dado que el fierro siempre est presente en ambientes de lixiviacin natural, es

posible que tanto la lixiviacin indirecta como la directa ocurran de manera

simultnea.

Actualmente, se conocen ms de un mecanismo que explican los procesos de

lixiviacin.

Elmecanismodeltiosulfatopara laoxidacinde

metales i8nsolubles en cido como la pirita y la

molibdenita. Ene steproceso la solubilizacin se

produceatravsdelataquedelionfrricoenlos

sulfurosinsolubles,conlamolculadethiosulfato

como principal

intermediario y

conlos

sulfatos

como principal

productofinal.

Elotromecanismopropuestoeraeldelmecanismo

del polisulfato para los sulfuros metlicos como

esfalerita,calcopiritaogalena.Enestemecanismo,la

solubilizacindelsulfurosellevaacabomedianteun

ataque combinado del fierro frrico y protones. El

azufreelemental

es

relativamente

estable,

pero

puedeseroxidadoasulfatopormicrobiosoxidantes

deazufre.

FACTORES AMBIENTALESEl efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las

bacteriasjuegaunrol importantedentrodelprocesode lixiviacinbacteriana,espor

ellode

mucha

importancia

el

control

de

factores,

como

el

pH,

la

presencia

de

oxigeno,

la temperatura, la influencia de la luz, los requerimientos nutricionales, tamao de

partcula, y el efecto de inhibidores, entre otros. Tomando como modelo a

Acidithiobacillusferrooxidanspodemosindicar: pH: En general losAt.ferrooxidans, desarrollan bien en medios cidos, siendo

incapacesdedesarrollarsobreFe+2

aunpHmayorde3.0.Normalmentelosvalores

sobreelquelostiobacilossedesarrollanseubicandentrodelrangode1.5a2.5.

Oxgeno y CO2: La disponibilidad de oxgeno es un factor que controla laextraccindemetalesporbacterias.No se conoceotrooxidantequepueda ser

utilizadopor

los

microorganismos

en

ambientes

de

lixiviacin.

El

dioxido

de


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carbonoesutilizadocomofuentedecarbonoparalafabricacindesuarquitectura

celular.

Nutrientes:Como todos losseresvivientes,At.ferrooxidans requierede fuentesnutricionales para su ptimo desarrollo, entre las que tenemos fuente de N2

(amonio), de fosfato, de S, iones metlicos (como Mg+), etc. Magnesio, es

necesariopara

la

fijacin

de

CO2

yel

fsforo

es

requerido

para

el

metabolismo

energtico. Los medios de cultivo empleados presentan estos requerimientos,

siendolosmsimportantesel9KyelTK.

FuentedeEnerga:LosAt.ferrooxidansutilizancomo fuenteprimariadeenergalos iones ferroso yazufre inorgnico. El fierro ferrosodebe ser suplementado al

medio cuando se trata demedios sintticos. En caso de utilizarmineral, no es

necesarioaadirFe+2.

Luz:LaluzvisibleylanofiltradatienenunefectoinhibitoriosobrealgunasespeciesdeAcidithiobacillus, pero el fierro frrico ofrece alguna proteccin a los rayos

visibles.

Temperatura: El rango sobre el cual se desarrollan se encuentran entre 25C y35C.

Presenciade Inhibidores: En losprocesosde moliendaopor accinpropiadelagente lixiviantese liberanalgunos ionesqueenciertasconcentracionesresultan

txicas para las bacterias ferrooxidantes afectando el desarrollo bacterial. La

literaturasealaquelosnivelesdetoleranciadelasbacteriasparaciertosmetales

esZn+2=15 72g/l;Ni

+2=12 50g/l;Cu

+2=15g/l;Ag

+=1ppb;UO2

+2=200 500

mg/l,entreotros.

Leptospirillum

Ferroplasma

Metallosphaera


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BIO-OXIDACIN DE SULFUROS3

Muchossulfurosmetlicospuedenseratacadosporaccinbacterial,dandolugarala

produccindeloscorrespondientessulfatossolubles.Parasulfurosrefractariosdeoro

ymetalesdelgrupodelplatino,elataquebacterialresultasiendounpretratamiento.

OxidacindelaPirita:Lapirita(FeS2)esunsulfuroampliamentedistribuidoyselopuede

hallar

en

asociacin

con

muchos

metales

como

cobre,

plomo,

zinc,

arsnico,

plata,oro,entreotros. Suoxidacinda lugara la formacinde sulfato frrico y

cidosulfrico.

SulfurosdeCobre:Laoxidacinbiolgicadesulfurosdecobrehasidoelprocesomsestudiado.Elcobresedisuelvetransformndoseensulfatodecobre(CuSO4).

La chalcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre ms difcil de oxidar. Bajo la

influencia de At. ferrooxidans la velocidad de oxidacin de este sulfuro aseincrementahastaen12vecesmsqueelprocesonetamentequmico.Lossulfuros

secundarios de cobre chalcocita (Cu2S), covelita, bornita, son oxidados ms

fcilmente bajo el impacto de las bacterias. A nivel industrial, la tecnologa ha

venidosiendo

aplicada

en

pilas

(Chile,

USA,

Per,

etc.).

Southern

Per

viene

aplicandolatecnologaparalarecuperacindecobreensusbotaderosdesulfuros

debajaleydeToquepala.

SulfurosdeMetalesPreciosos:La lixiviacinbacterianaseempleapararomper lamatrizdelsulfuro (principalmente,piritay/oarsenopirita)en laqueseencuentra

atrapadalapartculaaurfera,permitiendolaposteriorrecuperacindelamisma

por cianuracin convencional. Realmente, el proceso resulta siendo un

pretratamiento antes que una disolucin directa del metal. Los procesos

industriales han tenido enorme aplicacin, entre los que destacan: el proceso

BIOX,de

Gencor,

yque

tiene

plantas

como

la

de

Ashanti

con

capacidad

para

tratar

hasta 1000 tpddemineral. EnelPer la tecnologa fue aplicadaen elProyecto


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Tamboraque de Minera Lizandro Proao, para recuperar oro contenido en

arsenopirita.

Mintek, tambin ha desarrollado el procesoMINBAC, yBactech deAustralia hadesarrolladounprocesoqueempleabacteriasmoderadamentetermfilasparael

tratamiento de sulfuros preciosos y de metales base que se conoce como el

procesoBACTECH.

SulfurosdeZinc:Laaccinbacterialdesulfurosdezinctambinhasidoevaluada,y aunque no se conoce de plantas comerciales su aplicacin tiene un enorme

potencial. La marmatita es el sulfuro de zinc ms fcil de oxidar, influenciado

enormementeporlapresenciadefierro.

Sulfuros de Plomo: La lixiviacin bacterial de galenita origina la formacin dePbSO4queesinsolubleenmediocido,caractersticaquepuedeserempleadaen

la

separacin

de

algunos

valores

metlicos

acompaantes

en

una

mena

de

plomo.

SulfurosdeNquel:Elnqueleslixiviadoapartirdesulfuros(pentandlitaymilerita)ydemenasdefierroenpresenciadeAt.ferrooxidansde2a17 vecesmsrpidoqueelprocesonetamentequmico.

SulfurosdeAntimonio:Seconocendealgunostrabajosquereportan lahabilidaddeAt.ferrooxidansdeoxidarantimonita (Sb2S3)apH1.75ya35C.Tambin sereportalacapacidaddeB.thioparusyAt.thiooxidansdeoxidarestesulfuro.

SulfurosdeMetalesRaros:Losmetalesrarossepresentanenlapartecristalinademuchos sulfuros o silicatos. Para liberarlos es necesario oxidar los sulfuros o

destruir la matriz de silicato. La literatura reporta la posibilidad de oxidar,

empleando

bacterias

del

grupo

de

Acidithiobacillus,

de

una

variedad

de

estos

metales,entrelosquepodemosencontrargalioycadmiopresenteenlaesfalerita

(elprincipal transportadordeestoselementos);degermanioycobalto,derenio,

selenioytelurio,titanioyuranio,entreotros.


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