lixiviacion bacteriana de minerales y concentrados sulfurados

Upload: alice

Post on 06-Jul-2015

1.385 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Esteban M. Dominic - Hidrometalurgia Capitulo 11

TRANSCRIPT

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    1/21

    CAPITULO ONCEl.ixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    2/21

    --;.-~

    CAPITULO ONCE ~- .5 f

    L ix iv ia ci6n Bacte riana de M inera le s y Concen trados Su lfu rados

    Desde la AntigUedad, el hombre se sintio intriga-do del por que en ciertas ocasiones surgian de deter-minados lugares, vinculados con minerales de cobrey de fierro, aguas acidas que contenian estos meta-les, y que incluso Ie permitieron recuperar cobre porla via de su precipitaclon con Fierro. Tal como se revi-sara en el Capitulo 2 de esta obra, en la antigua Chi-na, por ejemplo. existe evidencia documentada delaprovechamiento practice de estos fenornenos des-de epocas muy antiguas; aslmlsrno. 10registran tam-bien los documentos de las explotaciones de cobrerealizadas en la peninsula Iberica, en Rio Tlnto, inclu-so desde el tiempo de los rornanos. Esta aparentetransrnutaclon del Fierro en cobre dio origen tarnbiena la tluslon de los alquimistas, que seguian la mismaidea, pero esta vez tratando de obtener oro.

    Sin embargo, en tiempos mas modernos, este tipode aguas acldas comenzaron a causar algunos seriosproblemas de caracter ambiental. sobre todo en aco-pios de carbon que contenfan piritas y tarnblen en losgrandes botaderos de las minas de cobre del Sur-Oeste de los EEUU. Fue alii donde, en 1947, finalmen-te se loqro obtener una explicacion satisfactoria fren-te a estos fenornenos, al descubrir la existencia derrucroscopicas bacterias responsables de laoxidacionde las especies sulfuradas residuales en dichos ma-teriales de botadero.

    Desde entonces, se inicio un extraordinario es-fuerzo de investiqacion ctentiftco-tecntca destinadoa comprender todo 1 0 posible de estos seres vivos y alograr de ellos los rnaxlrnos rendimientos de tipo

    econornico. Paralelamente, en la practice, se incentivey estirnulo la accion bacterial a nivel industrial, desa-rrollando una exitosa y sumamente economica explo-tacion de estos materiales mineralizados marginales.Inicialmente, los valores de cobre se recuperaban solomediante precipitacion por cernentacion con chata-rra de fierro, pero - estimulado por los conocimientoslogrados en la industria del uranio durante la 2a Gue-rra Mundial- se desarrollaron en breve los reactivosadecuados para la recuperacion de catodos de cobrevia extraccion por solventes y electrodepositacion(SX-EW).

    Como se puede apreciar, la lixiviacion bacterianade minerales sub-marginales ha estimulado el desa-rrollo de otros procesos y, en conjunto, ha obtenidoun exitoso resultado. En el presente Capitulo se vera1 0 que se ha recorrido hasta hoy en relacion al apren-dizaje de la ltxrvracion de sulfuros propiamente tal, 10que ha permitido su apllcacion a minerales y con-centrados sulfurados de mucho mayor valor.

    En este momenta corresponde tam bien recordarque la actividad de seres vivos, sea bacteriana, dehongos 0de algas, en aplicaciones relacionadas conla Mineria, t iene otras multiples posibles aplicaciones,las que en muchos casos recien comienzan avisualizarse. Ejemplos de esto son el biotratamientode los desagUes de mina, para la captura y limpiezade los metales pesados, la destruccion bacterial delcianuro residual en efluentes de tratamiento de oro, ymuchas otras aplicaciones cuya investiqacion y de-sarrollo esta reclen en sus inicios.

    Hidrometalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 315

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    3/21

    1 1.1 .- L as B acte ria s y s u A cc i6 nS ob re lo s S C rlfu ro s

    La lixiviacion bacteriana de minerales sulfuradosenvuelve el uso de microorganismos que ayudan en laextraccion del metal de valor. La disolucion de meta-les por la accion de bacterias, desde minerales esca-samente solubles, puede ocurrir sea:

    directamente por el metabolismo del propiomicroorganismo, 0 bien

    indirectamente por alqun producto de su meta-bolismo.

    En un contexte htstorico y practice. el cobre, el zinc,el oro y el uranio son los metales sobre los cuales masse ha desarrollado comercialmente el proceso delixiviaci6n bacteriana. En general. la extracclon demetales desde estos minerales rnetaliccs ha sidoalcanzada principal mente a traves del uso de la oxida-ci6n de sulfuros por el qenero Thiobacillusferrooxidans (TFJy Thiobacillus thiooxidans (TT) queson las bacterias mas cornunrnente presentes en losprocesos industriales y en las aguas de rnina. Sin em-bargo el reciente uso de otras cepas bacterianas -recogidas desde vertientes de aguas termalessulfurosas - que operan en un optirno de temperaturabastante superior a la del ambiente (tiplcamente entre60 y 80C), ha permitido la operacion exitosa de ladisoluci6n de concentrados anteriormente considera-dos mas refractarios ante la lixiviacion como son, porejemplo, los de calcopirita, CuFeS2' y los de enargita,CU3AsS4'

    Es importante tamblen tener presente que el me-tal de lnteres puede no estar necesariamente en la for-ma de sulfuro y, como ocurre en el caso del oro, puedeencontrarse encapsulado en especies sulfuradas 0arsenicales, del tipo de la pi rita, FeS2' 0 de laarsenopirita, FeAsS. En estos casos, la acci6n

    316 Esteban M. Domic M.

    .

    CAPITULO ONu;.""'8 .-~;

    bacteriana es requerida para lograr la oxidacion, aun-que sea s610 parcial, de los concentrados de flotaclonde estos compuestos encapsulantes, para facilitar asila posterior penetracion del reactivo de lixiviaci6n deloro (tiplcamente cianuro de sodio en medio alcalino)en el momenta que este se aplique.

    Las bacterias son organismos unlcelulares. con untamano del orden de 1 micr6n (0,001 mrn), que consti-tuyen una de las formas de vida mas arcaicas y prima-rias. Estos microorganismos, inferiores a los animalesya las plantas, se denominan genericamente comoproceriotes.

    En el caso de las bacterias, elias estan constitui-das por elementos subcelulares de morfologia yestructura bien definida. Entre estos elementos 0partes de los microorganismos, se distinguen la paredceluler. la membrana citoptesmetice. a veces un proto-nucleo y algunas estructuras membranosas quecumplen funciones respiratorias 0mesosoma. el quese encuentran cornunrnente en el citoplasma. Unesquema indicando la ubicacion de estos elementosprincipales de la estructura celular de una bacteria delqenero Thiobacillus se presenta en la Figura 11.1.

    La pared celularconsiste de un material envolven-te compuesto de una sustancia polimertca. la mureina,que corresponde a un peptldoqltcano. Puede estarcompuesta por una 0por numerosas capas que cons-tituyen la proteccion exterior que defiende a la celulade los fenornenos externos, como es, por ejernplo, laabrasi6n provocada por parte de minerales en unlecho agitado.

    Hacia el interior de la pared celular se encuentraun espacio peripleemico que da paso a la membranacitoplesmstice. Esta constituye la verdadera barreraque envuelve el citoplasma - el cual contiene las capa-cidades metab61icas y geneticas del organismo -y que

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    4/21

    L lX IV IAC ION BACTER IANA DE M INERALES Y CONCENTRADOS SULFURADOS

    Proto - nucleocon DNAy RNAitoplasma con

    ribosomas y enzimas~~~~~~~~~7T:77~ Plasrnidos

    inclusiones y qranulos Membranacltoplasmatica Pared celular exterior

    Figura 11.1.-Esquema de la estructura celular de una bacteria del gimero Thiobacillus.

    10 separa del ambiente exterior. La membranacitoplasmatica es una estructura compleja que com-prende lipidos, fosfolipidos y protefnas. Correspondea una barrera osrnotica. que controla el transporte desustancias hacia dentro y hacia fuera del citoplasma.Su estructura es de una doble capa de lipidospuenteados por molecules de proteina que formanporos, a traves de los cuales se transfieren los iones ylas molecules pequefias en forma controlada.

    En lamembrana citoplasrnatica de las bacterias conhabilidades lixiviantes, se encuentran localizados losprocesos enzirnatlcos que intervienen en el transportede electrones. en la deqradaclon oxidante de losnutrientes orqantcos, en la sintesis de compuestos dealto contenido erierqetico y en los procesos oxidativosde la fosforilacion - por ejemplo. el adenin-trifosfato(ATP) que, posteriormente, es fundamental para la fija-cion del CO2 - incluyendo los citocromos y las proteinasazufre-fierro. todos procesos que son vitales para elmetabolismo de la celula,

    EI citoplasma puede considerarse como todo 10que esta contenido en el interior de la membranacitoplesmetice. Se trata de un medio acuoso, de pHcercano a siete, con algunas estructuras particuladas.En las bacterias, como en cualquier celula viva, la in-formacion qenetica se encuentra en el nucleo, carac-terizandose este por carecer de paredes - per 10queen este caso se Ie denomina proto-nucleo - y presen-tarse en forma de una marana de fibrillas queflota casilibremente en el cltoplasma. Existen tambien algunasestructuras membranosas que reciben el nombre demesosoma. Entre elias se incluyen: los ribosomas (queson sitios para la sfntesis de proteinas). algunasenzimas solubles. el RNA (acido ribonucleico), el DNA(acido desoxi-ribonuclelco). algunos granulos deglicogeno y de polifosfato. inclusiones de azufre y deIipidos, y pos ible mente plasmidos (trozos circu lares deDNA que contienen, probablemente, los codiqosgeneticos para el mecanisme de resistencia a los me-tales toxicos), Los qranulos e inclusiones son formasde almacenamiento interne de nutrientes. En cuanto a

    Hidrometalurgia: fundamcntos, proccsos y aplicaciones 317

    --_-- __

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    5/21

    los plasmidos, es importante tener presente su partici-pacion en la extraordinaria resistencia que las bacte-rias acidofilicas han mostrado. practicarnente frente atodos los metales con los que se las ha ido poniendoen contacto. particularmente cuando este contacto serealiza en forma paulatina. de forma de ir generandoun acostumbramiento a esas nuevas condiciones.

    Adernas de 10descrito. las bacterias suelen acu-mular algunos materiales en su superficie exterior. losque se conocen como capsulas 0 envoltorios visco-50S. Estos materiales se componen principalmente depolisacertdos. aunque en algunos casos se trata depolipeptidos. En ocasiones. los envoltorios se disuel-yen y su contenido es secretado hacia el medio exte-rior. formando una mucosa, Se cree que esta sustan-cia visco sa seria la responsable de los mecanismos

    CAPITULO ONCE -

    de adhesion de la bacteria contra una superficie soli-da. como son los cristales de mineral.

    Las bacterias. en general. pueden clasificarse se-gun su modo de nutrirse en:

    autotrOficas: son aquellas capaces de sinteti-zar todos sus nutrientes. como proteinas. lipidos ycarbohidratos. a partir del dioxide de carbono. CO2:

    heterotrOficas: son aquellas que requieren decarbohidratos como la glucosa para formar sus pro-pios nutrientes: y

    mixotrOficas: son aquellas que tienen la habili-dad de formar sus propios nutrientes. a partir deldioxide de carbona y de los carbohrdratos.

    Las bacterias. tarnbien en general. puedenclasificarse sequ n su modo de respirar en:

    Flujo de electroneshacia adentro, ,

    Flujo de Oxfgenoy de Protones haciael interior de la celula

    Pared celular

    Espacio periplasrnico

    Figura 11.2.- Hepresentacion esquernatica de la oxidacion, catalizada por la bacteria, de un cristal de piri ta, FeS2, encondiciones aerobicas.

    318 Esteban M. Domic M.- .

    Membrana citoplasrnatica

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    6/21

    lIX IV IAC ION BACTER IANA DE M INERALES Y CONCENTRADOS SULFURADOS

    aerobicas: requieren de oxfgeno para su respiracion; eneerobices : se desarrollan en medios exen-

    tos de oxfgeno; y facultativas: tienen la habilidad de poderdesarrollarse tanto en medios aerobicos como

    anaerobicos,

    Las bacterias que intervienen en los procesos deI ixiviacion son general mente autotrOficasy eerobices.Las bacterias que son capaces de catalizar reaccio-nes de oxidacion en sustancias inorgimicas, como sonlos minerales, son genericamente clasificadas comoquimio-lito-eutotrotices, 0 bien quimiosintetices. Esdecir, tienen la facultad de obtener la energia nece-saria para desarrollar su metabolismo enerqetico apartir de la oxidaci6n de compuestos inorqanicos -esdecir, a partir del intercambio de electrones -

    fundamentalmente a partir de la oxidecion de lossuliuros metelicos, de la oxidecion del ion ferroso 0bien, de la oxidecion del azufre elemental. La reac-cion de oxldacton del ion ferroso, de los sulfuros me-talicos 0de los compuestos del azufre es catalizadapor la bacteria. mientras que el oxidants (0 receptorterminal de los electrones) es normalmente el oxlqe-no molecular que, para estos efectos, penetra al inte-rior de la membrana citoplasrnatlca. En este caso.estaremos hablando de una oxidaclcn en condicionesaeroblcas. EI oxfgeno es reducido a agua sequn lasemtreaccion:

    02 + 4W + 4 e- ~ 2 H20

    Aunque se ha observado azufre elemental en elcitoplasma de algunas especies. en general se con-sidera que la otra parte de la sernlreaccton. que

    Fe(lll)

    ~Pared celular

    Flujo de electroneshacia adentro y hacia el lade

    I,Flujo de Oxfgeno

    y de Protones haciael interior de la celula

    - Espacto-per ip laern ico- ~~.

    Membrana cltoplasmatica

    Figura 11.3.- Hepresentacicn esquernatica de la oxidacion. catalizada por la bacteria, de un cristal de pirita, FeS2, encondiciones mixtas aerohicas y anaeroblcas.

    Hidromelalurgia: fundarnentos. procesos y aplicaciones 319

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    7/21

    impliea el retiro de los eleetrones Cdesde el ion ferroso.o bien desde los rninerales) ocurre, posiblemente. enel espacio periplasrmco. ubicado entre la pared celu-lar Iextertorly la membrana citoplasmattca. Un esque-ma de la oxldaclon de un cristal de pi rita. catalizadapor bacterias. se muestra en la Figura 11.2.

    Por otra parte. tarnbien se puede dar una oxida-cion. siempre catalizada por las bacterias. en condi-ciones anaerobicas. es decir, sin oxfgeno. 0 bien encondiciones mixtas. aerobica y anaerobica. En estoscasos. el oxidante (0 receptor terminal de los electro-nes). edemas del oxfgeno. puede ser el ion ferrico.Esta otra situacion, siempre asumiendo el caso de laoxidacion de un cristal de pi rita. se observa en el es-quema de la Figura 11.3.

    Sin embargo. es importante tener presente quese ha demostrado que distintas baeteriasintervienen practicarnente en todas las fases delproceso geologico de trensiormecion de los

    A .-'J_CAPITULO ONCE ~ ~

    yacimientos. Asf. la mayor parte de los ienomenosde oxidecion correspondientes al enriquecimientogeologico secunda rio - que. a partir de la transfer-rnaclon de las piritas en acido sulfurico y sulfatoferrico, producen la lixiviacion de los minerales desulfuros primarios y su posterior reprecipitacion.sea como sulfuros secundarios 0bien como oxides,sequn se descrtbio al inicio del Capitulo 7 - pue-den ser explicados a traves de la accion de distln-tos microorganismos oxidantes, similares a los quese plantean para los procesos metalurqicos actua-les.

    De igual manera, existen otros mieroorganismosque cumplen funciones de cerecter reductor. que soncapaces de reducir sulfatosy producir sulfuros, a losque se les atribuyen otros fenornenos de singular irn-portancia geologica y economica. En sfntesis, se tra-ta de un campo de estudios inmenso, en que la mag-nitud de las edades geologicas permite que aun lamas lenta accion de las bacterias se pueda traducir

    Tabla 11.1.- Algunas bacterias asociadas a la oxidaci6n de minerales sulfurados y rangode temperatura y acidez mas ventajosas para su desarrollo.

    Microorganismo Crece por oxidacion de: Fuente de carbono Temperatura AcidezFe2+ S2- So S2ol- CO2 Levadura C pH

    Thiobacillus ferrooxidans + + + + + - 20 a 35 1,5 a 2,5Thiobacillus thiooxidans - -/+ + + + - 20a 35 1,5 a 2,5Leptospirillum ferrooxidans + + - - + - 30 1,2 a 2,0Sulfobacillus thermosulfidooxidans + + + - + + 45 a 60 3,0Sulfobaeillus therrnotolerans + + - - + + 45a60 3,0Leptospirillum thermoferrooxidans + + - - + - 45 a 60 3,0Sulfolobus aeidocaldarius + + + + + + 60a 80 3,0Acidianus archae + + + + + + 60a 80 2,5Metallosphaera archae + + + + + + 60 a 80 2,5Sulfurococcus archae + + + + + + 60a80 2,5Nota: + sefiala que esa reaccion procede habitual mente en terrnlnos posltlvos.

    - indica que esa reacci6n normalmente no ocurre

    320 E steban M . D om ic M .- .

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    8/21

    L lX IV IAC ION BACTER IANA DE M INERALES Y CONCENTRADOS SULFURADOS

    en fenornenos significativamente perceptibles y deimportancia econornica actual.

    Las bacterias acidofilicas son las que son capa-ces de vivir en ambiente acldo, siendo este tipo debacterias nativas de algunos yacimientos. Las princi-pales bacterias encontradas en las aguas acidas demina son las bacterias autotroficas: Thiobacillusferrooxidans y Thiobacillus thiooxidans.

    En el cuadro de la Tabla 11.1se muestra una listade algunos microorganismos identificados como losmas relevantes para los fenornenos de lixivlacion deminerales. Se incluyen tarnblen algunos de sus reque-rimientos de pH y temperatura individuales, que es-tablecen el ambiente mas adecuado en que sedesarrollan.

    Como se puede apreciar. se puede dist inguirtresrangos de temperatura, principales. en que se desa-rrollan las bacterias que presentan afinidad con losminerales sulfurados. Estos rangos de temperaturapermiten, a su vez. clasificar las bacterias como:

    mesoiiles: son las que se desarrollan bien atemperaturas proxirnas al ambiente, entre 20 y 35C,Y son las mas habituales en las lixiviaciones desdeminerales, sea en pi l as, llxiviacion TL bacterial. enbotaderos 0 in-situ: han sido aisladas en las zonashurnedas de los propios yacimientos y, normalmente.estan totalmente adaptadas a ese mineral especifico;consiguen con cierta rapidez adaptarse a otros even-tuales elementos toxicos arsenico, mercurio, concen-traciones altas de cobre y de fierro, etc.; pertenecena los gemeros Thiobacillus y Leptospirillum;

    moderadamente termoiiles: son aquellas cuyornejor comportamiento se da entre 45 a 60C; soloocasionalmente se las encuentra en botaderos ylixiviaciones in-situ. cuando las temperaturas han

    subido a causa de las reacciones exoterrnlcas de lossulfuros: son mas frecuentes en zonas de aguastermales azufrosas. geyseres y volcanismos recien-tes; han sido propuestas y se usan mas bien en lallxlvlacton de concentrados, en reactores de tempe-ratura controlada; pertenecen, en general. a los qe-neros Sulfobacillus y Leptospirillum; y

    extremadamente termofilas:que tienen su ran-go de trabajo optlmo entre 60 y 80C; raramente sedan en operaciones de lixiviacion natural; se las haaislado a partir de aguas termales azufrosas, geyseresy zonas de volcanismo reciente; pertenecen, en ge-neral, a los generos Suiiolobus, Acidianus,Metallosphera y Sulfurococcus; han sido muyexitosas en la lixiviacion de concentrados de flotaclonen reactores de temperatura controlada, particular-mente interesantes son sus resultados con concen-trados de calcopiri ta y de enargita.

    EI metabolismo enerqetico de las bacterias cum-pie tres funciones basicas:

    j) producir enlaces de alta energia, como es elcaso de la iosiorilecion, capaz de oxidar compuestosinorqanicos, como por ejemplo:- reaccion de oxidacion:

    2 Fe2+ ~ 2 Fe3+ + 2 e-- reacclon de reduccion:

    2 e- + 1/22 + 2 W ~ H20iiJ almacenarenlaces de fosfato de alta energia,

    como el adenin-trifosfato (ATP);iiilutilizer los compuestos de alto poder enerqe-

    tico (ATP) en las reacciones de biosintesis, en proce-sos como el osmotico y en la fijacion del dioxido decarbona.

    EI cicio de vida de una colonia de bacterias ino-culada en un medio de cultivo adecuado, puede re-presentarse mediante el esquema de la Figura 11.4.En este esquema se observa. en primer lugar. un

    Hidrometalurgia: fundarnentos. procesos y aplicaciones 321

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    9/21

    periodo inicial de crecimiento lento 0 "etapa de acos-tumbramiento" al nuevo medio (conocldo en inqlescomo "lag time" 0 periodo de rezaqo), que se carac-teriza por muy poca actividad bacteriana (rnedible,por ejemplo. por la solubilizacion de un determinadoproducto, 0bien por el nurnero de individuos por uni-dad de volumen, etc) mientras la bacteria se acostum-bra y desarrolla los niveles de sus rnoleculas internasenzimas, RNA, ribosomas, etc, al nivel requerido parasu mantenimiento y posterior division celular.

    La segunda fase es la "etapa de crecimientoexponencial", en la que la bacteria se multi plicaexponencialmente por division binaria. En esta fasede la vida de una colonia, se puede medir experimen-talmente una importante caracteristica -que es parti-cular de cad a especie de bacterias y que la distinguede las dernas especies - que es el "periotic de

    CAPITULO ONCE"-~.-~

    duplicacion"y que corresponde al tiempo que demo-ra en duplicarse la poblacion bacteriana, bajo ciertascondiciones estandarizadas.

    La tercera fase corresponde ala lirnitaclon de lavelocidad de solubllizacion, ode crecimiento de lapoblacion. debido al repentino agotamiento de uno 0mas de los nutrientes esenciales, 0 de la consunclondel material de sustrato. y se denomina "etapa esta-cionerie". La poblacion bacterial en esta etapa con-siste. en su totalidad, de celulas completamente via-bles pero su crecimiento esta limitado. En cambio, alentrar en la cuarta fase. comienza a disminuir la po-blacion de bacterias viables y se entra de Ileno en undecaimiento de la actividad medible (o del nurnero deindividuos por unidad de volumen. etc') motivo por elcual, esta etapa de decaimiento se conoce como "fasede muerte",

    etapa decrecimientoexponencial

    10 [POblaCiOn]9 celularetapa de

    acostumbram iento

    etapa estacionaria

    etapade

    muerte

    Tiempo

    Figura 11.4.-Hepresentacion asquernatica de las cuatro fases de un cicio de laexistencia de una colonia de bacterias.

    322 Esteban M. Dornic M.- .

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    10/21

    lIX IV IAC ION BA CTER IANA DE M INERALES Y CON CENTRADOS SU lFURADOS

    Las bacterias usadas en la oxidacion de minera-les tienen un periodo de duplicecion del orden de 20a 70 horas. Resulta entonces sumamente importanteconsiderar que, al planear una nueva operacion con-tinua en un bio-reactor; se Ie asigne a este, desde losinicios del respectlvo disefio. un tiempo de residen-cia para el sustrato mineral - que es el que se va aoxidar - que sea menorque el periodo de duplicaciondel cultivo bacteria no que se pretende usar. De 1 0contra rio, la bacteria se vera reducida en su eficien-cia y habra una eventual perdida de capacidadoxidativa. En un bio-reactor operado eficientemente,se debera tener las condiciones de tiempo de residen-cia optimizadas para lograr que el cultivo bacterianoeste, en todo memento, operando en su fase de ere-cimiento exponencial. En su etapa estacionaria lasbacterias pueden alcanzar poblaciones del orden demas de 108 (unos cuantos cientos de rnillones) indivi-duos por centimetre cubico

    Los mecanismos de reaccion generalmente utili-zados en el proceso broqenico de mineralessulfurados son de dos tipos:

    iJ mecanismo directo:que implica la adhesion dela bacteria directamente sobre los cristales del soli-do, actuando ella como puente para el traspaso deelectrones, en una sucesion de dos reaccionesaerobicas secuenciales:

    MeS + 1/22 + 2 H+ bacteriab8cteri~ Me2+ + SO+ H20

    SO + 11/2 + H bacteria H SO2 2 ~ 2 4iiJ mecanismo indirecto: que requiere de la pre-

    sencia de Fierro disuelto en las soluciones:reaccion aerobica 1:

    2 Fe+2 + 2 H+ + 1/22 bacteriabacteri,) 2 Fe+3 + H20

    reaccion anaer6bica:MeS + Fe2(S04)3 reducci6n abi6tic8)

    reducci6n abiotica MeS04 + 2 FeS04 + SO

    reaccicn aerobica 2:SO + 11/22 + H20 ~ H2S04

    Como se puede apreciar, en ambos tipos de re-accion, la bacteria finalmente se encuentra de alqunmodo enfrentada a la oxidaclon de azufre elementalproducido por la reaccion sobre el sulfuro, sea esteproducto de una reaccion de mecanismo directo 0bien indirecto.

    EI ion ferrico, Fe3+, solo 0 combinado. es la espe-cie quimica mas importante involucrada en el proce-so de llxtviacion bacteriana. En presencia de bacte-rias oxidantes de fierro. el fierro ferroso. Fe2+, produ-cido por las reacciones de oxidacion, puede ser vuel-to a oxidar a ion ferrico. estableciendose un procesocicllco. La velocidad normal de oxidacton del ionferroso (de valencia mas des) a ion ferrlco (devalencia mas tres) es bastante lenta y experimenta unincremento del orden de 500 mil a 1 millon de vecesen presencia de las bacterias oxidantes de fierro, ta-les como son las del genero Thiobacillus, Sulfolobuso Archae.

    En todo caso, en terrnmos crneticos, queda claroque los microorganismos son eficaces acelerantes dela oxidaci6n de los minerales sulfurados. de practice-mente cualquier tipo de metales. la mayoria de loscuales en condiciones normales resultan toxlcos parael cornun de los dernas seres vivos.

    Un aspecto interesante, que puede significaradelantos gigantescos y nuevas aplicaciones parael uso de bacterias en la lixiviacion de minerales, 10constituye el reciente trabajo de decodiiicecion delgenoma de los seres vivos. EInacimiento de esta tee-nologia de rnarupulaclon qenetica abre insospechadasposibil idades para alterar las capacidades inhibitoriasy/o de oxidacion de determinadas bacterias, asl como.su resistencia frente a concentraciones mayores de

    Hidromctalurgia: fundarnentos, procesos y aplicaciones 323

    ---------

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    11/21

    metales toxicos, 0 la cornbinacion de caracteristi-cas positivas de dos tipos de bacteria. como serian.por ejemplo. resistencia al pH de una cierta cepacon la resistencia a la temperatura de otra del rnis-mo qenero, etc.

    11 .2.- Caracterfsticas Principalesde las Bacterias Mes6filas

    Como ya se dijo. las bacterias rnesofilas - que sonlas que operan a temperaturas mas moderadas ycercanas alambiente- han sidotradicionalmente las res-ponsables de laactividad bacteriana relacionada con lasaplicaciones practices en mineria. Entre estas se puedendestacar tres bacterias que usual mente coexisten. enproporciones diversas. en las operaciones de lixlvtaclonde minerales, tanto espontaneas como controladas:

    - Thiobacillus ferrooxidans,- Thiobacillus thiooxidans, y- Leptospirillum ferrooxidans.

    Aunque la Thiobacillus ferrooxidans es la bacte-ria mas ampliamente estudiada desde el punto devista mtnero-rnetalurqico. numerosos otros micro-organismos pueden participar en la lixiviacion demetales. tal como se rnostro en la Tabla 1 1 . 1 . A conti-nuacion se anallzaran algunas de las caracteristicaspropias de las bacterias mesofi las ya mencionadas.

    11.2.1.- Thiobacillus Ferrooxidans

    Esta es una bacteria Gram negativa (el metodade Gram permite, mediante una tintura especial, el

    324 Esteban M. Dornic M.- .

    ::.:~;;CAPITULO ONCE ~

    reconocimiento de ciertos grupos de bacterias). conLP8 (lipo-poll-secartdos) en su pared mas externa:tiene forma de baston: sus dimensiones son desde0.9 a 2,0 micrones de largo y 0,5 a 0.8 micrones deancho; posee un flagelo polar, el cualle permite cier-ta movilidad direccionada en medios Ifquidos.

    Su forma de reproduccion es por fislon binaria.encontrandose normal mente aislada 0 en pares.creciendo en medios acidos donde existen ionesferrosos. azufre 0minerales sulfurados. adherlendosea ellos por la forrnaclon de capsulas de mucosas.

    Este microorganismo es un quimiolitoautotrofo obi i-gada 0autotrofo facultative. es decir. obtiene su ener-gia a partir de la oxidacion de especies tnorqanices re-ducidas y. adem as. utiliza el CO2 del aire - que se en-cuentra disuelto en elliquido -como Fuente de carbono.para asi poder realizartodos sus procesos de biosintesis.

    Entre las diversas especies minerales que estemicroorganismo utiliza para obtener su energia estan:

    - el azufre elemental. 8 ;- el anion tiosulfato. (8203)2-.- los cristales de sulfuro por adhesion directa alos minerales sulfurados.- el nttroqeno, N 2. y el dioxido de carbone. CO2,del aire,- iones ferrosos, Fe2+, y- los diferentes estados de oxidacion del azu-fre. desde el anion sulfuro, 82-. hasta el anionsulfito. (803)2-

    EI range de temperatura para su crecimiento ydesarrollo es muy amplio. desde 2 a 40C. siendo latemperatura optima de 30 a 35C. Experimentalmentese ha determinado que su velocidad de crecimiento sereduce a la rnitad. porcada 6C que disminuye latempe-ratura. debajo de un crecimiento referencial de 25C yhasta -2C.

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    12/21

    L lX IV IAC ION BACTER IANA DE M INERA lES Y CONCENTRADOS SU lFURADOS

    Para las variedades acidofflicas, el range de pHpara el crecimiento de este microorganismo es des-de algo menos de pH 1,5 hasta 3,5, siendo el optimopH 2,3. Sin embargo, coexisten con otrasvariedades de Thiobacillus que, en presencia deminerales sulfurados, pueden desarrollarse avalores de pH superiores, hasta incluso pH 7, y asipermiten paulatinamente ir bajando el pH hastaalcanzar los rangos mas acidos, acomodando deesta manera un ambiente adecuado para lallxtvtacton del mineral y el desarrollo de lasThiobacillus ferrooxidans.

    La aireacion del mineral y de las solucionesdebe ser adecuada, de manera que no les faltenCO2 para su metabolismo y el 02 disueltos paraque se produzcan las reacciones. Para esto es fun-damental que la fuerza ionica (surna de la concen-tracion de todas las sales disueltas) de la soluclonno sea muy elevada, ya que inmediatamente se vareduciendo la capacidad de disoluci6n de los ga-ses en ella, principalmente del oxfgeno. Por ejem-plo, concentraciones de sales en solucion, carac-terizadas por el anion sulfato, SO/- (cornun a lamayor parte de elias) por sobre 80 g/I, ya inhibenfuertemente la solubilidad del oxfgeno y, con ello.las posibilidades de crecimiento de las bacterias.En consecuencia, se ha recomendado en la practi-ca no exceder los 60 a 70 g/I de SO /-, usado comomedida de las sales totales.

    EI oxfgeno que asimilan las bacterias participacomo receptor final de electrones formando agua:reaccion de oxidacion :

    2 Fe2+ ~ 2 Fe3+ + 2 e-reaccion de reduccion :

    2e- + 1122 + 2H+ ~ H20y sumando, se tiene la reaccion global:

    2Fe2+ + 2H+ + 1/2 02 ~ 2Fe3+ + H20

    Se necesita oxidar dos moles de ion ferroso parapoder formar un mol de molecules de adenin-tr ifosfato(ATP)' EImetabolismo del carbono, esto es laf ijaci6n dedioxido de carbono por los microorganismos, se realizaa traves del ciclo Calvin (en el cual participa la enzimarubisco y los compuestos de fosfato ligados al ATP. ysequn el cual se requieren 3 moles de ATP para fijar unmol de CO2), siendo la reaccion global de fijacion:

    CO2 enzima rubisco +ATP glucosa

    11.2.2.- Thiobacillus Thiooxidans

    Esta tarnbien es una bacteria Gram negativa quese encuentra cornunrnente en depositos de minera-les sulfurados y en constante cornpafiia de laThiobacilfus ferrooxidans. Es un microorganismoincapaz de oxidar Fierro 0 sulfuros metallcos bajovariadas condiciones. Sin embargo, es habll en oxidarazufre elemental a temperaturas de 2 a 45C, siendosu optlmo 28 -30C, Y tolera pH desde 0,5 a 5,0. sien-do su optirno en torno a pH 2,0.

    EI Thiobacillus thiooxidans es importante en laltxiviacion porque mejora ycomplementa laactividad dela bacteria Thiobacillus ferrooxidans. En efecto, si bienla Thiobacillusthiooxidans no puede oxidar directamen-te a los sulfuros metahcos. tiene una singular habil idadpara oxidar el azufre elemental y producir facilrnenteacldo sulfurico, el cual, en presencia de oxigeno, esrapidarnente usado por la segunda bacteria(Thiobacillus ierrooxidens) para oxidar el ion ferroso y,a su vez, producir sulfato ferrico. iniciando el ciclo de lacorrosion de los sulfuros metalicos, Por otra parte, jue-ga un rol determinante y fundamental en la rnantenclonregulada del pH, 1 0 suficientemente bajo como para queno precipite el ion ferrico por hidrolisis,

    Hidrometalurgia: funclamentos, procesos yaplicaciones 325

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    13/21

    11.2.3.- Leptospirillum Ferrooxidans

    Esta bacteria se encuentra normalmente co-existiendo con las dos anteriores. Presenta carac-teristtcas mcrfoloqicas vitales y de DNA, que la cla-sifican en un qenero diferente de las Thiobacillus.En efecto. las bacterias del qenero Leptospirillumson bastante mas delgadas y alargadas que lasThiobacillus. Entre sus caracteristicas mas relevan-tes esta el ser estrictamente aerobicas.

    Por otra parte, las bacterias Leptospirillumcuentan con caracteristicas de temperatura prefe-rente algo diferentes a las anteriores; su tempera-tura de trabajo optima es de 30C y son mucho massensibles a los cambios de temperatura hacia aba-jo. con un limite operacional de 20C. Por el con-trario. son mas tolerantes a las temperaturas supe-riores, resistiendo bien hasta cerca de 45C.

    8u capacidad oxidativa esta limitada a las es-pecies de Fierro (2+), sea como ion ferroso en so-luc ion. 0 bien como parte de los mineralessulfurados, caso en el que tarnbien oxida el anionsulfuro, 82-

    ~CAPITULO ONCE ~

    11.2.4.- Nutrientes y Tolerancia ala Acumulacion de lones

    En general, para mantener su viabilidad losmicroorganismos rnesofilos necesitan energia externay contar con Fuentesde elementos vitales como son elcarbone. nitr6geno, fosforo, rnaqnesio. azufre, etc. EIagua se necesita como medio solvente y adernas parael transporte de los nutrientes. Las concentracionesnecesariasaproximadasdealgunos deestos nutrientesvitales se indican en laTabla 11.2.

    Estos microorganismos mes6filos. en general,presentan una alta tolerancia a diversos iones metali-cos. Enla Tabla 11.3se entregan los valores rnaxlrnosde concentracion de diversos tones, superados loscuales se inhibe fuertemente 0simplemente sedetie-ne la actividad bacteriana.

    Tarnbien sehareportado que existe una inhibicionde laactividad bacterial con el aumento de laconcen-traci6n de iones ferricos en lasoluclon. EIexceso deiones ferrioos supri me laoxidacion del ion ferroso. Sedetermin6 que el6ptimo crecimiento se logra con unaconcentracion de iones ferrosos entre 1,5Y3 g/1.

    Tabla 11.2.- Concentracion de algunos elementos criticos para mantener la viabilidadvital de las bacterias mesofilas.Sustancia Concentraci6n (kg/ton)

    nitroqeno como amenia: (NH4)+ 2-3fosforo como fosfato: (P04)3- 0,6-1.0sales de potasio 0.8-2,0sales de magnesio 0,4 -0.8dioxide de carbono como gas disuelto 40-80

    326 EstebanM. Domic M.- .

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    14/21

    L 1X IV IAC IO N BAC TER IANA DE M INERA lES Y CON CEN TRAOOS SU lFURAOO S

    Tabla 11.3.- Concentraciones maximas que inhiben la actividad bacteriana mesOfila.Cation rnetalico Cone. maxima (g/I) Cation rnetallco Cone. maxima (g/I) Aniones Cone. maxima (g/Il

    Fe 160 Co 30 Sulfato 80a 100Zn 119 As 17 Cloruros 2a6Ni 72 U308 12 Nitratos 2a6Cu 55 AI 10 Cianuros 2.5 x 1 0 , 5 MolarMn 33 Mo 2.9 Fluoruros 2.5 x 1 0 , 5 MolarCr 0.8 Ag

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    15/21

    CU2S + 2 Fe2(S04)3 ---7---7 2 CuS04 + 4 FeS04 + So

    e) EI sulfato ferroso es reoxidado por la bacteria,con acido y oxiqeno, para formar mas sulfato ferricoy el cicio se repite, como la ecuacion mostrada en b)

    f) EI azufre es oxidado por la bacteria en presen-cia de oxigeno y agua para formar acido sulfurlco.manteniendo asi regulado el pH

    So + 11/22 + H20 ---7 H2S04

    g) EIacldo producido es requerido para la oxida-cion quimica del mineral, para las reacciones de laganga. para la formacion de ferrico y para el creci-miento de la bacteria.

    11.4.- Aplicaciones IndustrialesRecientes de la Lixiviaci6nBacteriana

    Las principales aplicaciones industriales de lallxiviacion can bacterias se dan en procesos queinvolucran:

    lixivleclones en botaderos e in-situ, de carac-ter espontaneo, cuando se trata de minerales de co-bre de muy bajas leyes;

    lixlvieciones en pi/as, de tipo controlada, conaplicaciones para minerales de cobre y para piritas yarsenopiri tas auriferas. y lixiviaciones agitadas en reactores muy con-tro/ados, cuando se trata de con centrad os. hasta aho-ra predominantemente de oro ocluido en piritas y, enestudio. de aplicaciones para cobre de calcopirita yenargita.

    328 EstebanM. Domic M.- .

    CAPITULO ONCE ' ' ' ! Z

    Las lixivieciones en botaderos e in-situ, si biencorrespondieron a las primeras aplicaciones indus-triales de la lixiviacion bacteriana, dado el bajo valoreconornlco unitario intrinseco de los minerales trata-dos y su escasa posibilidad de controlar el proceso,se pueden considerar mas bien como procesos es-pontaneos y no cientificamente controlables ni tecni-camente muy rnanejables.

    En la siguiente categoria se encuentran laslixivieciones en pi/as, que se realizan directamentesobre los minerales chancados, representadas por lasoperaciones de tipo Proceso TL Bacterial, 0sus imi-taciones similares. que se expl ican en detalle mas ade-lante. en las monografias descriptivas de la Mina LoAguirreyde Quebrada Blanca, que se discuten en losCapitu/os 19y 20. respectivamente. Adernas de esasplantas, existen varias otras que utilizan tecnologiamuy similar.

    Por ultimo, se encuentran las llxivieciones agita-des, que se realizan sobre concentrados de minera-les, normalmente obtenidos por flotaclon. En el casode estos, 1 0 que se ha lixiviado hasta ahora son piritaso arsenopiritas auriferas. para desbloquear el oroencapsulado y facilitar el posterior acceso del cianu-roo Mas recientemente, esta tecnologia se esta am-pl iando a interesantes aplicaciones experimentalespara sulfuros de cobre.

    En la Tabla 11.4 se presenta un listado en que seresumen las aplicaciones comercia/es de lixiviecionbacteriana contro/ada mas conocidas, tanto del tipolixiviaciones en pila sobre minerales, como mediantebio-reactores agitados aplicados sobre concentrados.

    Adernas de las aplicaciones al caso del oro y delcobre, existe el potencial- estudiado a nivel de labora-torio y plantas piloto -para la aplicacion del proceso a

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    16/21

    L1X IV IAC ION BACTER IANA DE M INERALES Y CONCENTRADOS SULFURADOS

    Tabla 11.4.- Resumen actualizado de aplicaciones de lixiviaci6n bacterial controlada,sea en pila sobre minerales, como por agitaci6n sobre concentrados.

    Proyectonombre y lugar Tipo de alimentaci6ny capacidades Tecnologia yproceso Historia yestado actualLo Aguirre,

    17 k rn a l Oest e de Sant iag o,Reg iu n Me tropo li tana . Chi le

    3.300 ton /di a d e min cral esde cobre: calcosina/horrutade 1,1 a 1,4% Cu tctal

    l ix ivi acidn en p it as (on ag lome rac io nprevia proceso TL de SMP seguidod e S X -EW . con 14-1' ,.000 ton/ano Cu"

    en operaclon desde 1980con cierre par a Die.2000 porilgntarnienlo de reservas

    Fairview,.Sudafrica

    ]!i lon/diil roncentradosde tlotacion de oro

    lixiviacion agitada y alreeda.p roceso Gencor

    puesto en rnarcha en 1986actuahnen te en operacton

    Sao lI..nto,Hrasi l

    ISO ton.dia concenlradosde ilotacion de oro

    Hx iv i ac i en ag it a da ~ "n i re a rl a ,p roc es o Gen cor p re vin a a utocl ave

    puosto en rnarcha en 1990actua lmente en opera tion

    Gunpowder's Mammoth ,~1ineQueensland. Aus lral ia

    unos 1.2 x l 06 ton/ariomineral 2 ,2 '- :: ;, Cu: ca lcc si naY ' hornita

    lixiviaci6n in-situ controlada Ilx pilasseguido de SXEW: 13.000 ton/annC l I ; p r oc e so similar T L d e S M I'

    puesto en marrha en 1991opera hasta1997; cambia duerio) ' p rcceso : nueva mlneralog ia

    Harbour Light,.VI/estern Australia

    40 ton/dfa conrentradosde flntaririn de oro

    l ixivi aci6n . lg it ada Y iii reada.p roceso Gencor

    puesto en m.ircha en 1992cerrudo en 1994 por agotarn lemo

    .....0unl l .eyshon.Queensland, Austral ia

    unos 1 37 0 to n/d ea mineral0,175tyo Cu: calcosino con1,73 gramos d..Aullon

    lixi\ 'iaci(Jn en pi las delga das sa candoell )' Illego cianurncion del Auproceso similar T L de SM P

    puesto en marcha en 1992cerr .ido en 1997 96 porugot arnicmo de l a mina

    Gi ri l ambone .N ew South \''\:,lles: Austral ia

    unos 2 .0 [J () lon /d ra mineralde cobre 2,5 u / , ) Cu:calcosina

    lixiviackin en p i l c l S con c ur ad o p re viase guid o d e S X -E W : 1-1.000 tun/aimproceso simil ar TI . d e SMP

    puesto en rnarcha en 1993actualmente en oporaclon

    \OViluna Mines,\ .Ves t (' rn Aus tr a lia

    1I:; lOIlAIi~l concentradosde r lo tacion de oro

    l ix iv i ac i6 n ag it ad a y a ireat la,proceso Gencor

    pues tu en rnarcha en 1993actualmente e n o p e ra c to n

    Cerro Colorado,Mamiria. 50 km .11 [sle delqu iqu e. T arapac a, Chi le

    ini cio 16 .000 ton/di a m ine ralde 1 , 0 t . y "Cu:ca l cosina / horn it S P " C S 24.000 t o n / d l a ('95))' ahora : l 1 I . o n o t on /rha ( ,9 6)

    lixiviacion en pilas ron aglomeraciunprevia proceso T L d . S M P seg uid o de5X [W : el'93: 40.000 ton/al io Cu"; ,,1'9;;60.000; e l'

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    17/21

    la recuperaclon de otros metales relacionados conminerales sulfurados, como es el caso de los sulfurosde cobalto, niquel. zinc, plomo, molibdeno y galio.Asimismo, existen estudios para permitirel tratamien-to de minerales complejos de manganese y plata ypara la recuperaci6n de metales del grupo del platl-no. Tarnbien se han propuesto bacterias para la recu-peracion de minerales de uranio, cuya mena se en-cuentra combinada con piritas.

    Las apl icaciones comerciales para concentradosde oro y, mas recientemente, tambien de cobre, seestan abriendo paso rapidarnente con la tecnologiaprocedente de Sudafrica. que esta siendo comercia-Iizada por Gencor (para piritas aurlferas) y por Bill iton(para otros metales basicos: Cu, Ni, Co, Zn, etc) Enestas aplicaciones se han probado comercialmente,hasta ahora. solo bacterias rnesofilas (que operan atemperaturas mas bejas, entre 30 y 40C) del tipoThiobacillus y Leptospirillum ferrooxidans.

    Sin embargo, procedente de Australia y con elnombre de Bactech, se comercializa otra version dereactores. destinada a aplicaciones para concentra-dos de oro, que utiliza bacterias moderadamenteterrnofilas (que operan a temperaturas algo mas ele-vadas, entre 50 y 60C) del tipo Sulphobacillus yLeptospirillum thermooxidans.

    11.5.- Lixiviacion Bacterial AplicadaDirectamente a MineralesSulfurados

    Desde los inicios de la lixiviaci6n bacteriana decobre. tanto en tiempos remotos (antique China,

    330 EstebanM. Domic M..

    CAPITULO ONCE -

    epoca de los romanos y explotaciones de Rio Tinto,en Espana) como en los actuales IIixiviaclon debotaderos e in-situ en el Sur-Oeste de los EEUU,desde las decades de los 50 y '60), siempre esta seaplico directamente a los minerales en bruto. esdecir, sin realizar una concentracion 0 acondiciona-miento previo del mineral.

    Sin embargo. en el caso del Proceso TLBacteriano - desarrollado por Minera Pudahuel. amediados de los alios '70, e implementado comercial-mente, en un inicio enfocado s610 para oxides, en laMina de Lo Aguirre. en 1980 - el mineral es sometidoa un chancado fino y, previo acondicionamiento me-diante aqlomeracion de los ftnos y curado acido, essometido a una lixiviacion en pilas con solucionesacidas diluidas. Dado que estos minerales contenian.desde la puesta en marcha de la operacion de LoAguirre. proporciones variables de especies rninera-les sulfuradas, junto a los oxides lixiviables que justi-ficaban el proyecto, resulto muy natural que se incor-poraran en la Planta los controles microbiol6gicosnecesarios para estimular en las pilas el desarrollo deuna eficiente flora bacteriana. EI exito obtenido per-miti6 en breve plazo el tratamiento de minerales ex-clusivamente de sulfuros, consolidando la experien-cia obtenida y permitiendo desarrollar un valiosisimoconocimiento de las variables operativas (0 "know-how" operacional).

    En aries posteriores, el mismo proceso se fueimplementando en otras operaciones mineras, 10quepermiti6 ampliar el espectro de variables operativaspara lIegar a dominar situaciones nuevas, como sonel usa de aguas de salares, la operaci6n en condicio-nes clirnaticas extremas, el trabajo bajo presiones deoxigeno disminuidas por la altura qeoqrafica. el usode diversas configuraciones de pi las. con y sinmembranas intermedias, el usa de sopladores para

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    18/21

    -

    LlX IV IAC ION BACTERIANA DE M INERALES Y CONCENTRADOS SULFURADOS

    oxigenar las pilas desde abajo, la caletacclon de lassoluciones, etc. Gran parte de la experiencia acurnu-lada se fue reuniendo en las primeras aplicaciones.de Lo Aguirre y de Quebrada Blanca. motivo por elcual en esta obra se han incluido las monografias des-criptivas de ambas operaciones, como Capitulo t9y20. respectivamente.

    Pronto su rgieron interesados en aplicar el Proce-so TL Bacteriano en muchas otras partes, como porejemplo en Peru, a partir de 1994. donde se lntclo suaplicacion en la mina de Cerro Verde, por parteCyprus Copper. Gracias a este cambio, se ha alcan-zado en la actualidad una prcduccion de cobre cua-tro veces superior a la que se tenia historlcamenteantes. Asimismo, en Australia el proceso ha tenidosingular exito aplicado a minerales de cobre de tiposecundarlo, tanto en las operaciones de Giri lambone.como en Gunpowder. entre otros.

    De igual manera. en los EEUU, el proceso se haaplicado en varias operacicnes de cobre, siendo lamas impresionante por su volumen y trascendencia.la reciente conversion total a LX-SX-EW - con el con-siguiente cierre de la concentradora tradicional de flo-tacion - de la operaclon de cobre sulfurado deMorenci, de Phelps Dodge. en Arizona. conversiontotal que se complete en el primer semestre de 2001.

    Sin embargo, resulta digno de especial rnencionel desarrollo que, siempre a partir del concepto delProceso TL. ha realizado la Newmont Gold Co. paraminerales auriferos de baja ley, ocluidos en pi rita yarsenopirita. Para este proceso, el mineral es previa-mente chancado a menos de una pulgada. Luego.usando la misma tecnica de acondicionamiento aci-do previo del TL. se distribuye y aglomera los finosusando un inoculo bacteriano sumamente activo, queasi queda distribuido de manera uniforme a todo el

    mineral, mientras se carga la pila. Seguidamente, serealiza una lixlviacion bacterial en pilas de las pirttasy arsenopiritas, hasta lograr la oxidacion parcial delas particulas que incluyen el oro, 10 que normal men-te ocurre despues de varios meses, e incluso hastaun ario. Basta una oxidacion del orden de 40 a 50%de los sulfuros presentes, para garantizar un poste-rior acceso al oro, sea con cianuro, con tiourea, 0contiosulfato de amonio. En caso de requerir un cambiadrastlco de pH, como es el caso de la cianuracion, seha optado por descargar la pila de oxidactonbaeteriana. volver a aglomerar - ahora con cal y ce-mento - y reapilar para la recuperaclon del oro.

    Un proceso similar es el desarrollado por la em-presa Geobiotics, euyo coneepto tarnbien cornpren-de el usa de una misma pi l a de mineral de oro de bajaley, en caracter de bio-reactor para la oxidacionbacteriana de las pir itas ocluyentes.

    11.6.- Lixiviaci6n Bacterial deConcentrados en Bio-ReactoresAgitados

    Los primeros bio-reactores agitados usados co-mereialmente han sido enfoeados a la oxidacion deeoneentrados de piritas auriferas, en las que el orose encuentra, de alguna manera, fisicamente oeluidoen la matriz de la pirita. Por 10 tanto. se requiere, poralqun mecanismo, lograr el aeeeso de los lixiviantesadeeuados para el oro. normal mente las soJueionesdiluidas de cianuro de sodio. Las alternativas tecno-loqicas disponibJes han sido la tuesta oxidante, laoxi-dacion a presion en autoclaves y, mas reeientemen-teola bio-oxidaclon en reaetores de alta eapacidad.

    Hidrometalurgia: fundamontos. procesos yaplicaciones 331

    - --- . - - - ~ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    19/21

    Desde el punta de vista de las bacterias utiliza-das en esta aplicacion, al inicio se han usado princi-pal mente bacterias de tipo rnesofilas. Sin embargo,gradualmente, se han ida introduciendo las del tipomoderadamente terrnofilas y. mas recientemente. lasextremadamente terrnoftlas. De esta manera, ha sidoposible lograr un incremento notable en la eficienciade estos reactores, al disminuir paulatinamente lostiempos de residencia requeridos par las aplicacio-nes iniciales.

    De igual forma, porejemplo, ha sido posible plan-tear la disolucion de otras especies minerales. total-mente refractarias, a muy escasamente atacables,mediante las bacterias rnesofilas convencionales. Esel caso de los concentrados de calcopirita. que en unsistema extremadamente terrnofilo pueden ser trata-dos eficientemente.

    Lo mismo ocurre can los concentrados deenargita, CU3AsS4' y arsenopirita, FeAsS, que hanconstituido siempre un problema para los procesosconvencionales de fusion, par los altos contenidos dearsenico que se alcanza en algunos de ellos. 10 queproduce serios problemas de control ambiental. Deesta manera alternativa, cuando se oxidan las espe-cies de arsenico y de fierro. se generan tarnbien lascondiciones para co-precipitar algunos compuestossumamente estables del arsen ico, como es, por ejem-pia, la escorodita, FeAsO*2H20 (un arseniato ferrico).a la vez que se aprovechan eficazmente los conteni-dos de metales economicarnente valiosos, como sonel propio cobre y los metales preciosos. que se recu-peran desde los residuos

    En la actualidad existen al menos dos tecnologiascompetitivas y comercialmente exitosas en la opera-cion de numerosas plantas de lixiviecion de concen-trados de piritas auriferas, con bio-reactores agitados.Una de elias, que usa bacterias moderadamente

    332 Esteban M, Domic M.

    .

    terrnoftlas, ha sido desarrollada en Australia yesconocida con el nombre de Proceso BacTech.

    La segunda tecnologia. en cambro. que usa unacomblnaclon de bacterias rnesofilas, se desarrollo enSud africa, recibiendo el nombre de Proceso BIOX,aunque es tarnbien conocida por el nombre de la cam-pania que la puso en practica, Gencor. Actualmente,esta ultima tecnologia es tam bien comercializada,pero para su apllcacion a metales diferentes al oro,con el nombre de Proceso BioCOP, por Billiton.

    En base a este conocimiento de partida. Billitonloqro establecer. a inicios de 2000. un acuerdo co-mercial de desarrollo tecnoloqico conjunto C'jointventure") con Codelco, para el pilotaje y eventualoperacion de una planta demostrativa de unas20.000 ton/ario de catodos de cobre para el trata-miento de los can centrad os de enargita de MansaMina. ubicada allado de Chuquicamata. Para estecase, se prepara un pulpa con el concentrado. a pHcercano a 1.5 Y con una dilucion de 7,5 partes deliquido por cada parte de solido (12 a 13%) Se usanbacterias rnesoftlas, pero a su temperatura optimade traba]o, en reactores eficientemente aireados ycon los nutrientes adecuados. de nltroqeno (salesde arnonio), de Iosforo (sales de fosfato) y depotasio. Se controla la acidez, los niveles de oxige-no disuelto y la temperatura. enfriando si es nece-sario.

    En la oxidacion existen especies minerales decobre que son consumidoras de ecido, como lacalcosina y la calcopirita y. por otra parte, hay otrasespecies que son productoras netas de ecido. comola pirita y la arsenopirita. Se trata, por 10 tanto, de es-tablecer un balance muy cuidadoso entre estas es-pecies, a objeto de no desequilibrar el balance netode acido del sistema y afiadir los reactivos de controlde pH que sean necesarios.

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    20/21

    -

    L lX IV IA C ION BAC TER IA NA D E M IN ERA lES Y CONCEN TRADOS SU lFU RADOS

    - reacciones de oxidaclon eonsumidoras de sci-do, por ejernplo, calcosina y calcopirita:

    CU2S + 21/22 + H2S04 ~ 2 CuS04 + H204 CuFeS2 + 172 + 2 H2S04 ~

    ~ 4 CuS04 + 2 Fe2(S04)3 + 2 H20

    - reacciones de oxidacion productoras de ecido.por ejernplo. pir ita y arsenopir ita:

    4 FeS2 + 1502 + 2H20 ~~ 2 Fe2(S04)3 + 2 H2S04

    2 FeAsS + 7 02 + 2 H20 ~~ 2 FeAs04 + 2 H2S04

    En otra investtqacion paralela, que realiza elconsorcio Billiton-Codelco, en Randburg, Sudafrica.se estan estudiando las mejores condiciones de ope-racion para un cultivo de bacterias termofllas. usadoen la lixiviacion de concentrados solamente decalcopirita, aspirando a obtener razones de oxidaclonsuperiores al 90%.

    11.7.- Bibliograffa Relevante de lal.ixiviacion Bacteriana de s a Ifuros

    Para complementar y profundizar aspectos es-pecificos relacionados con los procesos delixlviacion de minerales y concentrados sulfurados,a continuacion se presenta una lista de referenciasseleccionadas. En caracter de orientacion general,se puede recomendar alguno de los textos de re-copilacion - que tratan de brindar una imagen com-pleta sabre los diferentes aspectos mas relevantesdel terna: fundamentos, microbiologia, experimen-tacion y aplicaciones - de mas reciente aparicion.como son los de D.E.Rawlings (1997), de J.Barrettet al (1993), de HL.Ehrlich y C.Brierley (1990) Algo

    mas antiguos, pero igualmente vi gentes son los tex-tos de L.EMurr et al (1978 y 1980), de GI.Karavaikoet al (1977 y 1985) Y de J.Zajic (1969).

    Ademas, en los anos recientes se han ido reali-zando conferencias ternaticas cuyos librosde recopilaclo n de trabajos presentadosCproceedinqs") constituyen valiosa informacion,tanto respecto de los aspectos fundamentales demicrobiologia y conocimiento celular de los micro-organismos como de las aplicaciones practicas ala mineria.

    De igual manera, en las monografias del Capi-tulo 19y 20 de este libro, se encuentran descritasdos de las operaciones mas representativas de laaplicacion del proceso de hxiviacion de bacterianaen pi l as de minerales sulfurados de cobre en Chi-le, las de la mina de Lo Aguirre y de Quebrada BIan-ca, respectivamente.

    Australian Mineral Founfation, editores. "BIOMINE '94 -Applications of Biotechnology to the Minerals Industry".trabajos presentados a BIOMINE'94 Intnl.Conference andWorkshop, September, 19-20.Perth,Western Australia. ed,AMF.1994.

    Barrett.J. Hughes.M,N" Karavaiko,G.1.y Spencer.P.A. "MetalExtraction by Bacterial Oxidation of Minerals", ed. EllisHorwood Ltd.Chichester, England. 1993.

    Brierley. James A., "Expanding Role of Microbiology inMetallurgical Processes",Mining Engineering. paq,49-53,November. 2000.

    Bruynesteyn, A. y Duncan, D.W., "Microbiological Leaching ofSulphide Concentrates", Canadian Metall. Quarterly. vol10.n" 1.paq,57-63,1971.

    Colmer. A.A.. Temple, K.L. y Hinkle. M.E.. "An Iron-OxidizingBacterium from the Acid Drainage of Some BituminollsCoalMines". Journal of Bacteriology. vol 59.pag.317-328.1950

    Clum, J.A. y Haas. L.A . "Microbiological Effects onMetallurgical Processes". trabajos presentados al TMS-SME Joint Committee on Hydrometallurgy Symposium,February 24-28, New York. EEUU,ed.TMS. 1985.

    Hidrornetalurgia: fundamentos, procesos y aplicaciones 333

  • 5/7/2018 Lixiviacion Bacteriana de Minerales y Concentrados Sulfurados

    21/21

    Domic, E.M.. "Proceso de Lixiviecion TL:Descripcion. Amilisisde Resultados Industriales y Prespectivas Futures", Rev.Minerales. vol 38. n- 162. paq. 518. Ahril-Junio 1983,

    Duncan, D.W., "Microbiological Leaching of Sulphide Minerals ",Australian Minin9. November. 1967. Ehrlich, H.L. y Brierley, C.L. "Microbial Mineral Recovery", ed.McGraw-Hili . N.York. 1990.

    Jackson. Eric. "Hydrometallurgical Extraction andReclamation".ed. Ell is Horwood Ltd., Chichester, England. 1986.

    Holmes. D.S. y Smith, R.W.editores, "Mineral BioprocessingII". t rabajos presentados al Engineering FoundationConference. July 10-15, Utah, EEUU, ed.TMS, 1995.

    'Jergensen, G'v .. editor. "Copper Leaching. Solvent ExtractionandElectrowinning Technology". seleccion de t rabajos alSME Annual Meeting. SME. EEUU, 1999.

    Karavaiko.G.I.. "Microbiological Processes for the Leaching ofMetals from Ores:State-of-the-Art Review", traducido y edi-tado por A.E.Torma. Cent re of international Projects.United nations Environment Programme, Moscu, 1985.

    Karavaiko,G.L y Groudev. S.N., editores, "Modem Aspects ofMicrobiological Hydrometallurgy", trabajos presentados alInternat ional Seminar, 24 May-25 June, 1982, Moscow(URSS)Sophia(Bulgaria), Centre of international Projects,United nations Environment Programme, Moscu, 1985.

    Karavaiko.G.I., Kuznetsov.S.1. y Golonizik.A}, "The BacterialLeaching of Metals from Ores", traduccion al inqles, ed.Technicopy Ltd, England, 1977.

    Lawrence. A.W. Branion, R.M.A. y Ebner. H.G.. "FundamentalandApplied Biohydrometallurgy", trabajos presentados alInternational Biohydrometallurgy Symposium, August 21-24. Vancouver, Canada. ed. Elsevier. 1985.

    334 Esteban M. Domic M.- .

    CAPITULO ONCE,-~ :

    Murr. LE .. 'Theory and Practice of Copper Sulphide Leachingin Dumps and In-Situ", Minerals Science and Engineering,vol 12. n 3. paq. 121-189. July. 1980.

    Murr, L.E . Torma. A.E. y Brierley, J.A" "MetallurgicalApplications of Bacterial Leaching and RelatedMicrobiological Phenomena".ed. Academic Press, N.York,1978.

    Hawllnqs, D.E., "Biomining: Theory. Microbes and IndustrialProcesses". ed. Springer. Berlin. 1997.

    Schwartz. W.. edi tor, "Conference Bacterial Leaching 1977",t rabajos presentados a la Conferencia realizada el 24-26Marzo, GBF Monograph Series n 4, ed. Verlag Chemie,Weiheim, NY, 1977.

    Smith. R.W. y Misra, M. edi tores. "Mineral Bioprocessinq". tra-bajos presentados al Engineering Foundation Conference,June 16-22. Santa Barbara. California, ed.TMS, 1991.

    Torma, A.E..Wey. J.E.y Lakshmanan. v.I., "BiohydrometallurgicalTechnologies Vol I - Vol 1/", trabajos presentados alInternational Biohydrometallurgy Symposium. August 22-25. Wyoming, EEUU, ed.TMS, 1993.

    Trudinger, P.A. "Microbes. Metals and Minerals ",MineralsScience and Engineering, vol3, n" 4, pag. 13-25, 1971.

    Vargas.L Jerez,C.A.. Wiertz.J.V. y Toledo,H .."Biohydrometallurgical Processing Vol1- Vol II", trabajospresentados al International BiohydrometallurgySymposium. November 19-22,Vii ia del Mar, Chile. ed. Univ.de Chi le. 1995.

    Zajic, James, "Microbial Biogeochemistry", ed. Academic Press,N.York. 1969