LA BIOLIXIVIACIÓN O LIXIVIACIÓN BACTERIANA

INTEGRANTES CALDERON VILLALOBOS, MABEL CASILLAS SOTOMAYOR, DAVID CHACOLLA CONDORI, RUDY FLORES QUISPE, CLINER

Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947, con el descubrimiento de un microorganismo presente en las aguas de drenaje de una mina de carbón española donde se oxidaba fierro y azufre. Esta era la Thiobacillus ferrooxidans, bacteria que forma parte del proceso de obtención de cobre.

Una vez descubierta, se determinó que era la responsable de la oxidación de los minerales sulfurados que contenían el metal rojo, acelerando su lixiviación desde minerales de baja ley, los que tradicionalmente eran sometidos a procesos más largos, costosos y contaminantes. Las bacterias liberan fuerzas químicas y biológicas que se refuerzan en un plan común que explota la biotecnología: degradar los sulfuros a formas solubles, a velocidades de medio a un millón de veces más rápidas que si estuvieran expuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.

ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION

Estas bacterias oxidan algunas formas reducidas de azufre y hierro contenidos en los minerales, simplemente porque de esa reacción obtienen la energía necesaria para su reproducción y crecimiento.

Adicionalmente requieren oxígeno y dióxido de carbono, los que obtienen del aire, y otros nutrientes necesarios para su crecimiento, como pequeñas cantidades de nitrógeno y fósforo.

¿QUÉ ES LO QUE HACEN?

¿PARA QUE SE HACE?

A consecuencia de sus propiedades metabólicas resultan fuerzas químicas y biológicas que se refuerzan en un plan común que explota la biotecnología: degradar los sulfuros metálicos a formas solubles, a velocidades de a lo menos medio a un millón de veces más rápidas que si estos minerales estuvieran expuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.

¿CON QUE TIPO DE MINERAL SE REALIZA?

Antes de explicar el proceso de extracción se debe aclarar que el cobre es un metal que no existe en estado puro, sino que está combinado en una gran variedad de minerales los que se dividen en tres clases: en la primera categoría están los óxidos que se disuelven muy fácilmente en un ácido suave, permitiendo una rápida extracción del cobre; en segundo lugar están los sulfuros secundarios, como la Calcocina y la Covelina, que sólo se disuelven por oxidación mediante el uso de un ácido muy fuerte y un agente oxidante; y finalmente están los sulfuros primarios, minerales insolubles o muy lentamente solubles en el tratamiento ácido, que por lo anterior no se lixivian sino que son tratados mediante Pirometalurgia.

¿COMO SE TRABAJA EL MINERAL?

El mineral se trabaja en pilas mediante la cual el mineral está dispuesto en un lecho de dos, tres o seis metros de altura, y que posteriormente es regado con ácido, esta innovación fue una parte clave para el desarrollo de la aplicación industrial controlada de la lixiviación bacteriana, ya que el mineral no está inundado como en las piscinas, sino que hay aire y solución lixiviante que permite el crecimiento bacteriano.

DE LA LIXIVIACION A LA BIOLIXIVIACIONEn 1980 comenzaron a lixiviar óxidos y más tarde intentaron explotar los sulfuros secundarios, descubriendo que la lixiviación era también aplicable a estos minerales

“Al principio no estaba muy claro a qué se debía la oxidación observada en sulfuros, pero al realizar una serie de análisis encontramos que las bacterias eran responsables en parte de ella, y digo en parte, porque hay oxidación química y biológica, y la segunda nunca había sido considerada fundamental en el proceso”

¿POR QUE SE TRABAJA EN PILAS?

Para mejorar la parte biológica se utilizó la experiencia que la minera tenía en el diseño y construcción de pilas para que el mineral fuera permeable al líquido y al aire, debido a que se necesita que el ácido atraviese toda la pila sin que ésta se tape ni se inunde. Esto, aunado con nuestra experiencia en la parte bacteriana, permitió desarrollar un proceso que no era nuevo en su concepto, pero sí en la forma, donde se planeaba explotar un yacimiento de cobre en función únicamente de biolixiviación

EL MEDIO AMBIENTEPara el ambiente, la introducción de una tecnología basada en biolixiviación representa un importante adelanto, ya que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnología clásica de Pirometalurgia. En esta última, los sulfuros tratados en fundiciones, producen humos de chimeneas con altos contenidos de dióxido de azufre y arsénico.

En la disolución de minerales sulfurados participan bacterias que requieren sólo de compuestos inorgánicos muy simples para multiplicarse, los mismos que se encuentran comúnmente en las aguas de los procesos Hidrometalúrgicos. Otra de las características especiales de estas bacterias es su capacidad de crecer en soluciones extremadamente ácidas para el común de los microorganismos (pH entre 1,5 y 3,5).

LA BIOLIXIVIACION HA SIDO OBJETO DE MUCHAS INVESTIGACIONES Y ANALOGIAS RESPECTO A LA LIXIVIACION QUIMICA, TANTO EN SU COSTE COMO EN EFECTIVIDAD Y PRODUCCION, Y SE PUEDE AFIRMAR CON CERTEZA QUE LO SEGUIRA SIENDO EN PRO DE SU PERFECCIONAMIENTO.

ACTUALMENTE EXISTEN MUCHAS PLANTAS DE OBTENCION DE METALES APLICANDO LA BIOLIXIVIACION, QUE HAN LOGRADO EXCELENTES RESULTADOS AMBIENTALES Y ECONOMICOS.

VISION MUNDIAL ACTUAL

BIOLIXIVIACION O BACTERIANA

La Biolixiviación o lixiviación bacteriana es un proceso natural de disolución, ejecutado por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos.

• Por mucho tiempo, se pensó que la lixiviación de metales era un proceso netamente químico. El descubrimiento de bacterias acidófilas, ferro ysulfooxidantes, ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizado biológicamente.

El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene metal en su forma soluble.

¿Cómo se realiza?

Se produce por la catálisis que los organismos ejercen durante la disolución de algunas menas por diferentes mecanismos, de modo que el microorganismo se sirve del mineral como combustible, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin requerir una aplicación externa de energía.

FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR EL PROCESO

TEMPERATURA NUTRIENTES

OXIGENO TAMAÑO DE LA PARTICULA

FUENTE DE ENERGIA PRESENCIA DE INHIBIDORES

Ph LUZ

 LA BACTERIA

Son organismos que viven en condiciones extremas, en este caso; pH ácido y altas concentraciones de metales, condiciones normales en los minerales.• Estas bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para generar todos los componentes de la célula. Esta capacidad metabólica es la que se aprovecha para solubilizar cobre.

La más conocida es la “Acidithiobacillus ferrooxidans”; su nombre nos indica varias cosas: “acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido, es “thio” porque es capaz de oxidar compuestos de azufre, es un “bacillus” porque tiene forma de bastón y “ferrooxidans”, porque además puede oxidar organismos se alimentan principalmente de dos impurezas que hay que extraer del mineral para producir cobre: el azufre, que las bacterias pueden oxidar y convertir en ácido sulfúrico y el hierro, el cual es precipitado sobre el mineral de descarte, lo que permite lograr una disolución más barata y simple.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGIA MICROBIANA

1. Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

2. Presenta bajos costos en las operaciones hidrometalúrgicas, en comparación con los procesos convencionales.

3. Ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

4. Permite el tratamiento de creciente stock de minerales de baja ley que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales.

• La técnica de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos, se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato y para oxidar el ion ferroso a ion férrico.

• La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus ferrooxidans es el ion Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre en sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismo a base de N, P, K, y como elementos de trazo, Mg y Ca.

• Actualmente, los siguientes procesos microbiológicos son de importancia en la hidrometalurgia:

1. Oxidación de sulfuros, azufre elemental y hierro ferroso.

2. Producción de compuestos orgánicos, peróxidos, etc., por microorganismos organotróficos, los que atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable.

3. Acumulación de elementos químicos o en su precipitación por microorganismos.

OXIDACION DEL FIERROLa reacción de oxidación del Fe2+ es:

4Fe+2 + O2 + 4H+ = 4Fe+3 +2H2O

 Esta reacción es importante pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones, además de obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros.

Pirita y Marcasita : FeS2 Petlandita: (Fe, Ni)9S8 Pirrotita: FeS Violadita: (Ni, Fe)3S4 Calcopirita: CuFeS2 Bravoíta: (Ni, Fe)S2 Bornita: CuFeS4 Milerita: NiS Covelina: CuS Polidimita: Ni3S4 Tetrahedrita: Cu12SB4S13 Antimonita:Sb2S3 Enargita: CuAsS2 Molibdenita:MoS2 Arsenopirita: FeAsS Escalerita: ZnS Realgar: As4S4 Marmatita: (Zn,Fe)S Orpimentra: As2S3 Galena: PbS

MECANISMOS DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA

Lixiviación Indirecta:Este tipo de lixiviación se realiza con Fe2(SO4)3 en ausencia de oxígeno o de bacterias, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de importancia económica.

Dentro de este mecanismo, son importantes dos reacciones 1. Pirita FeS2 + ½ O2 + H2O == FeSO4 + H2SO42. 2FeSO4 + ½ O2 + H2SO4 == Fe2(SO4)3 + H2O3. Calcopirita CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 == CuSO4 + 5FeSO4

+ 2S04. Calcocita Cu2S + 2Fe2(SO4)3 == 2CuSO4 + 4FeSO4 +

S0

El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 2).

El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans según:

2S0 + 3O2 == 2H2SO4 Este ácido sulfúrico mantiene el pH del

sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.

Lixiviación Directa:• Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente, sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente. El proceso se describe en la siguiente reacción, donde M representa un metal bivalente:

MS + 2O2 == MSO4  Bacteria 2FeS + H2O == Fe2(SO4)3 + H2SO4 Bacteria CuFeS + 8.5O2 + H2SO4 == 2CuSO4 + Fe2(SO4)3

+ H2O 

Dado que el hierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.

DESARROLLO BACTERIANO

El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias juega un papel importante dentro del proceso de lixiviación bacteriana:

 1. pH: En general los T. ferrooxidans se desarrollan bien

en medios ácidos.2. Oxígeno y CO2: La disponibilidad de oxígeno es un

factor que controla la extracción de metales por bacterias. El dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.

3. Nutrientes: Los T. ferrooxidans requieren amonio, fosfato, azufre, iones metálicos (como Mg+), etc.

4. Fuente de Energía: los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los iones ferroso y azufre inorgánico.

5. Luz: la luz visible y la no filtrada tienen un efecto negativo sobre algunas especies de Thiobacillus.

6. Temperatura: el rango sobre el cual se desarrollan se encuentra entre los 25 ºC y 35 ºC.

BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción

bacterial, dando lugar a la producción de los correspondientes sulfatos solubles. 

Oxidación de la Pirita: La pirita se puede hallar en asociación con muchos metales. Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico. 

Sulfuros de Cobre: El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre. La calcopirita es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar. Bajo la influencia de los T. ferrooxidans, la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico.

Sulfuros de Metales Preciosos: La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro en la que se encuentra la partícula aurífera, permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional. En realidad, el proceso resulta un pre tratamiento antes que una disolución directa del metal.

BIORRECUPERACIÓN DE METALES Se puede realizar la recuperación de los metales

presentes en las soluciones, así como el tratamiento de las aguas residuales. Existen muchos microorganismos con capacidad para realizar adsorción o precipitación de metales.

Precipitación: La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros involucra el empleo de bacterias sulfato-reductoras para producir H2S, que tiene la capacidad de precipitar prácticamente la totalidad del metal contenido en una solución. Debemos hacer notar que el proceso se realiza en ausencia de oxígeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros, que requiere de oxígeno (Proceso aeróbico).

Biosorción: la habilidad de los microorganismos permite recuperar hasta el 100% de plomo, mercurio, zinc, cobre, níquel, cobalto, etc., a partir de soluciones diluidas. El empleo de hongos hace posible recuperar entre 96% y 98% de oro y plata. La biosorción de metales conduce a la acumulación de éstos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular.Por otro lado, el cobre puede ser recuperado a partir de óxidos, por hongos que producen ácidos orgánicos que forman complejos con el cobre.

  Reducción: La es parcial, mientras que en

otrosreducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal. En algunos casos la reducción , el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.

VENTAJAS La disminución de la contaminación provocada por los desechos de

la lixiviación en los diferentes procesos mineros, como por ejemplo la reducción de lixiviados del proceso de extracción de oro por medio de cianuro.

Disminución de los costos de operación química, ya que no se necesitaran los diversos compuestos químicos que realizan la común lixiviación, como por ejemplo el cianuro usado en la extracción de oro o el acido sulfúrico usado en la extracción de cobre. Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

DESVENTAJAS A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y con ello

la recuperación de cobre. Sería necesario invertir en un sistema que pueda aumentar la temperatura en la matriz de mineral, para garantizar recuperaciones mayores de el metal requerido.

Es importante controlar variables como la temperatura, aireación, pH, tamaño de partículas, para asegurar las condiciones óptimas de funcionamiento de las bacterias, pero esto resulta difícil en metodologías de mayor envergadura como los botaderos y las pilas.

LIXIVIACION EN BOTADEROS Esta técnica consiste en lixiviar desmontes

de minas de tajo abierto. Debido a sus bajas leyes (< 0.4% Cu) no

pueden ser tratados por métodos convencionales.

Este material, generalmente al tamaño "run of mine" (ROM) es depositado sobre superficies poco permeables y las soluciones percolan a través del lecho por gravedad.

Normalmente, son de grandes dimensiones, se requiere de poca inversión y es económico de operar.

UBICACIÓN DE BOTADEROS

Planta

Represas PLS

Tajo de la Mina

A Concentradora A Lixiviación

LEY DE CORTE Y PROCESO RESUMIDOAlta Ley Baja Ley

Fundición Ext. por Solventes

Refinería Electrodeposición

99.99%Cu

99.999%Cu

Mineral> 0,4% 0,4% - 0,095%

Interacción de los Microorganismos con los Sulfuros

Pirita (FeS2)

Calcopirita (CuFeS2)

FeS2+H2O+3,5O2 Fe+2 + 2 H+ + 2 SO 4=

4 Fe+2 + 4 H+ + O2 = 4 Fe+3 + 2 H2O (oxidación bacteriana)

bacteria2.m1v

POZA DEREFINO

TANQUE DE COLECCION PLS

POZA DE COLECCION

FILTROELECTROLITO

CELDASELECTRODEPOSICION

TANQUE DE DILUYENTE

REEXTRACCION

TANQUE DERECIRCULACIONDE ELECTROLITO

ELECTROLITO RICO

DESDECUAJONE

TANQUE DE ORGANICO CARGADO

PLANCHAS Cu(CATODOS)

BOTADERO

REFINO

EXTRACCION #2

EXTRACCION #1

CHANCADO

AGLOMERACION

LIXIVIACION

STOCK PILE

PLS A TOQUEPALA

FLUJOGRAMA

PFP

GRACIAS ._./