lixiviacion microbiana.pptx

• Montesinos Vilcapaza , Mayte de la flor 08-32407

• Huayta Osco , Yuly Maribel 08-32408

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

FACULTAD DE CIENCIAS ESCULA DE BIOLOGIA Y MICROBIOLOGIA

LIXIVIACION MICROBIANA

INTEGRANTES :

ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION

• Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947

Thiobacillus ferrooxidans

• Determinando que era el responsable de la oxidación de los minerales sulfurados que contenían el metal rojo

Acelerando su lixiviación desde minerales de baja ley.

Las bacterias liberan fuerzas químicas y biológicas

Refuerzan en un plan común que explota la biotecnología


Figura 1: Biolixiviación en biorreactores Tanque aireados y agitados


• Disciplina que estudia y aplica la utilización de M’os para facilitar la extracción y recuperación de metales

Desde yacimientos (conteniendo hierro y/o sulfuros)

Concentrados sulfurados en pilas o biorreactores.

BIOMINERÍA

Económico ( costo-eficacia).

Amigable al medio ambiente.

VENTAJAS

• Aplica a procesos con yacimientos de baja ley de metales.

• Proceso muy antiguo que a la actualidad ampliamente es usado en la industria minera.

VENTAJAS

Figura 2 : Kasese planta (Andy Carter, Wardrop)

Figura 3 : Método de un proceso tradicional Zammit y cols ( 2010).

La Biominería aplica la biotecnología a la industria minero metalúrgica en tres bioprocesos :

Biolixiviación

Biooxidación

biomineralización

BIOMINERÍA

Para lograr la purificación de metales .

Se necesita el empleo microorganismos específicos con variaciones con el sustrato y los productos.

Aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.

BIOMINERÍA

BIOMINERÍA IMPLICA

Figura 4: Planta donde se realiza biolixiviacion

BIOMINERÍA

BIOMINERIA

BIOLIXIVIACION

BIOOXIDACION

BIOMINERALIZACION

Es una tecnología que emplea bacterias especificas

Para lixiviar, o extraer, algún metal de valor

Como ejemplo uranio, cobre, zinc, níquel y cobalto presente en las menas o en un concentrado mineral.

BIOLIXIVIACION

• Como producto final de la biolixiviación

Se obtiene una solución ácida que contiene el metal valor en su forma soluble.

BIOLIXIVIACION

Figura 5: Microorganismos que pueden realizar biolixiviacion

BIOLIXIVIACION

• Es un proceso natural de disolución que resulta de la acción de un grupo de M’os con habilidad de oxidar minerales sulfurados.

Permitiendo la liberación de los metales contenidos en ellos.

BIOLIXIVIACION

• Mecanismo por el cual los microorganismos o sus productos atacan o se adhieran al mineral

Son para lograr la solubilización de metales

Generando ion férrico ( Fe3+) y ácido (H2SO4).

BIOLIXIVIACION

Figura 6: Solubilización de metales generando ion férrico ( Fe 3+) y ácido (H2SO4).

BIOLIXIVIACION

Fuente : M. Semenza, 2000.

CUADRO 1: Bacterias asociadas a la lixiviación de minerales

BIOLIXIVIACION

• Mecanismo por el cual los microorganismos descomponen la matriz del mineral y permiten exponer el metal atrapado

Para lograr que un agente químico (cianuro) potencie su proceso de extracción.

Ejemplo : Leptospirillum , Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus thiooxidans .

BIOLIXIVIACION

• A diferencia de la biolixiviación

No se produce férrico y ácido

Microorganismos no solubilizan el metal.

BIOOXIDACION

pH ácido

Antes Después

ORO

Figura 7: Proceso de biooxidación

BIOOXIDACION

• La Biooxidación involucra el pretratamiento que realizan las bacterias .

Minerales/concentrados refractarios de oro (arsenopirita, pirita)

Permitiendo que el valor metálico permanezca en la fase sólida ( insoluble)

BIOOXIDACION

Para ser recuperado a través :

Cianuración

Donde la solución es descartada previo tratamiento (neutralización).

BIOOXIDACION

Figura 8: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):

BIOOXIDACION

Figura 9: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):

BIOOXIDACION

Mecanismo por el cual se degradan y/o digieren los minerales por acción de los microorganismos.

Enzimas o sus asociaciones: biopelículas

Hasta formar nano partículas ( 10 nm)

BIOMINERALIZACION

Hasta formar nano partículas ( 10 nm)

Presentan fases en solución con producción de coloides.

En cuya matriz nano bioorgánica pueden presentarse compuestos como Exopolisacáridos (EPS), cápsulas orgánicas.

BIOMINERALIZACION

pH ácido

Antes Después

Bacteria

Nano partículas de mineral

EPS

Figura 10: Proceso de biomineralización

BIOMINERALIZACION

ASPECTOS

MICROBIOLÓGICOS

ADAPTABILIDAD

OBTENCION DE ENERGIA

MEDIO AMBIENTE

ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS

Las bacterias junto con las cianobacterias (algas verdeazules) son organismos unicelulares inferiores.

Se ven compensadas por la inmensa diversidad de características metabólicas y por su gran adaptabilidad.

ADAPTABILIDAD


Organismos quimiolitótrofos

Obtienen su energía mediante la oxidación de materiales inorgánicos .

Autótrofos

Utilizan el CO2 del aire como única fuente de

carbono (autótrofos obligados).



LIXIVIACIÓN AUTÓTROFOS

Los quimiolitotrofos, fijan el CO2 y obtienen energía de metales ferrosos o compuestos de azufre reducido que resulta en la producción de Fe(III) y H2SO4.

M’os involucrados en lixiviación autótrofos Bacterias Azufre oxidantes, por ejemplo, Thiobacillus thiooxidans. Bacterias oxidantes de azufre y de hierro, Leptospirillum

ferroxidans.

Proceso Biomining (escala industrial) Minerales de cobre y uranio de bajo grado son lavados para

extraer los metales. M. refractarios de oro son lavados para eliminar Arsenopirita

antes de la cianidación convencional. bacteria utilizada es mesofílica, operan a 30 ºC o leve termófilos 45 ºC.

Los heterótrofos

Obtienen metabolizando compuestos orgánicos.

Algunos heterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos en determinadas condiciones (autótrofos facultativos).



LIXIVIACIÓN HETERÓTROFOS Muchas especies de hongos se utilizan para lavar metales de desechos

industriales, minerales de baja ley y otros minerales. Lixiviación Heterótrofos por hongos se produce como resultado de varios

procesos Reflujo de protones. Producción de sideróforos. Producción de ácido orgánico.

Inmovilización

Utilización de metales solubles e insolubles por la adsorción. En las células vivas la actividad metabólica puede influir Bioadsorción debido a cambios en: pH Sustancias Orgánicos e inorgánicos de nutrientes Metabolitos en el entorno celular.

Una vez dentro de las células, metales pueden ser enlazadas, precipitados, localizados dentro de estructuras celulares intra o orgánulos o translocados a estructuras específicas.


Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos característicos de temperatura.

Ejemplos :

Algunas, las criófilas, en frío (< 20°C)

Mesófilas, en caliente (20-40°C)

MEDIO AMBIENTE


Termófilas moderadas

En un medio más caliente (40-55°C)

Algunas, las termófilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55°C).


MEDIO AMBIENTE


CLASIFICACION

Los M’os acidófilos importantes en biolixiviación se clasifican en tres grupos:

Tipo de M’os Genero

• MESOFILOS

•TERMOFILOS MODERADOS

• TERMOFILOS EXTREMOS

Thiobacillus y Leptospirillium

Sulfobacillus

Sulfolobulos acidanusMetalodpahera ySulfurococcus

CLASIFICACION

METABOLISMO BACTERIANO

•QUIMIOHETEROTROFO

•QUIMIOAUTOTROFO

•FOTOHETEROTROFO

•FOTOAUTOTROFO

Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de carbono Y a su vez, este mismo compuesto es la

fuente de energía.

La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de este grupo.

QUIMIOHETEROTROFO


QUIMIOHETEROTROFO

Figura 11: Proceso de organismos quimiheterotrofos


Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos Como fuente de energía y el CO2 como

fuente de carbono.

Nitrobacter, Thiobacillus.

QUIMIOAUTOTROFO


QUIMIOAUTOTROFO

Figura 12: Proceso de organismos quimioautotrofos


Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono.

Rodospirillum y Cloroflexus.

FOTOHETEROTROFO


FOTOHETEROTROFO

Figura 13: Proceso de organismos fotoheterotrofos


Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono.

Bacterias purpureas.

FOTOAUTOTROFO


FOTOAUTOTROFO

Figura 14: Proceso de organismos fotoautotrofos


Fuente: Esparza,M y cols 2001.


CUADRO 2 : METABOLISMO BACTERIANO

LA BIORREMEDIACIÓN

Llevada a cabo mediante la biotransformación, ya que los metales no son cptos biodegradables.

Bioacumulación y biosorción.

R. redox catalizadas

biológicamente.

Solubilización catalizada

biológicamente.

retención de metales en el citoplasma

inmoviliza los iones metálicos de carga +

B. reductoras de metales, reducen por enzimática directa

Biosorbidos (directa) y coprecipitado (indirecta).

LA BIORREMEDIACIÓN

Figura: interacción entre metales y microorganismos.

Fuente: Ledin, 2000.

Biolixiviación (movilización microbiana de metales)

Acidithiobacillus ferrooxidans

• “acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido

• “thio” porque es capaz de oxidar compuestos de azufre

• “bacillus” porque tiene forma de bastón.

• “ferrooxidans”, porque además puede oxidar el hierro .

Se alimentan principalmente de 2 impurezas

Azufre

Hierro


COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA

CO2+ [Fe/S]

CO2+ [Fe/S]

Medio ambiente aeróbico

A.ferrooxidans

Figura 15: Ciclo de Calvin

CO2+ [Fe/S]

COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA

Figura 16: Reacciones

VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIANA

•Requiere poca inversión de capital

Las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas acidas de minas.

• Bajos costos de operación en comparación con los procesos convencionales.

• Ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

• Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones.

• La técnica de oxidación bacteriana

Permite el tratamiento de minerales sulfurados auríferos

Se fundamenta en la acción efectiva T. ferrooxidans

VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIANA

TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES

•Leptospirillum ferroxidans

•Leptospirillum ferriphilum

•thermoferrooxidans

•Thiobacillus ferrooxidans

Figura 17: Leptospirillum ferroxidans

OXIDANTES DEL HIERRO

•Acidithiobacillus thiooxidans

•At. Caldus

•Hydrogenobaculum acidophilum

•Iron- and sulfur –oxidizers

•Thiomonas cuprina

OXIDANTES DEL AZUFRE

Figura 18: Acidithiobacillus thiooxidans


•Acidocella spp.

REDUCTORES DE HIERRO

Figura 19: Acidocella spp


•Ferrimicrobium acidiphilum

•Ferroplasma acidiphilum

•Fp. Acidarmanus

•Acidimicrobium ferroxidans

REDUCTORES/OXIDANTES DEL HIERRO

Figura 20: Acidimicrobium ferroxidans


•Acidithiobacillus ferroxidans

•Alicyclobacillus spp.

•Sulfobacillus spp.

OXIDANTES/ REDUCTORES DEL AZUFRE U HIERRO

Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans




Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans

• Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a partir de minerales

En general, pertenecientes al género Acidithiobacillus.


Presenta forma bacilar, gram negativas, de 0.5 a 1.7um,aerobio, acidofilo , temperatura (25-35ºC)

Capaz de oxidar compuestos inorgánicos como iones ferroso y azufre


• Es considerada como el mayor contribuyente en la producción de aguas ácidas que drenan de depositos de metales sulfurados

Gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando soluciones ácidas de sulfato férrico.


Figura 21: Bacteria biolixiviante Acidithiobacillus ferroxidans



Leptospirillum ferrooxidans

Figura 22: Espiral de células de ferrooxidans Leptospirillum.


• Son vibriones en forma de espira

Móviles por la presencia de un flagelo polar simple.

• Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energética.

• Las colonias sobre silica gel son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de fierro férrico.

Son aerobios estrictos y quimioautotróficos obligados.



Thiobacillus thiooxidans

Figura 22: Thiobacillus thiooxidans

Se lo puede encontrar en depósitos de azufre y sulfurosos

Desde donde es fácil aislarlos.

Se caracteriza porque sólo es capaz de oxidar azufre.


Desarrollan a temperatura 5ºC-40ºC, a un pH en el rango de 0.6 a 6.0

Siendo el óptimo 2.5.

Son aerobios estrictos.



Thiobacillus acidophilus

Figura 23 : Thiobacillus acidophilus

Aislado por primera vez por Markosyan en 1973 a partir de minerales

Describiéndolo con el nombre de T. organoparus.

Forma bacilar, son aerobios estrictos, oxida azufre

Utiliza compuestos orgánicos

Thiobacillus acidophilus


Sulfolobus

Figura 24 : Sulfolobus

Son bacterias gram negativas, que se presentan como células esféricas, con lóbulos, inmóviles, y la ausencia de flagelos y endosporas.

Su pared celular carece de mureina.

Sulfolobus

Control de los factores

Efecto sobre el desarrollo y crecimiento de las

bacterias es importante en el proceso de

lixiviación bacteriana

Como el pH, la presencia de oxigeno, la

temperatura, la influencia de la luz, entre

otros .


DESARROLLO BACTERIANO

En general :

T. ferrooxidans, desarrollan bien en medios

ácidos 1.5 a 2.5

Thiobacillusm TH2 y TH3 se desarrollan a un

PH 6.0


PH


Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010

CUADRO 4: PH ADECUADO

La disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción de metales por bacterias.

No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado en ambientes de lixiviación.

OXÍGENO Y CO2


El dioxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.

OXÍGENO Y CO2




CUADRO 5: FUENTE DE CARBON

Los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los iones ferroso y azufre inorgánico.

El fierro ferroso debe ser suplementado al medio cuando se trata de medios sintéticos.

FUENTE DE ENERGÍA:




CUADRO 6: FUENTE ENERGETICA

La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de Thiobacillus

Pero el fierro férrico ofrece alguna protección a los rayos visibles.

LUZ


El rango sobre el cual se desarrrollan se encuentran entre 25ºC y 35ºC.

Temperatura




CUADRO 7: TEMPERATURA

Fuente : Dr. Maros Monroy . Curso de Geologia y Medio Ambiente

La literatura señala que los niveles de tolerancia de las bacterias para ciertos metales es :

Zn+2 = 15 -72 g/l Ni+2 = 12 - 50 g/lCu+2 = 15 g/l Ag+ = 1ppb UO2

+2 = 200 - 500 mg/l, entre otros.

PRESENCIA DE INHIBIDORES


CUADRO 8: DESARROLLO BACTERIANO



El cultivo debe asegurar que siempre haya suministro de fuentes energéticas , fuentes de carbono y fuente de Nitrógeno, oxígeno . Todo debe estar a pH ácido y en agitación constante (180 RPM) para asegurar la homogenización de los nutrientes.


El cultivo en laboratorio debe homologar las condiciones del ambiente natural


Nitrógeno

Energía

Oxigeno

Carbono

TABLA 1 : Medio líquido 9K para A. ferrooxidans

Fuente : Esparza, M. 2010

Crecimiento: Incremento ordenado de todos los elementos componentes del sistema .

Condiciones :

Valores cercanos a la neutralidad son inhibitorios del crecimiento

FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES

PH

Las temperaturas bajas y altas aletargan el crecimiento

Valores altos de radiación causan daño genético a la células generando disminución en el crecimiento poblacional

TEMPERATURA

RADIACION UV


Este factor permite incrementar la homogenización y repercute en un aumento de las tasas de crecimiento

Esencial para asegurar la biooxidación y ayuda a la obtención de energía celular (ATP) útil para la fijación de carbono y producción de biomasa celular

AGITACION

AIREACION


TABLA 2 : INHIBIDORES DEL CRECIMIENTO EN A. ferooxidans

Fuente : Fernández, R.


Los iones cloruro afectan los A. ferroxidans. Las bacterias serían inhibidas a bajas concentraciones y no es posible adaptarlas a mas altas concentraciones.

Las bacterias en contacto con 2.5 g/l de NaCl se afetan , pero 10 g/l del ión sodio las afectan.

EFECTO DEL NACL


Se ha sugerido :

A. ferroxidans no tiene una bomba de cloruro.

El cloruro causaría destrucción de la integridad de las capas más externas de las células

EFECTO DEL NACL


Figura 26 : Bacterias lixiviantes tolerantes al NaCl

Brindan protección frente a factores físicos, químicos y biológicos.

La adición de extracto de levadura promueve el desarrollo de Ferroplasma thermophilum

La glucosa ha permitido el crecimiento de A. ferrooxidans

POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES

BIOLELÍCULAS

SUSTRATOS ORGÁNICOS

EL uso de levaduras como Rhodotorula mucilaginosa

Incrementa el rendimiento de biooxidación de A. ferrooxidans

PRESENCIA DE HETERÓTROFOS


Co-Cultivos de A. ferroxidans en presencia de otras bacterias su crecimiento y fijación de carbono .

Acidiphilium Acidophilum.

Permiten la adherencia de la células a los minerales y diversos soportes .

EPS

CULTIVOS MIXTOS


La presencia de agitación, aireación, pH y temperatura contraladas ha permitido el crecimiento y ha optimizado el proceso de recuperación de metales como el oro (sistema BIOXTM) .

EL USO DE BIORREACTORESOS MIXTOS


Los EPS estan formados por polímeros de glúcidos ( glucosa , galactosa) con proteínas asociadas a membrana celular y tienen capacidad de absorber hierro . Estos EPS le confieren la célula la función de adherirse al mineral; así como, a otras células de la misma especie o de otros dominios.

Exopolisacáridos ( EPS) en A. ferrooxidans

Figura 27: Microfotografia TEM de las bacterias A. ferrooxidans (a) celula individual libre de EPS, (b) celula individual con EPS

La formación de la biolelículas tiene como función brindar un sustrato

Que permite a otros microorganismos asentarse y realizar su metabolismo

También brinda protección ante factores físicos adversos permitiendo aumentar la sobrevida .

La formación de biolelículas


La aplicación de estas biolelículas es importante

Para lograr mayor rendimiento de obtención del metal y a la vez permite reusar la biomasa para otro proceso.




Figura 28: Formación de bioleliculas


LIXIVIACION MICROBIANA MECANISMO DE LIXIVIACION

LIXIVIACION INDIRECTA

LIXIVIACION DIRECTA

LIXIVIACION MIXTA

LIXIVIACION POR CONTACTO

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATO

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO

OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE

LIXIVIACION COOPERATIVA

Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa e indirecta.

Lixiviación Indirecta

Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son:

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

2 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 Ô Fe2(SO4)3 + H2O ............... 2

MECANISMO DE LIXIVIACION

El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados.

Es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica


Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 Ô CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 Sº ......... 3

Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 Ô 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 Sº ....... 4

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:


2 Sº + 3 O2 + 2 H2O Ô 2 H2SO4 ................. 5

Este ácido sulfúrico, así generado, 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.

MS + 2 O2 Ô MSO4 .................donde M representa un metal bivalente.

Pirita 2 FeS2 + H2O + 7.5 O2 Ô Fe2(SO4)3 + H2SO4 ...... 7

Chalcopirita 2 CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 Ô 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O ..8


Dado que el fierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural

Es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.



Fuente : Dr . Edgardo Donati CINDEFI – Argentina


Fuente : Dr . Marcos Monroy . Curso de geologia y Medio Ambiente

Lixiviación Directa:

Figura 29 : Mecanismo directo e indirecto de la acción bacterial


Los iones ferrosos son oxidados por la transferencia de su electrón a la terminal citocromooxidasa en la membrana citoplasmática.

La oxidación bacteriana del azufre de los minerales sulfurados se realiza a través de la acción de la enzima sulfurooxidasa.

OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE


FeS2

Th F

Th F

Th F

Th F


O2

CO2

1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERAL ES NECESARIO.

2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2

FeS2Th F

Th F

Th F


Fe2

SO4

3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES

FeS2Th F

Th F

Th F

Th F

4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS

Th F

Th F

Th F

Th F

CuS

Fe 3

1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE

Cu 2

SO4

2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2

Y SULFATO

Fe 2

Th F

CuS

Fe 2 Th F

CO2

O2

3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3

Th F

CuS

Fe 3

4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO

APLICACIÒN EN LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOS

Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacterial.

Dando lugar a la producción sulfatos solubles.

Para sulfuros refractarios de oro y metales del grupo del platino, el ataque bacterial resulta siendo un pretratamiento.

BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS

Oxidación de la Pirita

• La pirita (FeS2) es un sulfuro ampliamente distribuido y se lo puede hallar en asociación con muchos metales

Como cobre, plomo, zinc, arsénico, plata, oro, entre otros.

• Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico .


Figua 30: Oxidación de sulfuros por T. ferrooxidans


TEMPERATURA OPTIMA DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA.

Se propone usar: Archaeabacteria hipertermofilica acidofilica

Usan como fuente de energía SMBL a Tº ↑de 80ºC. Viven en ambientes extremos.

Se les asocia con la oxidación de compuestos inorgánicos de S en zonas volcánicas terrestres y marinas (Sánchez-Yáñez y Farias-Rodríguez, 2002).

Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotación de SMBL (Kashefi y Lovley, 2000).

↑Tº por la bacteria

Al oxidar el S.

Tº max. ox. No ↑a 35ºC.

Tº óptimo 25 y 35ºC.

Tº ↑45ºC muere.

Calor en crecimiento.

Sulfuros de Cobre• La oxidación biológica de sulfuros de

cobre ha sido el proceso más estudiado.

El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre (CuSO4).

La chalcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar.


A nivel industrial, la tecnología ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Perú, etc.).

Bajo la influencia de T. ferrooxidans la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico.

Sulfuros de Cobre


Sulfuros de Metales Preciosos

• La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro

Principalmente, pirita y/o arsenopirita

En la que se encuentra "atrapada" la partícula aurífera,permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional.


• En el Perú la tecnología es aplicada en el Proyecto Tamboraque de Minera Lizandro Proaño, para recuperar oro contenido en arsenopirita.

2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Ù Fe2(SO4)3 + 2 H3AsO4

Sulfuros de Metales Preciosos



Figura : Como el oro se encuentra en la naturaleza

Sulfuros de Zinc

• La acción bacterial de sulfuros de zinc también ha sido evaluada, y aunque no se conoce de plantas comerciales su aplicación tiene un enorme potencial.

• La marmatita es el sulfuro de zinc más fácil de oxidar, influenciado enormemente por la presencia de fierro.


Sulfuros de Plomo

• La lixiviación bacterial de galenita origina la formación de PbSO4 que es insoluble en medio ácido

Característica que puede ser empleada en la separación de algunos valores metálicos acompañantes en una mena de plomo.


Sulfuros de Níquel

• El níquel es lixiviado a partir de sulfuros (pentandlita y milerita) y de menas de fierro en presencia de T. ferrooxidans de 2 a 17 veces más rápido que el proceso netamente químico.


Sulfuros de Antimonio

• Se conocen de algunos trabajos que reportan la habilidad de T. ferrooxidans de oxidar antimonita (Sb2S3) a pH 1.75 y a 35ºC.

• También se reporta la capacidad de B. thioparus y T. thiooxidans de oxidar este sulfuro.


Sulfuros de Metales Raros

• Los metales raros se presentan en la parte cristalina de muchos sulfuros o silicatos.

• Para liberarlos es necesario oxidar los sulfuros o destruir la matriz de silicato.

Bacterias del grupo de Thiobacillus


La presencia de azufre en las menas de carbón constituye un contaminante, cuya eliminación se presenta como un problema.

La oxidación biológica de la porción piritosa o sulfurada permitirá eliminar el azufre presente.

DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN

Emplear a T. ferrooxidans.

También es posible emplear bacterias termófilas del género Sulfolobus en la desulfurización de las menas de carbón.

DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN

Una tarea importante de la hidrometalurgia es la recuperación de los metales presentes en las soluciones

Así como el tratamiento de las aguas residuales de las diferentes industrias, en cumplimiento de las rigurosas normas ambientales.

BIORECUPERACIÓN 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.


Precipitación

Debemos hacer notar que el proceso se realiza en ausencia de oxigeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros que requiere de oxigeno (proceso aeróbico).


Biosorción

• Señalan que la habilidad de los microorganismos permitiría 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% a 98% de oro y plata.


También se ha demostrado que cepas de Thiobacillus son capaces de acumular plata.

La biosorción de metales conduce a la acumulación de estos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular.

Biosorción


Reducción

• La reducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal.

En algunos casos, la reducción es parcial (el metal reducido aún exhibe una carga neta), mientras que en otros el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.


CUADRO 5: BIORECUPERACIÓN DE METALES

Fuente : Castillo, F. 2005

TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION

Procesos basados en el riego

Lixiviación en el lugar (in place o in situ)

Lixiviación en botaderos:

Lixiviación en pilas


BIOLIXIVIACIÓN “HEAP” (PILA)

En las pilas de biolixiviación se realiza la transformación de un compuesto metálico insoluble a su forma soluble.

De CuS a Cu2SO4

Figura 31 : Planta de producción de cobre por Biominería

Figura 32 : Biolixiviacion en pilas

Procesos basados en la agitación


Procesos basados en la agitación

La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamente molido

La velocidad de extracción del metal es mucho mayor que la lograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas

BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS

Figura 33 : Plantas de (a) Brazil , (b) Peru , (c) China y (d) Changa

BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Capote,N. ; Silvia , Ariza ; Carmen , Hernández, Breffe ,J. Panorama y Estado Actual de la Biolixiviación de Minerales Oxidados para la Extracción de níquel y cobalto. Centro de Investigaciones del Níquel.

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