biooxidacion sulfuros[1]

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1. INTRODUCCIN

La necesidad de procesar minerales refractarios cada vez ms complejos ha generado el desarrollo y la aplicacin de nuevas tecnologas que permitan mejorar la extraccin de metales localizados en este tipo de depsitos (Marsden and House, 1992; Deng et al., 2000). Se estima que la tercera parte de la produccin total de oro en el mundo proviene de minerales refractarios (Das and Sen, 2001). En las menas refractarias de oro este metal est ntimamente asociado a sulfuros insolubles, tpicamente pirita y arsenopirita (Das and Sen, 2001; Karamanev et al., 2001; Zapata et al., 2004). Estos sulfuros impiden el contacto entre el cianuro y el oro en los procesos hidrometalrgicos convencionales (cianuracin), an despus de una molienda fina, resultando en bajas recuperaciones del metal (Das and Sen, 2001). Por la dificultad, ya sea qumica o fsica de extraer los metales de inters, se requiere de un pretratamiento que permita destruir la matriz de sulfuros que contienen, encapsulado o en solucin slida, al oro. Entre las tecnologas usadas comercialmente se encuentran la oxidacin a presin, la oxidacin qumica, la tostacin y la biooxidacin (Karamanev et al., 2001; Das and Sen, 2001).

La oxidacin bacteriana presenta ventajas con respecto a los otros procesos alternativos, ya que es una tecnologa ampliamente verstil, que ofrece multitud de posibilidades, en cuanto a su economa y complejidad, para la solucin de problemas en el campo de la recuperacin de metales a diferentes escalas. Adicionalmente, es una tecnologa reconocida internacionalmente como limpia (Das and Sen, 2001; Karamanev et al., 2001). Desde 1980, diferentes estudios de biooxidacin a escala de laboratorio y planta piloto se han realizado en reactores de tanque agitado y columnas Air Lift, siendo los reactores continuos de tanque agitado los ms implementados en las operaciones industriales a gran escala para el tratamiento de menas refractarias. Actualmente, este proceso biotecnolgico es aplicado para la recuperacin de oro en varias plantas a nivel comercial, entre las que se encuentran las establecidas en Australia, Sudfrica, Ghana, Per y Brasil (Das and Sen, 2001, Gonzlez et al., 2003). Los resultados obtenidos demuestran que el proceso de biooxidacin es una alternativa tcnica,

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econmica y ambientalmente viable, comparada con las tcnicas convencionales de oxidacin a presin, tostacin y oxidacin qumica (DHugues et al., 1997; Das and Sen, 2001, Gonzlez et al., 2003). Aunque, en las ltimas dcadas la oxidacin de sulfuros por medio de microorganismos ha tenido un gran impacto en el mundo en el pretratamiento de minerales refractarios antes de la lixiviacin con cianuro de sodio; en Colombia esta tecnologa es poco conocida y actualmente no es aplicada a escala comercial en la industria minera. En Colombia son pocos los trabajos que se han propuesto en este campo, slo se han realizado algunos estudios preliminares sobre el tema. En la Universidad Nacional de Colombia - Sede Medelln se han venido desarrollando diversas investigaciones en el campo de la biotecnologa y de las transformaciones mineralgicas mediadas por la accin de microorganismos. En estos estudios se encuentran los proyectos: Biooxidacin de sulfuros complejos mediada por bacterias como pretratamiento, para el mejoramiento de la extraccin de valiosos va lixiviacin con cianuro de sodio, mina El Zancudo, Titirib, Antioquia Colciencias U.Nal (2002-2004) (Mrquez et al., 2005) y Recuperacin de Zn mediante lixiviacin bacteriana de esfalerita (var. marmatita) proveniente de los residuos de explotacin aurfera en el distrito minero de Marmato, Caldas, Colombia Colciencias- UNAL (2004-2007). Las tesis de maestra: Oxidacin de concentrados de sulfuros metlicos provenientes de la mina La Maruja de Marmato, Caldas, mediante una cepa nativa de Acidithiobacillus ferrooxidans (Muoz, 2002), Biolixiviacin de sulfuros (pirita-arsenopirita) utilizando cepas nativas de acidfilos como pretratamiento, para el beneficio de metales preciosos, Mina el Zancudo, Titirib, Antioquia (Ossa, 2004) y Mineraloga del proceso de oxidacin bacteriana de esfalerita, proveniente del distrito minero de Marmato (Caldas) (Zapata, 2006). Los trabajos dirigidos de grado: Estudio de prefactibilidad tcnica y Financiera del proceso de biolixiviacin para el mineral de la mina el Silencio, Segovia, Antioquia (Morales y Noguera, 2001) y Estudio para la recuperacin de cobre en solucin mediante el proceso de biolixiviacin aplicado a las colas de la mina El Roble (Carmen de Atrato), utilizando la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans (Urea, 2005). En estos trabajos no se ha realizado un estudio del comportamiento hidrodinmico y cintico del proceso de biooxidacin de sulfuros.

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La biooxidacin es un proceso en el cual ciertos microorganismos oxidan y disuelven los sulfuros a travs de mecanismos de accin directa e indirecta. Estos microorganismos utilizan como fuente primaria de energa las especies reducidas de hierro y azufre, y el CO2 como fuente de carbono para su sntesis celular. El Acidithiobacillus ferroxidans es el microorganismo ms estudiado y utilizado en la oxidacin bacteriana de minerales sulfurados (Rodrguez et. al., 2001; Tributsch, 2001; Rodrguez et. al., 2003; Gonzlez et. al., 2004; Gmez y Cantero, 2005). Las condiciones en el interior de un reactor de biooxidacin de tanque agitado se deben mantener en un intervalo donde se d la mxima velocidad de oxidacin de los sulfuros y un ptimo crecimiento celular. Las condiciones que requieren particular atencin para este tipo de procesos son la disponibilidad y transferencia de oxgeno disuelto y nutrientes, que se logran con un nivel de agitacin y aireacin adecuado, que homogenice el sistema y mantenga en suspensin la concentracin de slidos (Hayward et al.,1997; Acevedo, 2000; Gonzlez et. al., 2003; Deveci, 2004). En los sistemas de biooxidacin, bajos niveles de agitacin afectan las operaciones de transferencia de masa, debido a la aparicin gradientes de temperatura, de oxgeno disuelto, pH, potencial redox, concentracin y estratificacin del mineral. Por otro lado, una intensa agitacin ocasiona mayor friccin entre las partculas y por ende una inhibicin del crecimiento celular (Gonzlez et. al., 2003; Deveci, 2004). Por lo anterior, para el desarrollo adecuado de estos procesos deben encontrarse los niveles de agitacin y aireacin que proporcionen una suspensin efectiva de los slidos y buena dispersin del aire, que no afecte notablemente la actividad celular de los microorganismos. El logro de esta tarea requiere consideraciones especiales en el diseo y operacin de los procesos de biooxidacin, con especial referencia a los fenmenos de transporte y la cintica de oxidacin bacteriana de estos procesos (Acevedo, 2000; Rossi, 2001; Gonzlez et al., 2003; Gonzlez et al., 2004). Dada la complejidad de la biooxidacin de sulfuros las condiciones de mezcla (agitacin aireacin) deben ser determinadas para cada caso particular, y de esta forma, garantizar un buen desarrollo del proceso. El depsito oro de la mina El Zancudo, esta constituido por una mena vetiforme, histricamente considerada como un mineral refractario, explotada desde comienzos del siglo pasado. La mina El Zancudo, esta localizada en el municipio de Titirib, latitud norte 060404 y longitud oeste 754738, en el sudoeste Antioqueo, en las

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estribaciones de la cordillera central, al este del ro Cauca. En la actualidad, la empresa CDI S.A. se encuentra en la zona realizando trabajos de exploracin y explotacin (Gallego y Zapata, 2003). El macroproyecto de investigacin en el cual est enmarcado este trabajo tiene como objetivo evaluar el proceso de biooxidacin a escala de laboratorio del mineral de la Mina el Zancudo; mineral que se ha caracterizado como refractario con base en estudios mineralgicos realizados por Gallego y Zapata (2003), Zapata et. al. (2004) y Mrquez et. al. (2005), debido a los siguientes aspectos: (i) la gran mayora de los granos de oro (60%) se encuentra como inclusiones finas ( 5%) resultan en reducciones significativas en la extraccin de oro y en algunos casos cantidades tan pequeas como 0.1% pueden producir efectos de preg-robbing. (Marsden and House, 1992; Goodall et. al., 2005). Es por eso que cada depsito puede presentar un tipo especial de refractariedad, que depende de los minerales asociados, sus texturas y tamao, tamao de los granos de oro, etc. Por esta razn, es importante realizar una buena caracterizacin mineralgica para definir los posibles problemas a ser enfrentados (Mrquez et al., 2002).

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2.3.

MECANISMOS DE BIOOXIDACIN BACTERIANA DE SULFUROS

El papel de los microorganismos en la biooxidacin de los sulfuros ha sido, es, y probablemente estar sometida a controversia. Aunque diferentes autores estn de acuerdo en varios aspectos relacionados al fenmeno, ninguna teora unificada ha sido aceptada hasta el momento (Rodrguez et al., 2003). Se han propuesto dos posibles mecanismos para la lixiviacin bacteriana de sulfuros, directo e indirecto (Suzuki, 2001; Rodrguez et al., 2003; Gonzlez et al., 2004). En el mecanismo directo, las reacciones son directamente catalizadas por el ataque de la bacteria a la superficie del mineral. La bacteria es capaz de interactuar directa y fsicamente con el mineral oxidando continuamente los compuestos reducidos o parcialmente reducidos de azufre tales como, sulfuros y azufre elemental a sulfato (Gonzlez et al., 2004). El mecanismo de biooxidacin directa puede ser descrito por las siguientes reacciones (Suzuki, 2001):1 O 2 MSO 4 + S O + H 2 O 2

MS + H 2 SO 4 + SO +

(2.2) (2.3)

3 O 2 + H 2 O H 2 SO 4 2

Donde M es un metal divalente. En el mecanismo indirecto, el hierro frrico (Fe3+), producto de la oxidacin del hierro ferroso (Fe2+), se convierte en un fuerte oxidante capaz de oxidar los sulfuros. En este mecanismo el papel fundamental de la bacteria es oxidar el in