Download - Lix. Bacterial
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 1/53
Prof:Luis Briceño R
INTRODUCCIONA LA LIXIVIACIIONBACTERIANA
Universidad Aconcagua
2010
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 2/53
Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947, con eldescubrimiento de un microorganismo presente en las aguas de drenajede una mina de carbón española donde se oxidaba fierro y azufre. Estaera la Thiobacillus ferrooxidans, bacteria que forma parte del proceso deobtención de cobre.
Una vez descubierta, se determinó que era la responsable de la oxidaciónde los minerales sulfurados que contenían el metal rojo, acelerando sulixiviación desde minerales de baja ley, los que tradicionalmente eransometidos a procesos más largos, costosos y contaminantes. Las bacterias
liberan fuerzas químicas y biológicas que se refuerzan en un plan comúnque explota la biotecnología: degradar los sulfuros a formas solubles, avelocidades de medio a un millón de veces más rápidas que si estuvieranexpuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.
ORIGENES DE LABIOLIXIVIACION
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 3/53
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?
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 4/53
¿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 sulfurosmetálicos 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 alagua en ausencia de bacterias.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 5/53
¿CON QUE TIPO DEMINERAL 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 sedisuelven 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.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 6/53
¿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 elcrecimiento bacteriano.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 7/53
DE LA LIXIVIACION A LABIOLIXIVIACION
En 1980 comenzaron a lixiviar óxidos y más tarde intentaronexplotar los sulfuros secundarios, descubriendo que la
lixiviación era también aplicable a estos minerales
³Al 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 lasegunda nunca había sido considerada fundamental en el proceso´
Romilio Espejo
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 8/53
¿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 quese 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
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 9/53
EL MEDIO AMBIENTEPara el ambiente, la introducción de una tecnología basada en
biolixiviación representa un importante adelanto, ya que produceun 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 SO2 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 lasaguas 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).
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 10/53
MICROORGANISMOS
THIOBACILLUS THIOOXIDANS
BACTERIAS
CLASIFICACION
THIOBACILLUS FERROOXIDANS
PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 11/53
ALGUNASCARACTERISTICAS DE LAS
BACTERIASADAPTABILIDAD
OBTENCION DE ENERGIA
MEDIO AMBIENTE
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 12/53
ADAPTABILIDADLas bacterias junto con las cianobacterias (algasveriazules) son organismos unicelulares inferioresconocidos como procariontes. Estos organismos notienen un núcleo verdadero por lo que el DNA seencuentra libre en el interior de la célula. La formay estructura, aunque relativamente limitadas,
esferas (cocos), varillas rectas (bacillos) o varillascurvas (espirales), se ven compensadas por lainmensa diversidad de características metabólicas ypor su gran adaptabilidad.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 13/53
OBTENCION DE ENERGIALos organismos quimiolitótrofos obtienen suenergía mediante la oxidación de materiales
inorgánicos, los autótrofos utilizan el CO 2 del airecomo única fuente de carbono (autótrofosobligados), y los heterótrofos lo obtienenmetabolizando compuestos orgánicos. Algunosheterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos endeterminadas condiciones (autótrofos facultativos).
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 14/53
MEDIO AMBIENTEHay especies de bacterias que se desarrollan mejoren determinados intervalos característicos de
temperatura. Algunas, las criófilas, en frío (< 20°C);las mesófilas, en caliente (20-40°C); las termófilasmoderadas, en un medio más caliente (40-55°C); yalgunas, las termófilas extremas, necesitanambientes muy calientes (> 55°C).
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 15/53
CLASIFICACIONLos microorganismos acidófilos importantes en
biolixiviación se clasifican en tres grupos:
TIPO DEMICROORGANISMOS GENERO
MESOFILOS
TERMOFILOS MODERADOS
TERMOFILOS EXTREMOS
THIOBACILLUS YLEPTOSPIRILLIUM
SULFOBACILLUS
SULFOLOBULOS ACIDANUSMETALODPAHERAYSULFUROCOCCUS
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 16/53
MESOFILOSThiobacillus ferrooxidans (Tf) es la bacteria más importante utilizadaen la extracción de varios metales a partir de sus minerales. Es un
bastoncillo Gram negativo de 0.3 a 0.5 micras de diámetro y de 1.0 a1.7 micras de longitud. Es una bacteria quimiolitoautotrófica, obtienesu energía de las especies reducidas de hierro (Fe 2+ ) y azufre (S 2-)de los minerales y utiliza el bióxido de carbono del aire como únicafuente de carbono, oxida prácticamente a todos los sulfurosminerales conocidos. Crece en un rango de pH de 1.0 a 6.0, siendo el
óptimo entre 2.0 y 2.5. Sobrevive en un intervalo de temperatura de2 a 40°C, siendo el más favorable de 28 a 35°C. Prolifera por fisiónbinaria en cuestión de horas. En un sistema en actividad alcanzapoblaciones de 10 9 a 10 10 10 células/mL.Thiobacillus thiooxidans (Tt) es una bacteria semejante al Tf, sinembargo no tiene capacidad para oxidar al Fe 2+ . Posee un flagelopolar que le da mayor movilidad respecto al Tf, crece en condicionesóptimas a una temperatura cercana a los 30°C.Leptoespirillium ferrooxidans (Lf) por su forma de espiral esfácilmente diferenciable de Tf y de Tt. Sus células son ligeramentemás delgadas, de longitud variable y de mayor movilidad debido a lapresencia de un flagelo polar. Su fuente de energía es el Fe 2+ .
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 17/53
TERMOFILOSMODERADOS
Estas especies de bacterias pueden tener una gran variedadde formas con tamaños de 0.8 a 6.0 micras. Cuando crecenautotróficamente en Fe 2+ en ausencia de levaduras, son máspequeñas. Todas ellas presentan una tinción Gram positiva y
tienen una versatilidad de nutrientes mucho más amplia quelas autotróficas obligadas.Sulfobacillus thermosulfidooxidans su forma se ha descritocomo esporas sin movilidad. La temperatura óptima decrecimiento asociada a la oxidación del hierro está entre los
45 y 50°C, aunque están activas dentro de un amplio rango detemperatura.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 18/53
TERMOFILOS EXTREMOSSulfolobus acidocaldarius es de forma esférica, oxida al hierroy al azufre, es extremadamente termofílica, su temperaturaóptima de crecimiento en medio rico en Fe 2+ es de 70°C y paraun medio que contenga azufre es de 65 a 80°C.Sulfolobus brierleyi crece en medios que contengan mineralespiritosos y/o Fe 2+ en solución, en presencia de extractos delevadura. La oxidación de minerales es más lenta que en elcaso de Sulfolobus A.C.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 19/53
THIOBACILLUS
FERROXIDANSESTA BACTERIA ES PROPIA DEL MINERAL, POR LO CUAL
SOLO BASTA CON DARLE LAS CONDICIONES NESESARIAS
PARA SU REPRODUCCION Y DESARROLLO, ESTA BACTERIA
OXIDA O REDUCE COMPUESTOS DERIVADOS DE AZUFRE YMINERALES SULFURADOS.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 20/53
THIOBACILLUS
THIOXIDANS
ESTA BACTERIA ES CAPAS DE OXIDAR EL
AZUFRE ELEMNTAL DE LOS MINERALESSULFURADOS
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 21/53
PROPIEDAES
* Son QuimioautroficasLa energía que usan para su crecimiento y mantenimiento la obtienede sustancias inorgánicas tales como Fe+2 y S y compuestos deazufre.Son Aeróbicas:
Requieren O2 para reaccionar con el catión H+ y el electrónliberado por la oxidación de Fe+2, para formar agua dentro de lacélula. Adicionalmente se requiere O2 para la oxidación química delos sulfuros.
* Son Acidofílicas:Crecen y sobreviven en rangos de pH de 1.0 a 4.5 óptimosestán entre 1.5 y 2.5. Normalmente estos microorganismos nosoportan pH sobre 6.5 y bajo 1.0.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 22/53
MECANISMO DELIXIVIACION
LA LIXIVIACION BACTERIANA SE DIVIDE EN DIEZPARTES :
LIXIVIACION DIRECTA
LIXIVIACION INDIRECTALIXIVIACION MIXTA
LIXIVIACION POR CONTACTO
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO
VIA THIOSULFATOMECANISMO DE ATAQUE INDIRECTOVIA POLISULFURO
OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE
LIXIVIACION COOPERATIVA
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 23/53
LIXIVIACION DIRECTA
Las bacterias ferroxidantes también pueden lixiviar sulfurosmetálicos directamente sin la participación del sulfato férricoproducido biológicamente.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 24/53
LIXIVIACION INDIRECTAEl sulfato férrico es oxidante muy fuerte capaz de disolver una
amplia variedad de minerales sulfurado. La lixiviación con Fe2(SO4)3
recibe el nombre de lixiviación indirecta por que se realiza en
ausencia del oxigeno o de las bacterias y, es responsable de ladisolución de varios minerales sulfurados de cobre de importanciaeconómica
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 25/53
MIXTALa combinación de ambos mecanismos, esdecir, un ataque directo e indirecto al
mineral por uno o varios microorganismosactivos.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 26/53
LIXIVIACION DE
CONTACTOEl mecanismo directo se ha redefinido, puesto que para queexista un ataque biológico a la superficie del mineral, esindispensable la existencia de una capa de lipopolisacáridos o
sustancias extrapoliméricas excretadas por la bacteria, EPS(entre la bacteria y el mineral), las cuales sirven comoalmacén temporal del S° producido.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 27/53
MECANISMO DE ATAQUE
INDIRECTO VIATHIOSULFATO
El Fe(III) contenido en la capa de EPS ataca de formaindirecta al sulfuro metálico produciendo Fe2+ yS2O3. El tiosulfato reacciona con el Fe(III) formandovarios intermediarios hasta llegar al SO4
2-.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 28/53
MECANISMO DE ATAQUE
INDIRECTO VIAPOLISULFURO
Los protones atacan la red cristalina de algunossulfuros metálicos. El ataque indirecto del H+/Fe3+
al mineral produce Fe2+ y polisulfuro, y finalmenteSO4. El papel de las bacterias es el de producirH2SO4 para abastecer de H+ y Fe3+ al medio, para
que se lleve a cabo el ataque químico.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 29/53
LIXIVIACION
COOPERATIVAEl mecanismo mixto se ha redefinidotambién como lixiviación cooperativa
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 30/53
OXIDACION DE HIERRO YAZUFRE
Los iones ferrosos son oxidados en la superficie de la bacteriapor la transferencia de su electrón a la terminal
citocromooxidasa en la membrana citoplasmática.La oxidación bacteriana del azufre de los minerales sulfuradosse realiza a través de la acción de la enzima sulfurooxidasa.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 31/53
FeS2
Th F
Th F
Th F
Th F
THIOBACILLUS
FERROOXIDANS
O2
CO2
1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERALES NECESARIO.
2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE
CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 32/53
FeS2Th F
Th F
Th F
THIOBACILLUS
FERROOXIDANS
Fe2
SO4
3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 33/53
FeS2Th F
Th F
Th F
Th F
4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS
Th F
Th F
Th F
Th F
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 34/53
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
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 35/53
CuS
Fe 2 Th FCO2
O2
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 36/53
3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3
Th F
CuS
Fe3
4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 37/53
¿COMO SON LASBACTERIAS?
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 38/53
MORFOLOGIA YMORFOLOGIA YESTRUCUTURAESTRUCUTURA
Las bacterias son microorganismos procariotas de organización
muy sencilla. La célula bacteriana consta:
citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central
aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADNbacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de
ADN con información genética , dispersos por el citoplasma:
son los plásmidos.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 39/53
La membrana plasmática presenta invaginaciones, que son los
mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en
la síntesis de ATP, y los pigmentos fotosintéticos en el caso debacterias fotosintéticas.
En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza
química.Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rígidos,
implantados en la membrana mediante un corpúsculo basal . Pueden
poseer también, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden
servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra.
Poseen ARN y ri bosomas característicos, para la síntesis deproteinas.
ypared celular es rígida y con moléculas exclusivas de bacterias.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 40/53
NUTRICIONEl éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su
versatilidad metabólica.
Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía
podemos encontrarlos en las bacterias.
Según la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividenen autótrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2 , y
heterótrofos cuando su fuente de carbono es materia orgánica.
Por otra parte según la fuente de energía, los seres vivos pueden
ser fototrofos, cuya principal fuente de energía es la luz, y los
organismos quimiotrofos, cuya fuente de energía es un compuesto
químico que se oxida.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 41/53
CATEGORIASQUIMIOHETEROTROFO
QUIMIOAUTOTROFO
FOTOHETEROTROFO
FOTOAUTOTROFO
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 42/53
Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuestoquímico 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
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 44/53
QUIMIOAUTOTROFO
Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos
inorgánicos reducidos como fuente de energía y el
CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo,
N itrobacter , T hiobacillus.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 46/53
Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente
de energía y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas.
FOTOAUTOTROFRASFOTOAUTOTROFRAS
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 48/53
FOTOHETEROTROFASLas bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como
fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono.
Ejemplos como Rodospirillum y C loroflexus.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 50/53
REPRODUCCIONGeneralmente las bacterias se reproducen por bipartición, como se
ve en el siguiente esquema:
Tras la duplicación del ADN, que esta dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana
crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos
nuevas bacterias.
5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 52/53
RESUMENLA BIOLIXIVIACION DE MINERALES SE PRESENTA COMO
UNA ALTERNATIVA ECOLOGICA PARA LA EXTRACCIONDE MINERALES SULFURADOS DE BAJA LEY.
LA GRAN RENTABILIDAD QUE PROVOCA EN LA EMPRESAMINERA POR SU BAJO COSTO Y ALTO RENDIMIENTO.
UNA VES ACTIVADA LA BACTERIA POR SI MISMAGENERA SU AMBIENTE