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Lixiviación bacteriana de un mineral
sulfurado refractario argentífero
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1. Resumen
2. Introducción y antecedentes
3. Resistencia bacteriana a los metales pesados
4. Materiales y métodos
5. Resultados y discusión
6. Literatura citada
Resumen
Los minerales sulfurados concentrados refractarios argentíferos (MSRP), se tratan por
diversos métodos como: la tostación, la lixiviación con agentes químicos quelantes, la
autoclave y la oxidación química.
Estos métodos tienen una eficiencia relativa, un elevado costo y desafortunadamente un
daño ambiental; por ello, se buscan alternativas como la biolixiviación (BL)o lixiviación
bacteriana es un proceso natural en la cual bacterias quimiolitotróficas oxidan el azufre, y/o
el hierro de los minerales y con ello facilitan la extracción de los metales de valor comercial
a bajo costo y sin contaminar el ambiente, aunque tiene la limitante de que la plata en la
solución lixiviante inhibe el crecimiento de los microorganismos que participaron en el
proceso, por ello se busca aumentar la resistencia de estas bacterias al metal. Los objetivos
de este trabajo fueron: i) Aislar y seleccionar bacterias lixiviantes
Para ello se prepararon matraces con medio de cultivo 9K modificado, mezclado con el
MSRP como fuente de energía para los microorganismos acompañantes de este mineral.
Para determinar su capacidad lixiviante se midió la concentración de sulfato producida por
la oxidación del azufre del MSRP, por una bacteria quimiolitotrófica, el aislado con la
máxima actividad de lixiviación del mineral, se adaptó a concentraciones crecientes de
plata, lo que nuevamente se midió por la producción de sulfatos en presencia de una
concentración elevada de nitrato de plata.
Los resultados indican que los MSRP contienen como acompañantes microorganismos
quimiolitotróficos capaces de lixiviar este mineral para extraer la plata. Una de estas
bacterias se adaptó, a una elevada concentración de plata. Por el tipo de actividad de
lixiviación y las características fisiológicas de la bacteria, se sabe que pertenece a una
especie del género Thiobacillus sp.
Se concluye que la lixiviación es una alternativa económicamente viable para la extracción
de metales preciosos a partir de MSRP y no causa daño ambiental.
Palabras clave: Thiobacillus, bacterias quimiolitotróficas, azufre.
Introducción y antecedentes
Los concentrados minerales sulfurados refractarios de oro y de plata, son miembros de la
familia 1 B de la tabla periódica de los elementos. Ambos se obtienen como subproductos
de la extracción de Ni, Pb, Zn, Cu y Pt por procesos de purificación como la cianuración, la
tostación y la electrólisis (Brierley y Briggs, 1997).
Para mejorar la explotación de minerales de plata, se buscan alternativas para el
aprovechamiento de los MSRP que por los procesos convencionales de concentración de
valores no tienen un mercado atractivo para su comercialización (Bañuelos, 1994).
La BL es un método en biohidrometalúrgica en el que bacterias quimiolitotróficas, oxidan
el azufre de los minerales refractarios, con producción de sulfatos derivados del ácido
sulfúrico que se generó por vía bacteriana y que aumenta la solubilidad (Murr, et al., 1978;
Lynn, 1997; Isamu et al., 1999; Edwards et al., 2000; Orrantia et al., 2000).
La BL tiene la ventaja de que no es contaminante ya que no genera dióxido de azufre a la
atmósfera y el rendimiento en el caso de la extracción de la plata es mayor que por los
métodos tradicionales (Guerrero 1998a). Además de que se aprovecha principalmente para
la recuperación de este metal a partir del MSRP (Brierley y Briggs, 1997; Guerrero, 1998b;
Trupti et al., 1999).
La aplicación de la BL consiste en cargar el mineral concentrado piritoso como el MSRP,
en un tanque de repulpado, en donde se diluye entre un 20 a 30 % de sólidos, después la
pulpa se pasa por bombeo a un tanque de reacción con agitación mecánica y aireación para
inocularse con Thiobacillus spp.
Esta bacteria al oxidar el azufre. del mineral genera ácido sulfúrico, el que disminuye
drásticamente el pH y con ello el por ciento de los sólidos al 20% ese pH facilita la
solubilización del metal unido al mineral. Concluida la BL del mineral, el producto se filtra
para lavar y se repulpan los sólidos, posteriormente con la cianuración se continúan con el
proceso de purificación final del metal por lo métodos conocidos (Brierley y Briggs, 1997;
Guerrero et al., 1998 y Ballesteros et al., 2001).
Se sabe que esta bacteria quimiolitotrófica interviene indirectamente en la BL de piritas y
en la oxidación de ión ferroso a férrico al usar ambas como fuente de energía durante su
crecimiento (Guerrero, 1998b; Appia-Ayne et al., 1999; Sánchez-Yáñez y Farías-
Rodríguez, 2000). Un ejemplo de este grupo de microorganismos es el género Thiobacillus
que pertenece principalmente al consorcio de bacterias quimiolitotróficas que se pueden
encontrar en un ambiente de minas y suelo semejante al género de Leptospirillium bacteria
de reciente descubrimiento y hoy en proceso de explotación a nivel de planta piloto
(Schrenk et al., 1998; Rawlings et al., 1999).
La especie de Thiobacillus; más conocida es T. ferrooxidans (Trupti et al., 1999; Wielinga
et al., 1999; Navarrete et al., 2001 a) la cual libera el ión férrico durante la BL lo que
genera la condición altamente oxidante para solubilizar la pirita por la elevada acidez,
derivada de la actividad bacteriana sobre el azufre del mineral que genera ácido sulfúrico
(Lawrence, 1983; Guerrero, 1998a; Bond et al., 2000). Por lo anterior, se investiga la
fisiología de estas bacterias tolerantes a la acidez extrema así como a concentraciones
subletales de plata. Como en el caso de Leptospirillum y Thiobacillus para mantener su
capacidad de BL a este pH, lo cual es clave en biohidrometalurgia para la recuperación
eficiente de metales preciosos como la plata (Sánchez-Yáñez, 1998; Ballesteros et al.,
2001).
Resistencia bacteriana a los metales pesados.
Los iones plata actúan sobre la superficie celular bacteriana, específicamente causan daños
drásticos en su pared y en su membrana citoplásmica lo que conduce a la muerte de la
célula (Goodman y Gilman, 1982; Tuovinen et al., 1971,1985).
La forma soluble de este metal es la más tóxica para las bacterias; sin embargo, en el
ambiente como en los medios de cultivo la toxicidad del metal 'disminuye
significativamente porque forma complejos con los sulfatos (SO-24)' los fosfatos (PO-34) o
los cloruros (CI") que son constituyentes químicos del ambiente o d!31 medio de cultivo, la
plata elimina bacterias por que inhiben su respiración y desacoplan su síntesis de ATP
(Belliveau, et al., 1987;Schrenk et al., 1998). Sin embargo, en el caso de las bacterias
quimiolitotróficas la tolerancia a metales se logra por adaptación de su metabolismo a una
concentración elevada del metal un ejemplo es T. ferrooxidans que en general requiere de
altas concentraciones de cationes y aniones para crecer (Brierley, 1978; Lundgren y Silver,
1980; Edwards et al.,2000), pues está demostrado que la oxidación del ión ferroso se
realiza principalmente a elevados niveles de diversos metales como: de zinc (0.15 M), de
níquel (0.17 M), de cobre (0.16 M), de cobalto (0.17 M), de manganeso (0.18 M) Y de
aluminio (0.37 M). No obstante la plata es tóxica a concentración tan baja como 0.5 mM,
Tuovinen et al., (1971,1985) señalan su efecto inhibitorio a valores inferiores a los
reportados (Lynn, 1997; Orrantia et al., 2000; Sánchez-Yáñez y Rodríguez-Farías, 2000).
Además de conocer que su tolerancia al metal en el caso de Thiobacillus depende de la
especie y de su estado fisiológico, así como de su previa exposición a la plata en solución
(Cervantes, 1992).
Se reporta que los niveles de tolerancia a la plata se incrementan al resembrar el
microorganismo lixiviante en concentraciones graduales del metal; de esa forma es posible
desarrollar su resistencia por adaptación fisiológica (Cervantes, 1992; BacelarNicolau y
Johnson, 1998; Edwards et al., 2000).
La susceptibilidad del microorganismo al metal es mayor durante la oxidación del MSRP
que durante la oxidación del ión ferroso; esto sugiere la variabilidad en la respuesta de cada
bacteria al usar como fuente de energía diferentes elementos minerales o compuestos
inorgánicos que contienen metales (Tuovinen et al., 1971; Belliveau et al., 1987; Isamu et
al., 1999; Wielinga et al., 1999; Bond et al., 2000). Por lo anterior, los objetivos de este
trabajo fueron: i) aislar y seleccionar microorganismos lixiviantes de un MSRP ii) adaptar
estos microorganismos a una elevada concentración de plata.
Materiales y métodos
1. Análisis del mineral sulfurado refractario de plata.
Se realizó un análisis de difracción de rayos X para determinar la concentración de plata y
según describen Bacelar-Nicolau y Johnson, (1999) y Ballesteros et al., (2001).
2. Aislamiento de Thiobacillus spp.
Se realizó en matraces Erlenmeyer con 500 mi de 9 K con 5% y 10% w//v del MSRP; los
matraces se incubaron en agitación a 200 rpm por 15 días (Sánchez-Yáñez, 1998).
3. Medio de cultivo
El mineral MSRP se obtuvo de la mina "La Guitarra" Temascaltepec, Edo. de México. Se
mezcló con el medio de cultivo 9K con la siguiente composición en g/L: NaCO3 1.0;
NH4CL, 1.0; MgS04, 0.7; K2HP04, 0.5 ; FeS04 100 ppm o con la del medio 9K
modificado, g/L; NH4S04, 8.0 y 7.0; NH4Cl, 5.0; NH4NO3 5.0; KCL, 1.5; MgSO4, 3.0;
ZnSO4, 0.1; MgCl2, 4.0 ; CaNO3 5.0; CaSO4, 1.5; NaC1, 1.5; K2HPO4, 2.0; FeSO4, (121
°C/15 min) 2.0; pH=1.5 ajustado con H2SO4 o NaOH según el caso.
4. Determinación de la BL del MSRP.
La capacidad de lixiviación de las bacterias se analizó durante el período de incubación
para establecer la cantidad del azufre oxidado del MSRP, por cuantificación de la
concentración del sulfato (determinación indirecta), en comparación con el matraz con el
9K con el MSRP esterilizado sin inocular con Thiobacillus, éste se consideró como el
control absoluto.
Las bacterias con la máxima capacidad de lixiviación se usaron como base para aumentar
como inóculo para la prueba de adaptación y resistencia al nitrato de plata, en este caso por
determinación de la plata lixiviada se realizó por absorción atómica y/o la concentración de
sulfatos por Thiobacillus (Touvinen et al., 1971; Murr et al., 1978; Lundgren y Silver,
1980; Lawrence 1983; Touvinen et al.,1985; Schrenk et al., 1998; Rawlings et al., 1999).
5. Adaptación bacteriana a la elevada concentración de Ag.
Esta selección de la resistencia Thiobacillus a la plata se logró en matraces de 250 mL con
30 mL de 9K; 30 y 35 mg/mL de nitrato de plata (AgNO3) Los matraces se incubaron a
30°C en un agitador rotatorio a 200 rpm/14 días para determinar la concentración de
sulfatos (SO24) producida como medida de que la plata no inhibió la BL (Lynn, 1997).
Resultados y discusión
La figura 1 muestra la eficiencia de la bacteria quimiolitotrófica acompañantes del MSRP
para lixiviar la plata, lo que indica que en la naturaleza existe el potencial en los
microorganismos que habitan en ambientes de minas y que son parte a los minerales de
diversa ley (Bañuelos, 1994; Guerrero, 1998a; Sánchez-Yáñez 1998, Trupti et al.,1999),
estas bacterias nativas de zonas mineras son fácilmente aisladas, adaptables a diferentes
condiciones de cultivo y dada su flexibilidad bioquímica para crecer con relativa rapidez en
la condición artificial del medio de cultivo, por tanto, es posible mediante una selección
cuidadosa emplear aquellos con el mayor potencial de lixiviación (Schrenk et al., 1998;
Orrantia et al., 1999; Rawlings et al.,1999; Sánchez- Yáñez y Farías Rodríguez, 2000).
En base a que las principales características de estos microorganismos son: su abundancia
en ese ambiente por adaptación fisiológica derivada de propiedades genéticas intrínsecas
que les permite sobrevivir en principio y luego usar el mineral como fuente de energía para
posteriormente crecer, son relativamente sencillos para obtener con eficiencia la
explotación de MSRP (Sánchez-Yáñez, 1995; Ballesteros et al., 2001).
En la figura 2 se muestra la producción de sulfatos por Thiobacillus sp, género que de
acuerdo con el análisis de su comportamiento bioquímico fue el grupo bacteriano más
abundante en el ambiente de la mina y en el MSRP (Bacelar-Nicolau, Johnson, 1999;
Bañuelos).
En esta figura la cantidad de sulfato generada por la oxidación del azufre del MSRP, causó
un incremento en la concentración de plata en solución y como resultado el Thiobacillus
original sin previa adaptación a este metal fue incapaz de crecer (Cervantes, 1992 y
Guerrero, 1998 y 1998) mientras que el Thiobacillus previamente seleccionado y adaptado
de manera gradual a concentraciones mayores de plata biolixiviada, el MSRP sin problema
y en mayor concentración que el Thiobacillus no adaptado a la concentración elevadas de
plata (Cervantes, 1992 y Edwards, et al., 2000) lo cual sugiere que es posible mejorar la
extracción de plata a partir de este tipo de mineral, sin causar daño al ambiente o
incrementar el costo de producción.
Agradecimientos
Al CONACYT, proyecto "Biolixiviación de minerales concentrados refractarios sulfurados
de oro y plata "No. 0944P-A9507. A la CIC-UMSNH Proyecto 2.7 (2005-2006) por las
facilidades para la publicación de este trabajo.
Literatura citada
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Figura 1. Lixiviación de un mineral argentifero por Thiobacillus sp
Gutiérrez O. J. J.*,
Ramírez C. J.**.,
Sánchez-Yáñez; J.M.*+
Microbiología ambiental *
*+autor correspondiente
Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Ed. B-1.
**Metalurgia extractiva, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas,
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo,
Morelia, Michoacán México.
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Lixiviación
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Para lixiviación como proceso en plantas hidrometalúrgicas, véase Lixiviación (metalurgia).
La lixiviación, o extracción sólido-líquido, es un proceso en el que un disolvente líquido
pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la elución de uno o más de los
componentes solubles del sólido.
Contenido
1 Interés o 1.1 Química o 1.2 Ecología o 1.3 Geología o 1.4 Agricultura o 1.5 Aplicaciones prácticas o 1.6 Metalurgia Extractiva o 1.7 Biolixiviación
2 Enlaces externos
Interés
La lixiviación es un método de interés para ciencias tales como:
Química
La lixiviación es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido,
mediante la utilización de un disolvente líquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el
soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una
separación de los componentes originales del sólido.
Algunos ejemplos son:
- El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente.
- Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soja y de algodón
mediante la lixiviación con disolventes orgánicos.
- La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con
alcohol o soda.
Dentro de esta tiene una gran importancia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza
mayormente en la extracción de algunos minerales como oro, plata y cobre. También se
utiliza en Tecnología Farmacéutica.
Ecología
También es aplicable el término en ecología para indicar el desplazamiento hacia los ríos y
mares de los desechos y excrementos , además de otros contaminantes como pueden ser los
fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenómeno químico. Es
considerado el fenómeno de desplazamiento de nutrientes siendo estos arrastrados por el
agua, provocado este a su vez por la deforestación antropogénica (causada por el hombre).
Geología
En la ciencia geológica se entiende como lixiviación al proceso de lavado de un estrato de
terreno o capa geológica por el agua. Como también por placas ácidas encontradas en las
sales que disuelven casi cualquier material sólido.
Agricultura
En sistemas de riego, cuando este se hace con aguas con un importante contenido salino, se
dosifica una cantidad mayor de agua que la estrictamente necesaria para las plantas, a fin de
que, al percolar esta agua hacia los drenes, evite la acumulación de sales en el terreno, lo
que podría ser negativo para las plantas. Esta cantidad adicional de agua se le denomina
agua de lixiviado. Si se trata de riego de complementación, en zonas donde existe una
precipitación anual razonable, el proceso de lixiviación de los suelos agrícolas se da en
forma natural en los periodos de lluvia.
Aplicaciones prácticas
Industrialmente la lixiviación se utiliza para preparar pociones, para ello se toma la droga
(generalmente una planta medicinal) se pulveriza, y se mezcla con el menstruo (alcohol), se
coloca en un lixiviador y se deja macerando el tiempo requerido.
También se le puede decir lixiviación al tratamiento de los minerales concentrados y otros
materiales que contienen metales, la lixiviación se efectúa por medio de un proceso húmedo
con ácido que disuelve los minerales solubles y los recupera en una solución cargada de
lixiviación. De uso práctico en la minería mediante la cianuración del oro y otros minerales.
Metalurgia Extractiva
Artículo principal: Lixiviación (metalurgia).
Es también el proceso que se usa en la metalurgia, para trabajar los minerales
principalmente oxidados. Desde un tiempo a esta parte se realiza la lixiviación de minerales
sulfurados de cobre mediante procesos de lixiviación bacteriana.
En el caso de la lixiviación de los minerales de oro (oxidos) el diseño de los pads son de
acuerdo a la morfología de la zona, de acuerdo a esto estaremos iniciando los detalles para
la selección del tipo de Pad, ya sea pad reutilizable, expandible o el caso de lixiviación tipo
valle (caso de Pierina).
Biolixiviación
Es el proceso en el que se da la lixiviacion asistida por microorganismos, que cumplen el
rol de catalizadores. La biolixiviacion es una técnica usada para la recuperación de metales
como cobre, plata y oro entre otros. Esta última aplicación también es conocida como
biohidrometalurgia.
Biolixiviación
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1. Resumen 2.
3. Bacterias lixiviantes de minerales.
4. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales.
5. Fuente de carbono, energía y nitrógeno.
6. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus.
7. Oxidación de ión ferroso.
8. Lixiviación de pirita (FeS3) por Thiobacillus ferrooxidans.
9. Extracción de metales por lixiviación bacteriana.
10. Mecanismo directo de lixiviación bacteriana por Thiobacillus.
11. Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus.
12. Lixiviación de CuFeS2.
13. Factores que afectan la lixiviación bacteriana.
14. Temperatura óptima de la lixiviación bacteriana.
15. Tamaño de la partícula y el área superficial del mineral en la lixiviación
bacteriana.
16. Conclusiones.
17. Bibliografía.
Resumen
La extracción y purificación de metales a partir de minerales es un proceso químico que
causa contaminación ambiental. Una alternativa son las bacterias quimilitotroficas del
azufre las que pueden oxidar este elemento y generar ácido sulfúrico, que solubiliza metales
mezclados con azufre. Este proceso se conoce como Lixiviación bacteriana se aplica como
una excelente opción para evitar contaminación ambiental, el propósito de está breve
revisión es señalar las principales características de la LB.
Palabras clave: Minerales, Thiobacillus, minas, metales.
I. Antecedentes
A finales del siglo XIX S. Winogradsky describió un grupo de bacterias de diversos
ambientes: suelo, agua y mina, que crecen por oxidación de minerales con azufre,
hierro, cobre, cobalto, níquel y otros metales, lo que además asimilan el CO2 y/o
carbonatos como fuente de carbono. Por este tipo de metabolismo bioquímico les
definió como "bacterias quimiolitotroficas y postuló que la energía derivada de la
oxidación del ión ferroso a férrico sirve para su crecimiento y asimilación de CO2"
(Sánchez-Yáñez et al., 2000; Harvey y Crundwell, 1997). A finales de 1979 se les
conocían como bacterias autotróficas del hierro, entonces sólo se describían dos
géneros: Ferrobacillus y las especies F. ferrooxidans y F. sulfooxidans y Thiobacillus
thiooxidans, está última se aisló de un suelo pobre en materia orgánica y en agua de
mina; (Lindstrom et al., 1992; Olson, 1991). La lixiviación bacteriana (LB) es una
estrategia biológica que se emplea para la concentración y extracción de metales de
minerales sulfurados refractarios de baja ley ó SMBL (Álvarez y Jerez, 1990; Janssrn
et al., 1996).
En hidrometalurgía la LB es sencilla, barata y ecológica, sus productos no contaminan el
ambiente (Navarrete, et al., 2001). Una de sus principales ventajas es la económica, al
aprovechar menas de minerales sulfurados metálicos de baja ley (SMBL), considerados así
porque la concentración del metal de interés es mínima (10mg/ton del mineral) y porque la
extracción por métodos químicos tradicionales no es rentable, por ello no se explotan a
pesar de que contienen oro, plata, cobre y metales radiactivos: uranio, radio, etc.
(Ballesteros et al., 2001; Fowler y Crundwell, 1998).
El primer informe sobre la LB de SMBL, se publicó en 1922 con una bacteria
quimiolitotrofica desconocida, está investigación describió una forma biológica de
extracción de metales como alternativa barata para la explotación de SMBL, durante 30
años este informe se ignoró hasta el redescubrimiento T. ferrooxidans tolerante a alta
concentración de metales pesados (g L-1): 10 de zinc, 72 de níquel, 30 de cobalto, 55 de
cobre y hasta 160 de hierro fundamental en el incremento del costo de fundición de
minerales, la que obliga a que concentrados de oro y plata se exploten por LB (Lindstrom et
al., 1992).
En general se describen tres métodos para la extracción de metales a partir de minerales:
lixiviación química en autoclave, tostación de sulfuros y LB. En base al mineral que se trata
se sabe que el reto es extraer el metal unido al azufre, ya que éste es la causa de la
refracción o resistencia del mineral a la separación de estos metales.
La lixiviación de sulfuros en autoclave (proceso Sherrit-Gordón), se realiza a elevada
temperatura y presión del oxígeno para la oxidación y solubilización del azufre y su
eliminación, como la variante de Homestake en Nevada, E.U.A. Por está técnica el
producto de autoclave, es una solución ácida en la que los metales del mineral son solubles.
En tanto un lodo atrapa las especies inertes como arcillas y sílice, en la siguiente etapa; la
cianuración se aplica para separar: plomo, cobre y zinc, la técnica se usa en yacimientos de
minas de oro con o sin concentración de sulfuros, la desventaja de este tratamiento es el
alto consumo de oxígeno proporcional a la concentración de azufre en el mineral además
los metales de los minerales deben ser resistentes a la corrosión (Sand et al., 1993; Sugio et
al., 1990).
La tostación es un proceso industrial para la conversión de sulfuros en sulfatos solubles en
solución ácida acuosa, que permite cianuración normal, después del lavado de residuos. No
obstante la tostación genera dióxido de azufre (SO2), no recuperable en pequeña o mediana
escala, que contamina el ambiente por ello normas de protección ambiental restringen su
utilización.
La LB es una actividad biológica conocida desde la antigüedad por fenicios, romanos,
árabes y españoles, que la reportaron en la extracción de cobre en agua de minas. En 1947
cuando T. ferrooxidans se aisló por primera vez del drenaje de una mina de carbón
bituminoso (Kashefi et al., 2001; Olson, 1991). En España en 1950 se reportó la LB de
minerales de cobre en una mina del Río Tinto, hasta 1970 se confirmó que esto fue
derivado de la actividad de Thiobacillus sobre el SMBL (Lindstrom et al., 1993; 1992;
Suzuki et al., 1990). Cuando la microbiología avanzó, se reporto que Thiobacillus como es
clave en la recuperación de metales de valor comercial a partir de SMBL. Por ello existen
patentes de este proceso, incluso para minerales con metales radioactivos (Ahonen y
Touvinen, 1992).
II. Bacterias lixiviantes de minerales.
T. thiooxidans es una bacteria Gram negativa quimiolitotrofica obligada, cosmopolita.
Existe información sobre técnicas de aislamiento e identificación (Brigmon et al.,
1995). Además su potencial en biohidrometalurgía para la extracción de minerales de:
cobre, oro, plata, uranio y radio, se limita por inhibición por metales que lixivia
(Goebel y Stckebrandt, 1994; Bronwyn et al., 2000). Otras especies de Thiobacillus
son sensibles a la acidez como T. thioparus y T. novellus no oxidan azufre elemental,
pero si sus sales además de compuestos orgánicos como la glucosa.
T. denitrificans crece en anaerobiosis con nitrato como aceptor final de electrones. T.
ferrooxidans oxida sales de azufre con hierro, T. novellus es quimiolitotroficó
facultativo con un pH óptimo de crecimiento de 7.0. el que permite separar cada
especie: T. thiooxidans y T. ferrooxidans crecen a pH de entre 2.0 y 3.5, T.
denitrificans, T. thioparus y T.novellus de entre 7.0 y 7.3 (Groudev y Groudeva, 1993).
III. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales
Las técnicas de aislamiento para Thiobacillus y las herramientas moleculares revelan
su distribución en ambientes de mina y suelo. Existen otros procariotes que lixivian
SMBL, investigación "in situ" en minas para extracción de oro generan resultados
similares Thiobacillus (Kanishi y Sataru, 1992), estas bacterias nativas de minas,
toleran concentraciones subletales del metal que lixivian, de esa forma aumentan el
rendimiento del metal que se extrae sin elevar el costo del proceso, es ambientalmente
seguro, investigación sobre la ecología de éstas bacterias las clasifica en base a su
temperatura de lixiviación de SMBL. Se reporta que bacterias termófilas y mesófilas
lixivian minerales "in situ" en minas para la extracción oro en Sudáfrica (Lovley,
2000; Olson, 1991). De la naturaleza es posible aislar archeabacteria hipertermofilas y
adaptadas a elevada temperatura para la LB de SMBL con cobre, plata y oro, y
aquellas bacterias empleadas donde la temperatura es un factor limitante para la
extracción de metales (Golovacheva et al, 1992).
El cuadro 1 muestra las principales características fisiológicas y bioquímicas de
Thiobacillus requeridas para su explotación (Lópezarchilla y Amils, 19943), T.
ferrooxidans crece por oxidación de ión ferroso y azufre inorgánico forma sulfato
como producto derivado del ácido sulfúrico y asimila CO2 como fuente de carbono, su
morfología es semejante a T. thiooxidans, no oxida el ión ferroso, ni lixivia SMBL
insolubles. Las variables fisiológicas del cuadro 1 se adaptan para optimizar la
actividad lixiviante de T. ferrooxidans en función del mineral (Lloyd y Macaskie,
2000).
Cuadro 1. Condiciones de crecimiento para el cultivo de Thiobacillus ferrooxidans y
Archeabacterias* adaptables al mineral sulfurado concentrado refractario.
Variable Valor recomendado
Temperatura
Potencial de hidrógeno (pH)
Eh
Concentración del ión ferroso (Fe2+)
Concentración sulfuro metálico (%)
Densidad de inóculo bacteriano
Fuente de Nitrógeno (N)
Fuente de Carbono (C)
35o C, 100° C*
2.3
-500 mV
10 g-1
10-25
5-7 % (v/v)
(NH4)2SO4 3.0 g-1 (p/v), inclusive N2 (molecular)
CO2 0.2% (v/v), inclusive carbonatos.
Fuente de Oxígeno
Fuente de energía y/ó azufre
O2 intensivo.
Azufre mineral, con tamaño menor que 32 micras
Referencias: Tuovinen et al., 1994,1991; Kashefi y Lovley, 2000.
IV. Fuente de carbono, energía y nitrógeno para Thiobacillus.
Esta especie utiliza como fuente de energía para crecer la oxidación de compuestos
reducidos de azufre, que incluye el ión ferroso soluble y cobre (Mossman et al., 1999).
V. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus.
T. ferrooxidans fija de dióxido de carbono o carbonatos, para suplir su demanda de
carbono, común en quimiolitotroficos por inyección de aire para proveer de CO2 y O2. La
demanda de nitrógeno se satisface con N o con formas reducidas de N como amonio y/o
nitratos incluye N2 (Harvey y Crundwell, 1997; Suzuki et al., 1990).
VI. Oxidación de ión ferroso.
La oxidación del ión ferroso a férrico no es conocida, se sugiere que Thiobacillus posee
dos sitios de transferencia de electrones en la célula, uno para el sistema de oxidación
del azufre y otro para hierro localizados en sitios distintos de la membrana celular
(Boon y Heijnen, 1998). El mecanismo de oxidación del ión ferroso en Thiobacillus se
inhibe con bloqueadores de electrones, en la parte externa de su membrana celular.
La rusticianina en la bacteria se controla por la composición química del medio de
cultivo, cuando el ión ferroso está en elevada concentración, si T. ferrooxidans crece
sólo con azufre elemental como fuente de energía (Lloyd y Macaskie, 2000), la
rusticianina actúa en la primera etapa de la cadena transportadora de electrones,
involucra tres citocromos dos tipos C, uno de clase Al y una coenzima Q está proteína
depende de que la bacteria reduzca el sulfato asimilatoriamente, él cual despolariza su
membrana para permitir al ión ferroso enlazar a sitios de transporte de la proteína,
funciona como ligando para la síntesis de complejos susceptibles de oxidación a pH
menor de 3.5. La síntesis disminuye con rapidez a un pH superior de 2.2, está reacción
biológica es 500 veces más rápida que la oxidación química (Sukla et al., 1992) el
proceso requiere pH menor de 3.5 para mantener un gradiente de protones en la
membrana celular en el acoplamiento del ión ferroso con la fosforilación oxidativa
(Sand et al., 1993).
VII. Lixiviación de pirita (FeS3) por Thiobacillus ferrooxidans.
T. ferrooxidans se cultiva en pirita como fuente de energía, el análisis de microscopio
electrónico de transmisión indica cambios en la superficie de la pirita, asociado con
modificación de su morfología. T. ferrooxidans sintetiza un mucopolisacárido, cuando
está íntimamente adherido al mineral, ello favorece la oxidación de azufre para
solubilizar el metal del mineral, este sufre corrosión en el sitio específico de mayor
concentración de azufre, esto se detecta en la topografía de la pirita en el sitio del
ataque bacteriano ó zona de concentración del sulfuro. La investigación con técnicas
de espectroscopia electrónica y fluorescencia de rayos X demuestran la existencia de
una capa de MPS que cubre la superficie del sulfuro como se ilustra en la Figura 1
(Zagury et al., 1994).
Figura 1. Mecanismo de interacción bacteria-sulfuro. A) Formación de una "cápsula" en la
región de lixiviación por que contiene un transportador/del sulfuro. B) Corrosión del
sulfuro en la capa orgánica de absorción que disuelve el sulfuro, este es un complejo
soluble de azufre que ingresa en la célula (Sugio et al., 1990).
VIII. Extracción de metales por lixiviación bacteriana.
Los metales se liberan del mineral por solubilización con el ácido sulfúrico derivado
de la oxidación del azufre en la membrana Thiobacillus, al igual que la del hierro, al
igual que en los minerales de uranio que existen como óxidos insolubles aunque no se
sabe a detalle el mecanismo de la LB; el uranio se asocia a pirita y se disuelve por
actividad indirecta de Thiobacillus al formar sulfato férrico, como se expresa en la
siguiente ecuación. El sulfato de uranio se recupera de la solución lixiviante por
intercambio iónico o con solventes orgánicos (Tuovinen et al., 1991).
Bacteria
UO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4
IX. Mecanismo directo de lixiviación bacteriana por Thiobacillus.
Existen bacterias quimiolitotroficas oxidan directamente minerales sulfurados
concentrados. Investigación por microscopio electrónica de transmisión y barrido
revela que estas bacterias se adhieren a la zona de concentración del azufre para
usarlo como fuente de energía y generan el MPS con el que se asegura la unión física
cápsula-mineral para la oxidación del azufre inorgánico que produce el ácido
sulfúrico, en consecuencia se causa la solubilización del metal del mineral y la
desintegración de su estructura cristalina. (Mossman et al., 1999). Estas observaciones
al microscopio electrónico probaron que Thiobacillus disuelve la superficie del cristal
del mineral en la zona de concentración del azufre. Se sabe que la naturaleza química
de cápsula de Thiobacillus es clave cuando atacan SMBL pues durante está acción se
sucede simultáneamente la oxidación del hierro y el azufre. Se sabe que Thiobacillus
oxida hidróxidos metálicos mediante dos mecanismos para solubilizar el mineral
sulfurado de baja ley. Una implica el ciclo férrico-ferroso o mecanismo indirecto. La
otra depende del contacto físico bacteria-cristal del mineral independiente del ciclo
férrico-ferroso. Los SMBL se solubilizan por la oxidación de Thiobacillus en ausencia
de ión férrico aerobiosis estricta (Arredondo et al., 1994; Blake et al., 1994; Goebel y
Stckebrandt, 1994).
Investigación reciente sugiere que Thiobacillus oxida paralelamente el azufre y el
hierro reducido ello facilita la lixiviación del metal de interés. Se reporta que
Thiobacillus detecta el lugar exacto de oxidación y por quimiotaxis se dirige a ese sitio
donde se concentra el azufre del mineral. Por la oxidación del sulfuro causa
perforaciones en la superficie del cristal del SMBL cuya profundidad depende del
mineral y varia de acuerdo con su composición química. El proceso se resume como
sigue:
a) Oxidación de Fe2+ a Fe3+ (ferroso a férrico) para la síntesis de energía.
b) Solubilización del azufre de la superficie del mineral por el ácido sulfúrico derivado
de su oxidación para mantener su crecimiento.
c) Unión directa de la bacteria con la superficie del mineral sulfurado.
La actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita se explica en las siguientes
reacciones:
FeS2 + 3½ 02 + H20 FeS04 + H2SO4
Bacteria
2FesO4 + ½ 02 + H2SO4 Fe(SO4)3 + H20
FeS2 + 302 +2H2O 2H2SO4 + 2S
Bacteria
2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (Reacción 1)
Mientras que la actividad quimiolitotrofica de Thiobacillus sobre la calcopirita se expresa:
Bacteria
2CuFeS2 +8 ½ O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe(S04) + H2O
CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S= (Reacción 2)
El sulfuro (S=) producido por Thiobacillus durante la lixiviación de la pirita (reacción 2), se
oxida por la bacteria y libera ácido sulfúrico (reacción 1). Se conoce el papel catalítico de
Thiobacillus en está transformación del SMBL. La actividad de los metabolitos derivados
de la oxidación del azufre requiere un número suficiente de Thiobacillus en la superficie del
SMBL (Zagury et al., 1994).
X. Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus.
El sulfato férrico en solución y la concentración de oxígeno son básicos en la SMBL
por Thiobacillus como: galena (PbS), calcopirita (CuFeS2), bodrnita (Cu5FeS4) y
esfalerita (ZnS), pirita, marcasita (Fe2S), covelita (CuS), calcocita (Cu2S) y
molibdenita (MoS2) como lo reportan Tuovinen et al., (1991). En general se reporta
que el ión férrico sólo ó en mezcla es la especie química de la lixiviación de SMBL por
Thiobacillus. El ión férrico influye indirectamente actúa sobre SMBL. Las reacciones
siguientes representan el mecanismo en fases aeróbica/anaeróbica por Thiobacillus en
minas (Ahonen y Tuovinen, 1992).
(Aeróbica) MeS + 2Fe3+ + H2 + 202 Me2+ + 2Fe2+ + S04= + 2H+
(Anaeróbica) Fe(S04)3 + FeS2 3FeS04 + 2S=
Cuando Thiobacillus oxida el ión ferroso a férrico es cíclico por: 1) la interacción del ión
férrico con SMBL y 2) Por regeneración del ión férrico a ferroso por el ácido sulfúrico
liberado, disminuye el pH el ión férrico se reduce a ión ferroso para mantener el ciclo en
acidez extrema (Fowler y Crundwell, 1998).
XI. Lixiviación Bacteriana de CuFeS2.
Thiobacillus lixivia directa e indirectamente minerales por reducción de ión férrico.
Normalmente ambos fenómenos son simultáneos en la naturaleza. De los minerales los
de cobre la calcopirita se lixivia biológicamente. Se reporta que T. ferrooxidans oxida
cobre monovalente el hierro y el azufre. La bacteria oxida directamente estos
elementos que son parte de la calcopirita con valencia reducida con hierro ferroso o
sulfato ferroso. Thiobacillus oxida hierro ferroso y azufre elemental, durante la fase
inicial de la oxidación consume sulfato y el pH aumenta lo que provoca la
precipitación del sulfato férrico y las sales de cobre como la anterita. El sulfato férrico
se disocia en una reacción lenta secundaria el hierro forma compuestos como la
jarosita con la regeneración del sulfato de acuerdo con la siguiente reacción:
2Fe2 (SO4) + 12H2O 4Fe (OH)3 + 6H2SO4
La lixiviación de calcopirita por T. ferrooxidans para lixiviar cobre en columna es pobre en
condición estática con una recuperación del 25% en 60 días, un 40% en 70 días, del 60% en
470 días. Razell y Trussell recobraron un 45% de cobre de calcolpirita en condición
estática, en agitación se recuperó 35% en 33 días, del 72% al 100% en 12 días, el 59% en 5
días, el 60% en 4 días, el 79% en 6 días, el 50 al 60% de cobre de calcopirita en 4 a 6 días
en un tanque con oxigenación continua lo, que muestra que una elevada tensión de oxigeno
en el bioreactor es necesaria para máxima extracción de metales (Amaro et al., 1994).
XII. Factores que afectan la lixiviación bacteriana.
La LB por T. ferrooxidans de SMBL depende de la concentración del ión ferroso y del
hierro soluble que afecta el sistema de transporte de electrones en la membrana,
cuando oxida azufre. El pH es un factor critico T. ferrooxidans requiere acidez para
que el metal del mineral facilite la oxidación del azufre y síntesis de energía con
calcopirita. Depende del sulfuro de zinc de calcocita y covelita que necesitan hierro
soluble. El carácter acidofílico de T. ferrooxidans lo comparte con T. thooxidans con
hongos del suelo, levaduras y protozoarios en esa condición fisicoquímica el hierro es
disponible para la vida (Kusano et al., 1992).
XIII. Temperatura optima de lixiviación bacteriana.
Dos factores críticos afectan la LB de Thiobacillus, el primero el aumento de
temperatura por la bacteria al oxidar el azufre, lo que genera calor durante su
crecimiento. El intervalo de temperatura óptimo para Thiobacillus está entre 25 y
35oC, para máxima oxidación de ión ferroso a temperatura no mayor de 35 oC y
disminuye a 45 oC Thiobacillus luego muere, se propone usar. Archaeabacteria
hipertermofilica acidofilica usan como fuente de energía, SMBL a temperatura mayor
de 80oC, estas bacterias viven en la naturaleza en ambientes extremos. Por ello se le
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).
XIV. Tamaño de la partícula y el área superficial del mineral en la lixiviación
bacteriana.
En soluciones acuosas las partículas sólidas del mineral son una fuente de iones. El
tamaño es clave pues se área de contacto facilita la oxidación lenta o rápida, los que
tienen dimensión cercanas bacterias son ideales para su lixiviación. Investigación al
respecto sugiere que el MPS que la bacteria es necesario para su adhesión al mineral,
con relación inversamente proporcional entre la actividad lixiviante de Thiobacillus
sobre SMBL y el tamaño de la partícula a medida de que está es menor la velocidad
de oxidación del azufre es mayor en consecuencia la extracción del metal es rápida lo
anterior se reporta para mineral de sulfurado de plata (Gutiérrez et al., 2002)
XV. Conclusiones
La extracción de metales de valor comercial con bacterias quimiolitotroficas de
SMBL, es de interés en biohidrometalurgia para la explotación de menas que por la
baja concentración del metal no se tratan con métodos tradicionales. Aunque se
emplean con cualquier mineral con un alto contenido en azufre resistentes a los
métodos químicos establecidos, que requieren un elevado gasto de energía sin que
necesariamente el rendimiento sea proporcional a la inversión. El potencial
Thiobacillus y archeabacteria para lixiviar minerales incluso radiactivos "in situ" o
de reactor, abre prometedoras posibilidades para la optimización del recurso minero
en la industria de metalurgia extractiva en especial si se realizan verdaderas acciones
conjuntas entre la academia y la industria.
Este breve ensayo se dedica a la memoria de Felipe Yánez, Andrea Luna y María de la
Paz Jiménez, por sus inolvidables enseñanzas, su sabiduría, su entrega y su gran
corazón.
XVI. Agradecimientos
Al proyecto de CONACYT No. 0944P-A930 Biolixiviación de concentrados minerales
refractarios de oro y plata por el apoyo económico. Al Research Contract no. 311-D-1-
MEX-7944, Agencia Internacional de Energía Atómica, Viena, Austria, por la información.
Al proyecto 2.7 (2003), Coordinación de Investigación Científica - UMSNH, Morelia,
Mich, por las facilidades para su escritura e información.
XVII. Bibliografía.
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Autor:
Dr. Juan Manuel Sánchez-Yáñez
Profesor Investigador de tiempo completo Titular "C". Perfil PROMEP
Laboratorio de Microbiología Ambiental
Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas. Edif.. B-3
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Michoacán, México.
viación bacteriana 1.doc
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NUEVAS TENDENCIAS Y ENFOQUES TECNOLÓGICOS EN LOS PROCESOS DE LIXIVIACION
BACTERIANA DE MINERALES DE COBRE
Tomás Vargas
Centro de Hidrometalurgia/Electrometalurgia
Departamentos de Ingeniería Química/Ingeniería de Minas
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile
Universidad de Chile
Desde la década de los 60, cuando se concretó la primera aplicación
industrial exitosa de la lixiviación bacteriana para el tratamiento de los
minerales de cobre de baja ley en botaderos (dump leaching), esta
tecnología ha jugado un rol cada vez más importante en la industria minera
del cobre. La lixiviación bacteriana en botaderos permitió recuperar el
cobre desde materiales de descarte que no podían ser tratados
económicamente con las tecnologías convencionales. Su desarrollo alcanzó
entonces un gran impacto ya que permitió incorporar como reservas los
millones de toneladas de minerales de descarte acumulados en diversas minas
de cobre del mundo a través de largos años de explotación.
Posteriormente, a comienzos de los 80, la lixiviación bacteriana se comenzó
a aplicar comercialmente en el tratamiento de minerales de cobre
secundarios mediante lixiviación pilas. En este caso quedó demostrado que
la lixiviación bacteriana podía constituir para estos minerales una
alternativa más económica que el procedimiento convencional de tratamiento
vía concentración-fusión. La primera aplicación comercial de lixiviación
bacteriana en pilas fue en Chile, en la planta Lo Aguirre, con la
tecnología desarrollada por el grupo de la Minera Pudahuel.
En este trabajo se revisan primeramente en forma breve las bases
conceptuales de la lixiviación bacteriana señalando los aspectos que son
determinantes de su eficiencia y aplicabilidad industrial. Posteriormente,
se reseña el estado del arte de la biolixiviación de minerales de cobre en
pilas y las perspectivas de desarrollo futuro.
Fundamentos de la Biolixiviación
La recuperación de cobre desde un mineral sulfurado por la vía
hidrometalúrgica requiere de la disolución de las especies sulfuradas de
cobre contenidas en el mineral. Para lograr esto es necesario lixiviar el
mineral en ambiente ácido y en presencia de un agente oxidante, el cual al
reducirse capta electrones desde el mineral y posibilita así el rompimiento
de su estructura.
La disolución de los sulfuros minerales en condiciones ambientales es
termodinámicamente posible en la presencia del oxígeno del aire. La
utilización del oxígeno, que es un reactivo con alto potencial oxidativo
pero cinéticamente no muy efectivo en condiciones ambientales, se
concretiza indirectamente mediante la incorporación del par redox
intermedio Fe+3/Fe+2 presente en las soluciones lixiviantes. De este modo
el proceso involucra el siguiente ciclo de reacciones:
a) en una primera etapa se requiere que el oxígeno se disuelva en la
solución lixiviante:
O2(aire) ---> O2(solución)
(1)
b) El oxígeno en solución oxida al ión ferroso disuelto de acuerdo a la
reacción:
l/2O2 (sol) +2 Fe+2 + 2 H + ---> 2Fe+3 + H2O
(2)
c) El ión férrico lixivia químicamente a los sulfuros de cobre presentes,
que se pueden tipificar aquí en el CuS, de acuerdo a la reacción:
2Fe+3 + CuS ---> 2Fe+2 + Cu+2 + So
(3)
De estas reacciones se ve que el hierro es un portador de carga intermedio
que es continuamente oxidado y reducido, de modo que la reacción global
neta es:
CuS + 1/2O2 + 2H+ ---> Cu+2 + SO + H2O
(4)
La lixiviación de sulfuros minerales en base a la cadena de reacciones (1-
4) ocurre espontáneamente en soluciones ácidas aereadas, pero la velocidad
de disolución del mineral en soluciones abióticas es muy lenta como para
ser de interés comercial. Sin embargo, la velocidad de lixiviación del
mineral es fuertemente catalizada en la presencia de ciertos
microorganismos lixiviantes acidófilos, es decir que son activos y crecen
en medio ácido, y autótrofos, es decir para crecer utilizan carbón
proveniente del CO2 del aire. En la Tabla 1 se incluye una lista de los
principales microorganismos utilizados detallando el rango de temperatura y
acidez en que operan y los sustratos que utilizan.
| | | |Substrato |Fuente de |
| | | | |carbono |
|Microorganismos |Temp. [ºC] |pH |
|Lo Aguirre, Chile |16.000 |1980 - 1996 |
|Gunpowder's Mammoth Mine, |In-situa |1991 - |
|Australia |1.370 |operando |
|Mt. Leyson, Australia |16.000 |1992 - 1997 |
|Cerro Colorado, Chile |2.000 |1993 - |
|Girilambone, Australia |1.500 |operando |
|Ivan-Zar, Chile |17.300 |1993 - en |
|Quebrada Blanca, Chile |10.000 |cierre |
|Andacollo, Chile |3.000 |1994 - |
|Dos Amigos, Chile |32.000 |operando |
|Cerro Verde, Perú |20.000 |1994 - |
|Zaldívar, Chile |18.000 |operando |
|S&K Koper, Myanmar |24.500 |1996 - |
|Equatorial Tonopah, USA | |operando |
| | |1996 - |
| | |operando |
| | |1996 - |
| | |operando |
| | |1998 - |
| | |operando |
| | |1998 - |
| | |operando |
| | |2000 - 2001 |
a mineral de 1.2 millones de toneladas
Tabla 2. Plantas de biolixiviación de minerales de cobre en pilas
El proceso de biolixiviación en pilas es muy flexible en cuanto a la escala
de producción. Se tienen plantas BioLIX-SX-EW con grandes producciones, en
el orden de 100.000 ton/año de cátodos, o de pequeña escala, 10.000 ton/año
de cátodos, todas las cuales operan rentablemente. La altura de las pilas
es usualmente entre 6 y 8 metros. El mineral es previamente chancado a
-1/2" ó -3/8". En la práctica más convencional el mineral es previamente
curado con ácido y aglomerado en tambores de modo de producir un lecho de
buena permeabilidad gaseosa y mejorar la distribución de solución
percolante. Una alternativa también usada es la previa remoción de los
finos del mineral chancado, los que se derivan a procesos alternativos. Las
pilas se irrigan por goteo y/o aspersión con solución ácida recirculada
desde SX, con flujos de 10 a 30 lt/hr por metro cuadrado. Los períodos de
irrigación son combinados con períodos de reposo (irrigación detenida),
variando la duración de ambos según la planta. La solución cargada con
cobre se recolecta en tubos y/o carpetas recolectoras posicionadas
adecuadamente en la zona inferior de la pila. La fracción más importante de
la población bacteriana se encuentra retenida en el lecho de mineral, ya
sea adherida a la superficie de las partículas o presente en la solución
intersticial retenida capilarmente en los aglomerados.
Aereación
Para que una pila opere eficientemente en el lecho de mineral deben estar
presentes las 3 fases: sólido (el mineral), líquido (la solución
lixiviante), y gas (el aire). Solo de este modo se tiene una adecuada área
de interface gas/líquido para la transferencia de oxígeno a la solución y
la eficiente oxidación del ión ferroso en presencia bacterias. Está claro
que el inadecuado suministro de aire o solución en alguna zona del lecho
imposibilita el proceso de lixiviación localmente y contribuye a disminuir
la eficiencia del proceso.
En las primeras operaciones de lixiviación bacteriana en pilas se operó
utilizando solo aereación natural. En este caso el suministro de oxígeno al
seno del lecho mineral debería ocurrir por los siguientes mecanismos
principales: a) convección natural ascendente en los taludes de la pila; b)
convección natural ascendente en la base de la pila desde los tubos
recolectores de solución ubicados en la base de la pila; c) difusión de
oxígeno desde la superficie superior de la pila.
En la práctica se observó que la convección de aire desde la base se vió
inhibida por la formación de una zona de saturación de líquido en la base
de las pilas que baja fuertemente la permeabilidad gaseosa del lecho. Por
otra parte, la convección por los taludes sólo beneficia a la zona de
mineral cercano a estas superficies, lo que considerando las grandes
dimensiones de las pilas industriales, sólo representa una muy pequeña
fracción del mineral total acumulado en la pila.
De este modo, se tiene entonces que usando convección natural la principal
fuente de oxígeno es producto de la difusión de este elemento desde la
superficie superior del lecho de la pila (aunque una fracción de oxígeno
también entra como aire arrastrado por la solución de irrigación). De este
modo la pila presenta una zona superior del lecho bien aereada en donde se
centra la población y actividad oxidativa bacteriana. La parte inferior del
lecho, no oxigenada, se lixivia fundamentalmente en base de la lixiviación
química con el ión férrico generado en la zona superior aereada (ver
esquema en Figura 2). Este esquema de lecho zonalizado hace que la
concentración de hierro disuelto sea muy crítica, siendo necesario operar
con concentraciones sobre 7 g/l, ya que el grado de avance del frente de
reacción hacia la zona inferior del lecho crece con el aumento de su
concentración.
[pic]
Figura 2. Zonas de reacción producidas en pilas de biolixiviación aereadas
por convección natural.
Considerando la deficiente zonificación de la aereación obtenida al
usar convección natural, se introdujo el soplado de aire con
ventiladores a través de ductos auxiliares insertados en la base del
lecho, por sobre la zona de saturación. La empresa Girilambone
(Australia) fue la primera en reportar esta innovación, la que
resultó en aumentos notables en la velocidad de lixiviación y
recuperación final de cobre. Este aumento se debe a la mejor
distribución de oxígeno y de población bacteriana al interior del
lecho de mineral que se obtiene con esta metodología (ver Figuras 3 y
4).
[pic]
Figura 3. Concentración de oxígeno en el interior de una pila de
lixiviación operando con diferentes flujos de aire en la base del
lecho.
[pic]
Figura 4. Distribución de población de bacterias en el interior del
lecho de una pila operando con soplado en base del lecho. La población
está cuantificada en cuanto a la capacidad de consumo de oxígeno de
la población presente en 1 Ton de mineral.
Cuando hay una adecuada concentración de oxígeno y población de
bacterias al interior del lecho el requerimiento de concentración de
hierro en la solución lixiviante es menor, ya que el ion férrico es
continuamente regenerado en zonas cercanas al sulfuro y su difusión no
es factor controlante de la cinética de lixiviación de cobre. Se
estima que en estas condiciones se puede operar eficientemente con
concentraciones de hierro de 1 a 2 g/l.
Es importante señalar que desde el punto de vista operacional es
difícil obtener una buena distribución de oxígeno a lo ancho del lecho
de mineral, ya que los orificios de los tubos sopladores tienden a
obstruirse durante la operación. Sin embarfo, se han propuesto
diversas mejoras técnicas para subsanar esta dificultad que están
actualmente en proceso de evaluación en planta.
Optimización de la actividad oxidativa bacteriana
Para tener un impacto adecuado de la catálisis bacteriana la población
bacteriana debe ser suficientemente grande y activa como para mantener
el hierro disuelto como ión férrico. Poblaciones del orden de 108-109
bacterias/kg mineral se consideran usualmente valores adecuados. Sin
embargo, se ha observado que en la práctica operacional se puede
obtener valores mucho menores, lo que indica que no se han creado
condiciones para un adecuado poblamiento del mineral. A este respecto
hay que considerar que el proceso inicial de curado, en que el mineral
es expuesto momentáneamente a concentraciones de ácido del orden de 50
g/l puede tener un efecto inhibitorio sobre el crecimiento de
cualquier microflora inicialmente presente en el mineral. Una vez que
el mineral está en la pila es en parte colonizado por las bacterias
presentes en la solución lixiviante recirculante, acumuladas en los
ciclos anteriores. Sin embargo, este proceso puede ser lento ya que la
población sobrenadante recirculante es fuertemente reducida al paso de
la solución por SX. En algunos casos es recomendable evaluar la
inoculación adicional del lecho, la que se puede efectuar mediante la
irrigación de soluciones bacteriales crecidas en reactores ad-hoc o
incorporando en el lecho del mineral una fracción de los ripios ya
lixiviados, poblados con bacterias.
En las plantas de biolixiviación las soluciones lixiviantes circulan
en circuito cerrado entre las pilas y SX, siendo el único drenaje la
solución retirada como humedad contenida en los ripios lixiviados
retirados del circuito (aproximadamente 120 lt/ton mineral). Este tipo
de operación resulta en el aumento de la fuerza iónica de la solución
por acumulación de iones provenientes de la disolución de la ganga del
mineral.
El anión mayoritario es el ión sulfato (SO4=) y los cationes
mayoritarios son usualmente aluminio, hierro, magnesio, manganeso,
etc. Se ha comprobado que la actividad oxidativa bacteriana comienza a
ser parcialmente inhibida cuando las soluciones de sulfato están por
sobre 50 g/l. La inhibición es prácticamente completa si la
concentración de este ión sobrepasa los 100 g/l. La concentración
estacionaria de ión sulfato está determinada directamente por el
agregado de ácido al sistema, en particular el incorporado en la etapa
de curado. Del balance global del circuito se puede estimar, por
ejemplo, que si en el curado se agregan sólo 10 kg ácido/ton mineral,
la concentración estacionaria de sulfato en el circuito puede alcanzar
a 84 g/l. De este ejemplo se deduce la importancia de revisar las
necesidades de ácido en el curado, ya que el agregado indiscriminado
de este reactivo en esta etapa puede resultar en una sub utilización
del poder catalítico de los microorganismos lixiviantes en el proceso.
Control de la temperatura
La actividad oxidativa de los microorganismos lixiviantes es
fuertemente influenciada por la temperatura. Por ejemplo,
Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus thiooxidans crecen
de manera óptima a 20 - 25 °C y se sabe que su actividad decae
prácticamente un 50% por cada 7 °C de caída de la temperatura.
La temperatura dentro de una pila está generalmente determinada por
los siguientes factores principales: el clima local (temperatura
ambiente, radiación solar, velocidad del viento), velocidad de
evaporación, calor de reacción de los procesos oxidativos, temperatura
solución de irrigación, régimen y flujos de irrigación, velocidad de
aereación.
La evaporación es un aspecto particularmente importante en el balance
de calor de una pila y es afectado por factores como los flujos y
régimen de irrigación, temperaturas de la pila y las soluciones y por
las condiciones climáticas locales. La aereación, si bien es
recomendable dado su efecto positivo sobre la oxigenación y población
bacteriana del lecho, debe aplicarse con mesura dado el enfriamiento
que puede ocasionar la evaporación que produce en el interior del
lecho.
En la irrigación, la evaporación se puede minimizar usando el sistema
de drippers que evita el enfriamiento de las pilas incluso en climas
temperados. En la operación de Quebrada Blanca, por ejemplo, el
uso de drippers, el calentamiento del aglomerado, y conjugado con el
uso de aislamiento térmico de las pilas, resultó en una operación a 20
° C en una zona climática en donde la temperatura promedio es 5 °C.
La producción de calor asociada a la naturaleza exotérmica de las
reacciones de lixiviación puede ser significativa solo cuando
importantes cantidades de sulfuros se oxidan en períodos de tiempo
relativamente cortos. En este contexto, el contenido de pirita del
mineral tiene un rol determinante dado la gran exotermicidad asociada
a la oxidación de este sulfuro. También el uso de altas
concentraciones de sulfuro por unidad de lecho favorece la generación
de calor, como es el caso del proceso Geocoat que opera con pilas de
mineral enriquecidas con una capa superficial de concentrado. La
acumulación del calor generado en las reacciones de oxidación se puede
optimizar también si se controla adecuadamente la irrigación de
soluciones y la aereación. Trabajos de modelación han demostrado que
el alto de la pila es un factor que también ayuda a la temperatura de
las pila, encontrándose que esta aumenta con el cuadrado del alto de
la pila.
El control y optimización de la temperatura en pilas de biolixiviación
se está explorando particularmente en relación con la aplicación de
este proceso al tratamiento de minerales calcopiríticos, sulfuro que
se lixivia mas eficientemente con microorganismos termófilos. La idea
es que las pilas se calienten inicialmente en base a la acción
oxidativa de los organismos mesófilos, que operan a 20 - 30 °C. En la
medida que la temperatura de las pilas aumenta sobre 40 °C, los
mesófilos son desplazados por termófilos moderados que operan a 40 -
60 °C y oxidan ferroso y azufre. Los termófilos moderados pueden
desplazar eventualmente a los termófilos moderados si se llega a
temperaturas sobre 60 °C. El cálculo en base a modelos indica que la
temperatura que se alcance cuando se traten minerales calcopirita en
pilas solo será suficiente para activar a los termófilos moderados.
Sin embargo, la lixiviación con este tipo de microorganismo ya ofrece
una importante ventaja en relación a la operación con mesófilos a
temperatura ambiente, en la cual este mineral se pasiva obteniéndose
muy bajas recuperaciones.
Remining
Incluso cuando una pila opera eficientemente usando aireación forzada
a través de la base del lecho, los perfiles de concentración de cobre
en el mineral residual a lo alto del lecho indican que siempre hay una
menor recuperación en la zona inferior de la pila (ver Figura 5).
Este comportamiento se puede asociar en principio a la alta
concentración de cobre que hay en la solución lixiviante presente en
la parta baja de la pila, lo que inhibiría la remoción de cobre desde
el mineral por difusión. Para contrarestar este problema en varias
operaciones se practica exitosamente el remaining, procedimiento
mediante el cual mediante palas mecánicas el mineral que está
originalmente en la base de la pila se pone en la parte superior, para
luego continuar la irrigación.
Conclusiones
Con los criterios actuales de diseño y operación con esta tecnología
es posible recuperar desde estos minerales entre el 75 y 95% del cobre
contenido en períodos de lixiviación que oscilan entre 6 y 12 meses.
Sin embargo, en muchos casos las plantas operan con eficiencias por
debajo de las estimadas en las etapas de diseño. Para mejorar en forma
sistemática la eficiencia del proceso a nivel industrial se requiere
afianzar los criterios de diseño y operación del proceso. En
particular: a) se debe determinar más rigurosamente en el diseño de
cada operación las condiciones que permiten maximizar la actividad y
población de los microorganismos lixiviantes; b) la optimización del
suministro adecuado de oxígeno al lecho requiere de un mejor control
del proceso de aglomeración del mineral y de construcción del lecho de
la pila de modo de minimizar la formación de la zona de saturación.
[pic]
Figura 5. Perfil de recuperación de cobre a lo alto del lecho mineral
en una pila biolixiviada.
En el actual estado de desarrollo, la aplicación económica de esta
tecnología está restringida a minerales de cobre secundarios, es decir
aquellos en que predominan las especies minerales calcosina, covelina
y bornita, cuyas velocidades de lixiviación son suficientemente
rápidas en condiciones ambientales. En este tipo de minerales ofrece
una alternativa de tratamiento más económica y menos contaminante que
el proceso convencional de concentración-fusión. Sin embargo, la gran
limitación de la biolixiviación en pilas es que la tecnología actual
nos es aplicable para tratar económicamente minerales ricos en
calcopirita, un mineral muy refractario a la lixiviación en
condiciones ambientales y que es constituyente mayoritario en los
minerales sulfurados de cobre. De estudios de en reactores agitados
con concentrados de calcopirita, se sabe que este mineral puede ser
lixiviado en forma mucho más eficiente bajo la acción catalítica de
microorganismos termófilos -que operan a temperaturas del orden de 60-
80ºC. Por lo tanto, es interesante explorar la factibilidad de operar
las pilas de biolixiviación en condiciones de operación tales que
permitan activar el desarrollo de este tipo de microorganismos.
Finalmente hay que señalar que la biolixiviación, siendo un proceso
que incorpora aspectos biotecnológicos, requiere de incluir en su
diseño y operación los criterios conceptuales de la bioquímica y la
microbiología. Dado que estos conocimientos no forman usualmente parte
de la formación curricular de los ingenieros metalurgistas, químicos o
de minas que están a cargo de estos proyectos, es aconsejable
incorporar en los equipos de ingenieros también personal entrenado en
bioquímica y/o microbiología. Está comprobado que los equipos
multidisciplinarios en este campo son los que han permitido los
avances cualitativos en el desarrollo de las diversas tecnologías de
biolixiviación existentes.
-----------------------
Cu+2
T.f.
Figure 1. Cadena de transporte de electrones involucrada en la
biolixiviación de un sulfuro en presencia de iones Fe+2, Fe+3 y oxígeno.
(Solution)
O2 (air)
e-
CuxS
H2O
H+, O2
Fe+2
Fe+3
Lixiviación bacteriana o biolixiviación
Introducción La biolixiviación de minerales, concentrados y relaves sulfurados que contienen Au y Cu encapsulados es un concepto relativamente nuevo en comparación a los procesos de tostación, oxidación a presión y/o oxidación química, y rápidamente fue establecido como un pre-tratamiento alternativo de oxidación viable. 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 ión ferroso a ión férrico. El Thiobacillus Ferrooxidans es eficaz en ambiente ácido, aeróbico, móvil y quimioautotráfico y se presenta en forma de bastoncitos de 1-2 µn de largo por 0.5-1.0 µn de ancho, gran negativas. Presentan punto isoeléctrico entorno de 4.0 - 5.0 y se desenvuelven en el intervalo de temperatura de 28 - 35 °C. La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus Ferrooxidans es el ión Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre y sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismo a base de N, P, K, y Mg, Ca, como elementos de trazo. La biolixiviación de sulfuros como proceso biohidrometalúrgico involucra un conjunto de reacciones químicas, metabólicas, enzimáticas y no enzimáticas, en el cuál el mineral insoluble es oxidado y otros metales de interés son liberados en solución. Microorganismos y su aplicación en la biogeotecnología de metales Microorganismos y áreas de aplicación en hidrometalurgia Hasta ahora los siguientes procesos microbiológicos son de importancia en la hidrometalurgia.
a. Oxidación de sulfuros, azufre elemental y fierro ferroso.
b. Producción de compuestos orgánicos, peróxidos, etc. por microorganismos organotróficos, los cuales atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable.
c. Acumulación de elementos químicos o su precipitación por microorganismos.
Rol de la bacteria en la oxidación de Fe2, S° y sulfuros La oxidación de Fe3, S° y sulfuros esta mediada básicamente por las bacterias del género Thibacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus y Acidianus. Especialmente importante para la hidrometalurgia son las bacterias acidofílicas, a bajos valores de pH los metales son solubilizados y pueden eventualmente recuperarse como un producto comercial.
Oxidación de Fe2+, S° Tabla Nº 1. Microorganismos de importancia en Hidrometalurgia (Anexo) Ferroxidans y otras bacterias. La reacción de oxidación se realiza probablemente de acuerdo al esquema siguiente: bacteria 4Fe2 + O2 + 4H4 ----------> 4Fe3+ + 2H2O (1) DELTA G300°C = -38.0 Kj.mol-1 Esta reacción es importante para lixiviación de metales pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones; obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox en el medio.
Oxidación de los sulfuros La bacteria es capaz de oxidar los siguientes sulfuros Pirita y Marcasita (FeS2) Pirrotita (FeS) Chalcopirita (CuFeS2) Bornita (Su,FeS4) Covelita (Cu2S) Tetrahedrita (Cu8SB2S7) Enargita (3Cu2,S.AS2S5) Arsenopirita (FeAsS) Realgar (AsS) Orpimenta (As2S3)
Cobaltita (CoAsS) Petlandita (Fe,Ni)9S8 Violarita (Ni2FeS4) Bravoita (Ni,Fe)S2 Milerita (NiS) Polidimita (Ni3S4) Antimonita (Sb2S3) Molibdenita (MoS2) Esfalerita (ZnS) Marmatita (ZnS) Galena (PbS) Geocronita Pb5(Sb,As2)S8,Ga2S3
Mecanismos de oxidación bacterial de Fe2 +, S° y sulfuros La oxidación de Fe2+ y compuestos reducidos de azufre; por la bacteria es en extremo complejo y un proceso de múltiples etapas las cuales no han sido profundamente investigadas. Involucra la adhesión bacteriana a minerales, su destrucción, solubilización de azúfre, transporte de S°, Fe2+ o iones de otros metales hacia la célula y su oxidación. Como ha sido demostrado por la oxidación de la pirita, por T. ferrooxidans, el potencial electrodo mineral (EP) es considerablemente bajo mientras que el potencial redox del medio (Eh) es alto, produciendo un medio oxidante. En ausencia de bacterias, mientras EP de la pirita y Eh del medio tienen similares valores, la oxidación no se realiza. Este modelo ha sido también propuesto para otros minerales. En una mezcla de diferentes sulfuros formando parejas galvánicas la bacteria preferencialmente oxida a aquellos con un bajo EP, por ejemplo: sulfuroanodo. Obviamente, la dirección de oxidación microbiológica de los sulfuros coincide con la oxidación electroquímica. Por lo tanto puede ser considerado como un proceso electroquímico biológicamente intensificado o corrosivo. También un ataque bacteriano al sulfuro aumenta la deformación de la estructura cristalina facilitando el proceso de oxidación.
Ver tabla 3. (Anexo) Características de las bacterias oxidantes de Fe2+, S° y sulfuros Género Thiobacillus Pequeños bacilos gran negativos. Móviles por medio de un flagelo polar. No forman esporas, estrictamente aerobios (excepto Thiobacillus denitrificans, que es aerobio facultativo). T. ferrooxidans: es fácilmente aislado de los drenajes de las minas. Crecen sobre medio líquido con Fe2+ y Sulfuros, como en medio solido de sílica gel o poliacrilamida.
Características de Thiobacillus acidofílicos quimiolitoautotróficos obligados (Anexo)
Características de los Thiobacillus acidofílicos quimiolitoautotróficos facultativos (Anexo)
Características de las especies del género Sulfobacillus (Anexo)
Características de las especies del género Leptospirillum ferrooxidans (Anexo)
Características de los termoacidofílicos que participan en los ciclos del azufre y fierro (Anexo).
Otros heterotróficos contaminantes de T. ferrooxidans
Asociación sintrófica de bacterias fierro y azufre oxidantes
Composición de medios nutrientes Aislamientos sucesivos de nuevos y ya conocidos microorganismos activos en el proceso biogeoquímico y una alta velocidad de lixiviación de metales depende de la calidad del medio nutritivo. A continuación veremos la composición de los medios nutritivos probados para el aislamiento y cultivo de los microorganismos más importantes en la biogeotecnología de metales. Métodos de enumeración de microorganismos
Método de dilución en serie Este método es el más antiguo de todos. Aún es muy usado para numerar células viables de microorganismos autotróficos y heterotróficos. Con la finalidad de obtener la dilución final (1010) se usa el medio nutritivo adecuado en vez del agua. En la práctica para enumerar bacterias en 1 ml de solución ó 1 gr de mineral se usan tablas basadas en la variación estadística de métodos. Enumeración de colonias Las colonias son obtenidas por inoculación de medio sólido o por fijación sobre un filtro de membrana después de filtración. El número óptimo de colonias estimadas por placa está entre 30 - 300. Enumeración usando un microscopio La enumeración directa de células es realizada en porta-objetos al microscopio o usando diferentes tipos de cámaras de conteo, por ejemplo: Thoma, Petrov, Hauser, etc. A continuación detallaremos varios métodos modernos para enumeración de T. ferrooxidans. Estos métodos son viables para numerar a estas bacterias sino también para numerar diferentes especies de thiobacillus. Esto es en extremo importante ya que el mismo medio puede ser usado para cultivar bacteria de diferente taxonomía haciendo difícil su identificación.
Método indirecto de tinción de anticuerpos fluorescentes Este método viable para la identificación de T. ferrooxidans es un medio mixto de varias horas. Para lo cual se necesita:
a. Filtros del tipo policarbonato;
b. Suero de conejo FITC conjugado comercialmente viable.
c. Suero de conejo anti-T.ferrooxidans sin purificar.
Determinación de la actividad bacterial Determinación la fijación de CO2 La actividad del crecimiento bacteriano de los quimiolitoautotróficos en botaderos, tanques de lixiviación puede ser determinado por la intensidad de fijación de CO2. Describiremos algunos ejemplos de la aplicación de este método. Agua ácida de mina conteniendo bacterias y Fe2+ (volumen de muestra 10 ml) es colectada y colocada en frascos de 12 - 15 ml y selladas con tapas de goma. Otros métodos de determinación de actividad bacterial En la lixiviación de botaderos y módulos es posible determinar la velocidad de oxidación bacterial del Fe2+ solo en la solución. La actividad de las bacterias oxidantes de Fe2+ en soluciones se ha demostrado, no ser siempre favorable, y el número de células es frecuentemente bajo variando de 2.5 x 104 a 2.5 x 106 células/ml. La muestra de agua también difieren en actividad bacterial. Por lo tanto, la eficiencia de oxidación de Fe2+ debe ser determinada en diferentes lugares de la operación de lixiviación. Muestras de agua de mina (30 ml) son colocadas en un frasco Erlenmeyer de 100 ml, cubiertos con papel de aluminio y las muestras son colocadas en su temperatura natural. Fundamentos electroquímicos de la biolixiviación La bacteria del tipo "Thiobacillus" además de propiciar la formación de sulfato ferroso, azufre elemental y compuestos solubles de azufre inorgánico, también puede oxidar muchos minerales sulfurados utilizándolos como donadores de electrones. Simultáneo al proceso de oxidación, la bacteria utiliza el CO2 como su fuente de carbono. Electroquímica de minerales sulfurados Los minerales nobles son los menos suceptibles a oxidación y por ende los más activos son fácilmente oxidables. Cuando dos sulfuros entran en contacto con un
medio lixiviante se establece una celda galvánica dentro de la cual el sulfuro más activo se corroe mientras que el más noble se protege catódicamente. La energía para el proceso de disolución galvánica es la diferencia de potencial entre el par galvánico, mientras que la velocidad de oxidación anódica es la corriente galvánica que fluye a través de este circuito. Influencia del potencial y pH El potencial de oxidación, Eh, de un sistema de lixiviación es tan importante como el potencial de reposo. Debe existir una gradiente entre el potencial (Eh) del medio y el potencial de los sulfuros para que produzca una disolución. Los dos parámetros más importantes que controlan las reacciones de biolixiviación son el potencial y el pH puesto que influyen directamente en la actividad metabólica de la bacteria. Mecanismos de reacción electrobioquímicos Las probables reacciones involucradas en la biolixiviación de sulfuros complejos son: 1. Pb - Zn - Cu: ZnS = Zn2+ + 2e- + S° (Oxidación anódica de la esfalerita) PbS = Pb2+ + 2e- + S° (Oxidación anódica de la galena) (PbSO4 precipita en un medio biolixiviante) CuFeS2 = Cu2+ + Fe2+ + 4e- + S° (Oxidación anódica de la chalcopirita) O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(Reducción catódica del oxígeno en la superficie de los minerales más nobles, tales como pirita y chalcopirita) La oxidación de la esfalerita será una reacción prominentemente anódica, mientras que la reacción anódica de la chalcopirita sucede solamente si ésta entra en contacto con la pirita. 2. Cu - Ni - Fe; FeS = Fe2+ + S° + 2e- (Oxidación anódica de la pirrotita) (FexNi1-x)9S8 = 9xFe2+ + 9(1-x)Ni2+ + 8S° + 18e- (Oxidación anódica de la pentladita) La reacción total generalizada puede expresarse de la siguiente forma:
2MS + O2 + 4H+ = 2M2+ + 2S° + 2H2O El azufre elemental producto de la oxidación anódica se acumula en la superficie lixiviada y puede actuar como una barrera difusional disminuyendo la velocidad de lixiviación. Adosamiento bacteriano y mejoramiento de cepas Los siguientes factores deben tomarse en cuenta para un proceso de biolixiviación eficiente en el tratamiento de minerales complejos.
a. El adosamiento bacteriano en áreas selectivas de los sulfuros y el ataque directo.
b. Uso de cepas especialmente adaptadas a minerales específicos y tolerantes a metales.
c. Uso de bacterias genéticamente preparadas.
El adosamiento bacteriano a superficies minerales ha sido estudiado ampliamente, microfotografías demuestran que la mayor parte de las bacterias se encuentran en el sustrato sólido fuertemente adosadas. Tratamiento de minerales refractarios de oro Minerales refractarios o más apropiadamente, minerales problema, se presentan en diferentes formas. Estas incluyen al oro químicamente combinado (teluros), oro encapsulado o finamente diseminado en minerales sulfurados: pirita y principalmente arsenopirita; y el oro lixiviable pero que es readsorbido en materiales carbonosos que contiene el mineral. El oro encapsulado o finamente diseminado en minerales sulfurados es el mas común existiendo numerosos depósitos alrededor del mundo con esta problemática: Campbell Red Lake Mines, The Giant Yellowknife Mines, Dickenson Joint Venture y The Kerr Addison Mines en Canadá, otros depósitos incluyen Cortez, Getchell, y McLaughlin, Carlin, Bald Mountain, Jardine y Mercur Mines en U.S.A., Dacasun, Mindyak y Kazakhstan en U.S.S.R., Barberton, Eastern Transval y Witwatersrand en South Africa, Pórgera en Pagua New Guinea, y otros depósitos en Australia, Brasil y Perú. Procedimientos técnicos de recuperación del Au a partir de mineraleds
refractarios Cuando el oro es encapsulado o asociado con sulfuros, su procesamiento generalmente comienza con flotación de un concentrado. Actualmente existen tres alternativas para el tratamiento de estos productos: tostación, lixiviación a presión y lixiviación bacteriana. Concentración por flotación Los relaves provenientes de la flotación de valores polimetalicos: Pb-Ag y Zn, son previamente acondicionados para posteriormente flotar los valores de Py y Aspy auríferos. La obtención del concentrado Aspy es factible por 2 métodos de Flotación Diferencial: 1ero. A partir del concentrado Bulk Py-Aspy, flotando la Py deprimiendo la Aspy con Na2S(sulfuro de sodio), el Concentrado Aspy viene a ser las colas de la flotación Py. 2do.A partir del Relave Final, por Flotación Diferencial Directa, flotando 1ro la Py y deprimiendo la Aspy co n Na2S, para posteriormente acondicionar y flotar los valores de Aspy. Apéndice: Ecuaciones usades para usadas para los cálculos de biolixiviación
1. Cambio de masa durante biolixiviación
2. Adición de ácido para estabilizar la pulpa de biolixiviación.
3. Consumo de cal durante biolixiviación
4. Cantidad neta de ácido generado/consumido durante la biolixiviación.
5. Remoción de sulfuros
6. Disolución de cobre
--- El autor cuenta con el trabajo completo e intercambia temas afines También cuenta con otros trabajos de diferentes especialidades de ingeniería: patentes, EIA, química, contaminación ambiental, industria alimentaria, etc. --- Jorge Humberto M. [email protected] [email protected]
Autor: Jorge Humberto | Area: Riesgos Laborales
Título: Lixiviación bacteriana o biolixiviación | Fecha de publicación: 18/01/2002 14:59:12 Etiquetas: MINERALES y OXIDACIÓN
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