lixiviacion microbiana.pptx
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• Montesinos Vilcapaza , Mayte de la flor 08-32407
• Huayta Osco , Yuly Maribel 08-32408
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
FACULTAD DE CIENCIAS ESCULA DE BIOLOGIA Y MICROBIOLOGIA
LIXIVIACION MICROBIANA
INTEGRANTES :
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
• Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947
Thiobacillus ferrooxidans
• Determinando que era el responsable de la oxidación de los minerales sulfurados que contenían el metal rojo
Acelerando su lixiviación desde minerales de baja ley.
Las bacterias liberan fuerzas químicas y biológicas
Refuerzan en un plan común que explota la biotecnología
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
Figura 1: Biolixiviación en biorreactores Tanque aireados y agitados
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
• Disciplina que estudia y aplica la utilización de M’os para facilitar la extracción y recuperación de metales
Desde yacimientos (conteniendo hierro y/o sulfuros)
Concentrados sulfurados en pilas o biorreactores.
BIOMINERÍA
Económico ( costo-eficacia).
Amigable al medio ambiente.
VENTAJAS
• Aplica a procesos con yacimientos de baja ley de metales.
• Proceso muy antiguo que a la actualidad ampliamente es usado en la industria minera.
VENTAJAS
Figura 2 : Kasese planta (Andy Carter, Wardrop)
Figura 3 : Método de un proceso tradicional Zammit y cols ( 2010).
La Biominería aplica la biotecnología a la industria minero metalúrgica en tres bioprocesos :
Biolixiviación
Biooxidación
biomineralización
BIOMINERÍA
Para lograr la purificación de metales .
Se necesita el empleo microorganismos específicos con variaciones con el sustrato y los productos.
Aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.
BIOMINERÍA
BIOMINERÍA IMPLICA
Figura 4: Planta donde se realiza biolixiviacion
BIOMINERÍA
BIOMINERIA
BIOLIXIVIACION
BIOOXIDACION
BIOMINERALIZACION
Es una tecnología que emplea bacterias especificas
Para lixiviar, o extraer, algún metal de valor
Como ejemplo uranio, cobre, zinc, níquel y cobalto presente en las menas o en un concentrado mineral.
BIOLIXIVIACION
• Como producto final de la biolixiviación
Se obtiene una solución ácida que contiene el metal valor en su forma soluble.
BIOLIXIVIACION
Figura 5: Microorganismos que pueden realizar biolixiviacion
BIOLIXIVIACION
• Es un proceso natural de disolución que resulta de la acción de un grupo de M’os con habilidad de oxidar minerales sulfurados.
Permitiendo la liberación de los metales contenidos en ellos.
BIOLIXIVIACION
• Mecanismo por el cual los microorganismos o sus productos atacan o se adhieran al mineral
Son para lograr la solubilización de metales
Generando ion férrico ( Fe3+) y ácido (H2SO4).
BIOLIXIVIACION
Figura 6: Solubilización de metales generando ion férrico ( Fe 3+) y ácido (H2SO4).
BIOLIXIVIACION
Fuente : M. Semenza, 2000.
CUADRO 1: Bacterias asociadas a la lixiviación de minerales
BIOLIXIVIACION
• Mecanismo por el cual los microorganismos descomponen la matriz del mineral y permiten exponer el metal atrapado
Para lograr que un agente químico (cianuro) potencie su proceso de extracción.
Ejemplo : Leptospirillum , Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus thiooxidans .
BIOLIXIVIACION
• A diferencia de la biolixiviación
No se produce férrico y ácido
Microorganismos no solubilizan el metal.
BIOOXIDACION
pH ácido
Antes Después
ORO
Figura 7: Proceso de biooxidación
BIOOXIDACION
• La Biooxidación involucra el pretratamiento que realizan las bacterias .
Minerales/concentrados refractarios de oro (arsenopirita, pirita)
Permitiendo que el valor metálico permanezca en la fase sólida ( insoluble)
BIOOXIDACION
Para ser recuperado a través :
Cianuración
Donde la solución es descartada previo tratamiento (neutralización).
BIOOXIDACION
Figura 8: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):
BIOOXIDACION
Figura 9: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):
BIOOXIDACION
Mecanismo por el cual se degradan y/o digieren los minerales por acción de los microorganismos.
Enzimas o sus asociaciones: biopelículas
Hasta formar nano partículas ( 10 nm)
BIOMINERALIZACION
Hasta formar nano partículas ( 10 nm)
Presentan fases en solución con producción de coloides.
En cuya matriz nano bioorgánica pueden presentarse compuestos como Exopolisacáridos (EPS), cápsulas orgánicas.
BIOMINERALIZACION
pH ácido
Antes Después
Bacteria
Nano partículas de mineral
EPS
Figura 10: Proceso de biomineralización
BIOMINERALIZACION
ASPECTOS
MICROBIOLÓGICOS
ADAPTABILIDAD
OBTENCION DE ENERGIA
MEDIO AMBIENTE
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
Las bacterias junto con las cianobacterias (algas verdeazules) son organismos unicelulares inferiores.
Se ven compensadas por la inmensa diversidad de características metabólicas y por su gran adaptabilidad.
ADAPTABILIDAD
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
Organismos quimiolitótrofos
Obtienen su energía mediante la oxidación de materiales inorgánicos .
Autótrofos
Utilizan el CO2 del aire como única fuente de
carbono (autótrofos obligados).
OBTENCION DE ENERGIA
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
LIXIVIACIÓN AUTÓTROFOS
Los quimiolitotrofos, fijan el CO2 y obtienen energía de metales ferrosos o compuestos de azufre reducido que resulta en la producción de Fe(III) y H2SO4.
M’os involucrados en lixiviación autótrofos Bacterias Azufre oxidantes, por ejemplo, Thiobacillus thiooxidans. Bacterias oxidantes de azufre y de hierro, Leptospirillum
ferroxidans.
Proceso Biomining (escala industrial) Minerales de cobre y uranio de bajo grado son lavados para
extraer los metales. M. refractarios de oro son lavados para eliminar Arsenopirita
antes de la cianidación convencional. bacteria utilizada es mesofílica, operan a 30 ºC o leve termófilos 45 ºC.
Los heterótrofos
Obtienen metabolizando compuestos orgánicos.
Algunos heterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos en determinadas condiciones (autótrofos facultativos).
OBTENCION DE ENERGIA
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
LIXIVIACIÓN HETERÓTROFOS Muchas especies de hongos se utilizan para lavar metales de desechos
industriales, minerales de baja ley y otros minerales. Lixiviación Heterótrofos por hongos se produce como resultado de varios
procesos Reflujo de protones. Producción de sideróforos. Producción de ácido orgánico.
Inmovilización
Utilización de metales solubles e insolubles por la adsorción. En las células vivas la actividad metabólica puede influir Bioadsorción debido a cambios en: pH Sustancias Orgánicos e inorgánicos de nutrientes Metabolitos en el entorno celular.
Una vez dentro de las células, metales pueden ser enlazadas, precipitados, localizados dentro de estructuras celulares intra o orgánulos o translocados a estructuras específicas.
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos característicos de temperatura.
Ejemplos :
Algunas, las criófilas, en frío (< 20°C)
Mesófilas, en caliente (20-40°C)
MEDIO AMBIENTE
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
Termófilas moderadas
En un medio más caliente (40-55°C)
Algunas, las termófilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55°C).
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
MEDIO AMBIENTE
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
CLASIFICACION
Los M’os acidófilos importantes en biolixiviación se clasifican en tres grupos:
Tipo de M’os Genero
• MESOFILOS
•TERMOFILOS MODERADOS
• TERMOFILOS EXTREMOS
Thiobacillus y Leptospirillium
Sulfobacillus
Sulfolobulos acidanusMetalodpahera ySulfurococcus
CLASIFICACION
METABOLISMO BACTERIANO
•QUIMIOHETEROTROFO
•QUIMIOAUTOTROFO
•FOTOHETEROTROFO
•FOTOAUTOTROFO
Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de carbono Y a su vez, este mismo compuesto es la
fuente de energía.
La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de este grupo.
QUIMIOHETEROTROFO
METABOLISMO BACTERIANO
QUIMIOHETEROTROFO
Figura 11: Proceso de organismos quimiheterotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos Como fuente de energía y el CO2 como
fuente de carbono.
Nitrobacter, Thiobacillus.
QUIMIOAUTOTROFO
METABOLISMO BACTERIANO
QUIMIOAUTOTROFO
Figura 12: Proceso de organismos quimioautotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono.
Rodospirillum y Cloroflexus.
FOTOHETEROTROFO
METABOLISMO BACTERIANO
FOTOHETEROTROFO
Figura 13: Proceso de organismos fotoheterotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono.
Bacterias purpureas.
FOTOAUTOTROFO
METABOLISMO BACTERIANO
FOTOAUTOTROFO
Figura 14: Proceso de organismos fotoautotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Fuente: Esparza,M y cols 2001.
METABOLISMO BACTERIANO
CUADRO 2 : METABOLISMO BACTERIANO
LA BIORREMEDIACIÓN
Llevada a cabo mediante la biotransformación, ya que los metales no son cptos biodegradables.
Bioacumulación y biosorción.
R. redox catalizadas
biológicamente.
Solubilización catalizada
biológicamente.
retención de metales en el citoplasma
inmoviliza los iones metálicos de carga +
B. reductoras de metales, reducen por enzimática directa
Biosorbidos (directa) y coprecipitado (indirecta).
LA BIORREMEDIACIÓN
Figura: interacción entre metales y microorganismos.
Fuente: Ledin, 2000.
Biolixiviación (movilización microbiana de metales)
Acidithiobacillus ferrooxidans
• “acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido
• “thio” porque es capaz de oxidar compuestos de azufre
• “bacillus” porque tiene forma de bastón.
• “ferrooxidans”, porque además puede oxidar el hierro .
Se alimentan principalmente de 2 impurezas
Azufre
Hierro
Acidithiobacillus ferrooxidans
COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA
CO2+ [Fe/S]
CO2+ [Fe/S]
Medio ambiente aeróbico
A.ferrooxidans
Figura 15: Ciclo de Calvin
CO2+ [Fe/S]
COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA
Figura 16: Reacciones
VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIANA
•Requiere poca inversión de capital
Las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas acidas de minas.
• Bajos costos de operación en comparación con los procesos convencionales.
• Ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.
• Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones.
• La técnica de oxidación bacteriana
Permite el tratamiento de minerales sulfurados auríferos
Se fundamenta en la acción efectiva T. ferrooxidans
VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIANA
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Leptospirillum ferroxidans
•Leptospirillum ferriphilum
•thermoferrooxidans
•Thiobacillus ferrooxidans
Figura 17: Leptospirillum ferroxidans
OXIDANTES DEL HIERRO
•Acidithiobacillus thiooxidans
•At. Caldus
•Hydrogenobaculum acidophilum
•Iron- and sulfur –oxidizers
•Thiomonas cuprina
OXIDANTES DEL AZUFRE
Figura 18: Acidithiobacillus thiooxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Acidocella spp.
REDUCTORES DE HIERRO
Figura 19: Acidocella spp
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Ferrimicrobium acidiphilum
•Ferroplasma acidiphilum
•Fp. Acidarmanus
•Acidimicrobium ferroxidans
REDUCTORES/OXIDANTES DEL HIERRO
Figura 20: Acidimicrobium ferroxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Acidithiobacillus ferroxidans
•Alicyclobacillus spp.
•Sulfobacillus spp.
OXIDANTES/ REDUCTORES DEL AZUFRE U HIERRO
Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
LIXIVIACION MICROBIANA
Acidithiobacillus ferrooxidans
Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans
• Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a partir de minerales
En general, pertenecientes al género Acidithiobacillus.
Acidithiobacillus ferrooxidans
Presenta forma bacilar, gram negativas, de 0.5 a 1.7um,aerobio, acidofilo , temperatura (25-35ºC)
Capaz de oxidar compuestos inorgánicos como iones ferroso y azufre
Acidithiobacillus ferrooxidans
• Es considerada como el mayor contribuyente en la producción de aguas ácidas que drenan de depositos de metales sulfurados
Gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando soluciones ácidas de sulfato férrico.
Acidithiobacillus ferrooxidans
Figura 21: Bacteria biolixiviante Acidithiobacillus ferroxidans
Acidithiobacillus ferrooxidans
LIXIVIACION MICROBIANA
Leptospirillum ferrooxidans
Figura 22: Espiral de células de ferrooxidans Leptospirillum.
Leptospirillum ferrooxidans
• Son vibriones en forma de espira
Móviles por la presencia de un flagelo polar simple.
• Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energética.
• Las colonias sobre silica gel son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de fierro férrico.
Son aerobios estrictos y quimioautotróficos obligados.
Leptospirillum ferrooxidans
LIXIVIACION MICROBIANA
Thiobacillus thiooxidans
Figura 22: Thiobacillus thiooxidans
Se lo puede encontrar en depósitos de azufre y sulfurosos
Desde donde es fácil aislarlos.
Se caracteriza porque sólo es capaz de oxidar azufre.
Thiobacillus thiooxidans
Desarrollan a temperatura 5ºC-40ºC, a un pH en el rango de 0.6 a 6.0
Siendo el óptimo 2.5.
Son aerobios estrictos.
Thiobacillus thiooxidans
LIXIVIACION MICROBIANA
Thiobacillus acidophilus
Figura 23 : Thiobacillus acidophilus
Aislado por primera vez por Markosyan en 1973 a partir de minerales
Describiéndolo con el nombre de T. organoparus.
Forma bacilar, son aerobios estrictos, oxida azufre
Utiliza compuestos orgánicos
Thiobacillus acidophilus
LIXIVIACION MICROBIANA
Sulfolobus
Figura 24 : Sulfolobus
Son bacterias gram negativas, que se presentan como células esféricas, con lóbulos, inmóviles, y la ausencia de flagelos y endosporas.
Su pared celular carece de mureina.
Sulfolobus
Control de los factores
Efecto sobre el desarrollo y crecimiento de las
bacterias es importante en el proceso de
lixiviación bacteriana
Como el pH, la presencia de oxigeno, la
temperatura, la influencia de la luz, entre
otros .
LIXIVIACION MICROBIANA
DESARROLLO BACTERIANO
En general :
T. ferrooxidans, desarrollan bien en medios
ácidos 1.5 a 2.5
Thiobacillusm TH2 y TH3 se desarrollan a un
PH 6.0
DESARROLLO BACTERIANO
PH
DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
CUADRO 4: PH ADECUADO
La disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción de metales por bacterias.
No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado en ambientes de lixiviación.
OXÍGENO Y CO2
DESARROLLO BACTERIANO
El dioxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.
OXÍGENO Y CO2
DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO
CUADRO 5: FUENTE DE CARBON
Los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los iones ferroso y azufre inorgánico.
El fierro ferroso debe ser suplementado al medio cuando se trata de medios sintéticos.
FUENTE DE ENERGÍA:
DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO
CUADRO 6: FUENTE ENERGETICA
La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de Thiobacillus
Pero el fierro férrico ofrece alguna protección a los rayos visibles.
LUZ
DESARROLLO BACTERIANO
El rango sobre el cual se desarrrollan se encuentran entre 25ºC y 35ºC.
Temperatura
DESARROLLO BACTERIANO
DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
CUADRO 7: TEMPERATURA
Fuente : Dr. Maros Monroy . Curso de Geologia y Medio Ambiente
La literatura señala que los niveles de tolerancia de las bacterias para ciertos metales es :
Zn+2 = 15 -72 g/l Ni+2 = 12 - 50 g/lCu+2 = 15 g/l Ag+ = 1ppb UO2
+2 = 200 - 500 mg/l, entre otros.
PRESENCIA DE INHIBIDORES
DESARROLLO BACTERIANO
CUADRO 8: DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO
El cultivo debe asegurar que siempre haya suministro de fuentes energéticas , fuentes de carbono y fuente de Nitrógeno, oxígeno . Todo debe estar a pH ácido y en agitación constante (180 RPM) para asegurar la homogenización de los nutrientes.
DESARROLLO BACTERIANO
El cultivo en laboratorio debe homologar las condiciones del ambiente natural
DESARROLLO BACTERIANO
Nitrógeno
Energía
Oxigeno
Carbono
TABLA 1 : Medio líquido 9K para A. ferrooxidans
Fuente : Esparza, M. 2010
Crecimiento: Incremento ordenado de todos los elementos componentes del sistema .
Condiciones :
Valores cercanos a la neutralidad son inhibitorios del crecimiento
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
PH
Las temperaturas bajas y altas aletargan el crecimiento
Valores altos de radiación causan daño genético a la células generando disminución en el crecimiento poblacional
TEMPERATURA
RADIACION UV
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
Este factor permite incrementar la homogenización y repercute en un aumento de las tasas de crecimiento
Esencial para asegurar la biooxidación y ayuda a la obtención de energía celular (ATP) útil para la fijación de carbono y producción de biomasa celular
AGITACION
AIREACION
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
TABLA 2 : INHIBIDORES DEL CRECIMIENTO EN A. ferooxidans
Fuente : Fernández, R.
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
Los iones cloruro afectan los A. ferroxidans. Las bacterias serían inhibidas a bajas concentraciones y no es posible adaptarlas a mas altas concentraciones.
Las bacterias en contacto con 2.5 g/l de NaCl se afetan , pero 10 g/l del ión sodio las afectan.
EFECTO DEL NACL
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
Se ha sugerido :
A. ferroxidans no tiene una bomba de cloruro.
El cloruro causaría destrucción de la integridad de las capas más externas de las células
EFECTO DEL NACL
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
Figura 26 : Bacterias lixiviantes tolerantes al NaCl
Brindan protección frente a factores físicos, químicos y biológicos.
La adición de extracto de levadura promueve el desarrollo de Ferroplasma thermophilum
La glucosa ha permitido el crecimiento de A. ferrooxidans
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
BIOLELÍCULAS
SUSTRATOS ORGÁNICOS
EL uso de levaduras como Rhodotorula mucilaginosa
Incrementa el rendimiento de biooxidación de A. ferrooxidans
PRESENCIA DE HETERÓTROFOS
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
Co-Cultivos de A. ferroxidans en presencia de otras bacterias su crecimiento y fijación de carbono .
Acidiphilium Acidophilum.
Permiten la adherencia de la células a los minerales y diversos soportes .
EPS
CULTIVOS MIXTOS
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La presencia de agitación, aireación, pH y temperatura contraladas ha permitido el crecimiento y ha optimizado el proceso de recuperación de metales como el oro (sistema BIOXTM) .
EL USO DE BIORREACTORESOS MIXTOS
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
Los EPS estan formados por polímeros de glúcidos ( glucosa , galactosa) con proteínas asociadas a membrana celular y tienen capacidad de absorber hierro . Estos EPS le confieren la célula la función de adherirse al mineral; así como, a otras células de la misma especie o de otros dominios.
Exopolisacáridos ( EPS) en A. ferrooxidans
Figura 27: Microfotografia TEM de las bacterias A. ferrooxidans (a) celula individual libre de EPS, (b) celula individual con EPS
La formación de la biolelículas tiene como función brindar un sustrato
Que permite a otros microorganismos asentarse y realizar su metabolismo
También brinda protección ante factores físicos adversos permitiendo aumentar la sobrevida .
La formación de biolelículas
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La aplicación de estas biolelículas es importante
Para lograr mayor rendimiento de obtención del metal y a la vez permite reusar la biomasa para otro proceso.
La formación de biolelículas
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La formación de biolelículas
Figura 28: Formación de bioleliculas
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
LIXIVIACION MICROBIANA MECANISMO DE LIXIVIACION
LIXIVIACION INDIRECTA
LIXIVIACION DIRECTA
LIXIVIACION MIXTA
LIXIVIACION POR CONTACTO
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATO
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO
OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE
LIXIVIACION COOPERATIVA
Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa e indirecta.
Lixiviación Indirecta
Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son:
Pirita FeS2 + 3.5 O2 + H2O Ô FeSO4 + H2SO4 ............... 1
2 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 Ô Fe2(SO4)3 + H2O ............... 2
MECANISMO DE LIXIVIACION
El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados.
Es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica
MECANISMO DE LIXIVIACION
Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 Ô CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 Sº ......... 3
Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 Ô 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 Sº ....... 4
El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 2).
El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans según:
MECANISMO DE LIXIVIACION
2 Sº + 3 O2 + 2 H2O Ô 2 H2SO4 ................. 5
Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.
MECANISMO DE LIXIVIACION
Lixiviación Directa:
Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente.
MS + 2 O2 Ô MSO4 .................donde M representa un metal bivalente.
Pirita 2 FeS2 + H2O + 7.5 O2 Ô Fe2(SO4)3 + H2SO4 ...... 7
Chalcopirita 2 CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 Ô 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O ..8
MECANISMO DE LIXIVIACION
Dado que el fierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural
Es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.
MECANISMO DE LIXIVIACION
MECANISMO DE LIXIVIACION
Fuente : Dr . Edgardo Donati CINDEFI – Argentina
MECANISMO DE LIXIVIACION
Fuente : Dr . Marcos Monroy . Curso de geologia y Medio Ambiente
Lixiviación Directa:
Figura 29 : Mecanismo directo e indirecto de la acción bacterial
MECANISMO DE LIXIVIACION
Los iones ferrosos son oxidados por la transferencia de su electrón a la terminal citocromooxidasa en la membrana citoplasmática.
La oxidación bacteriana del azufre de los minerales sulfurados se realiza a través de la acción de la enzima sulfurooxidasa.
OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE
MECANISMO DE LIXIVIACION
FeS2
Th F
Th F
Th F
Th F
Thiobacillus ferrooxidans
O2
CO2
1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERAL ES NECESARIO.
2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2
FeS2Th F
Th F
Th F
Thiobacillus ferrooxidans
Fe2
SO4
3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES
FeS2Th F
Th F
Th F
Th F
4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS
Th F
Th F
Th F
Th F
CuS
Fe 3
1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE
Cu 2
SO4
2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2
Y SULFATO
Fe 2
Th F
CuS
Fe 2 Th F
CO2
O2
3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3
Th F
CuS
Fe 3
4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO
APLICACIÒN EN LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOS
Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacterial.
Dando lugar a la producción sulfatos solubles.
Para sulfuros refractarios de oro y metales del grupo del platino, el ataque bacterial resulta siendo un pretratamiento.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Oxidación de la Pirita
• La pirita (FeS2) es un sulfuro ampliamente distribuido y se lo puede hallar en asociación con muchos metales
Como cobre, plomo, zinc, arsénico, plata, oro, entre otros.
• Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico .
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Figua 30: Oxidación de sulfuros por T. ferrooxidans
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
TEMPERATURA OPTIMA DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA.
Se propone usar: Archaeabacteria hipertermofilica acidofilica
Usan como fuente de energía SMBL a Tº ↑de 80ºC. Viven en ambientes extremos.
Se les asocia con la oxidación de compuestos inorgánicos de S en zonas volcánicas terrestres y marinas (Sánchez-Yáñez y Farias-Rodríguez, 2002).
Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotación de SMBL (Kashefi y Lovley, 2000).
↑Tº por la bacteria
Al oxidar el S.
Tº max. ox. No ↑a 35ºC.
Tº óptimo 25 y 35ºC.
Tº ↑45ºC muere.
Calor en crecimiento.
Sulfuros de Cobre• La oxidación biológica de sulfuros de
cobre ha sido el proceso más estudiado.
El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre (CuSO4).
La chalcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
A nivel industrial, la tecnología ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Perú, etc.).
Bajo la influencia de T. ferrooxidans la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico.
Sulfuros de Cobre
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Sulfuros de Metales Preciosos
• La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro
Principalmente, pirita y/o arsenopirita
En la que se encuentra "atrapada" la partícula aurífera,permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• En el Perú la tecnología es aplicada en el Proyecto Tamboraque de Minera Lizandro Proaño, para recuperar oro contenido en arsenopirita.
2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Ù Fe2(SO4)3 + 2 H3AsO4
Sulfuros de Metales Preciosos
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Figura : Como el oro se encuentra en la naturaleza
Sulfuros de Zinc
• La acción bacterial de sulfuros de zinc también ha sido evaluada, y aunque no se conoce de plantas comerciales su aplicación tiene un enorme potencial.
• La marmatita es el sulfuro de zinc más fácil de oxidar, influenciado enormemente por la presencia de fierro.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Sulfuros de Plomo
• La lixiviación bacterial de galenita origina la formación de PbSO4 que es insoluble en medio ácido
Característica que puede ser empleada en la separación de algunos valores metálicos acompañantes en una mena de plomo.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Sulfuros de Níquel
• El níquel es lixiviado a partir de sulfuros (pentandlita y milerita) y de menas de fierro en presencia de T. ferrooxidans de 2 a 17 veces más rápido que el proceso netamente químico.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Sulfuros de Antimonio
• Se conocen de algunos trabajos que reportan la habilidad de T. ferrooxidans de oxidar antimonita (Sb2S3) a pH 1.75 y a 35ºC.
• También se reporta la capacidad de B. thioparus y T. thiooxidans de oxidar este sulfuro.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Sulfuros de Metales Raros
• Los metales raros se presentan en la parte cristalina de muchos sulfuros o silicatos.
• Para liberarlos es necesario oxidar los sulfuros o destruir la matriz de silicato.
Bacterias del grupo de Thiobacillus
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
La presencia de azufre en las menas de carbón constituye un contaminante, cuya eliminación se presenta como un problema.
La oxidación biológica de la porción piritosa o sulfurada permitirá eliminar el azufre presente.
DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN
Emplear a T. ferrooxidans.
También es posible emplear bacterias termófilas del género Sulfolobus en la desulfurización de las menas de carbón.
DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN
Una tarea importante de la hidrometalurgia es la recuperación de los metales presentes en las soluciones
Así como el tratamiento de las aguas residuales de las diferentes industrias, en cumplimiento de las rigurosas normas ambientales.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Precipitación
La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros involucra el empleo de bacterias sulfato reductoras para producir H2S
Que tiene la capacidad de precipitar prácticamente la totalidad del metal contenido en una solución.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Precipitación
Debemos hacer notar que el proceso se realiza en ausencia de oxigeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros que requiere de oxigeno (proceso aeróbico).
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Biosorción
• Señalan que la habilidad de los microorganismos permitiría recuperar hasta el 100% de plomo, mercurio, zinc, cobre, níquel cobalto, etc., a partir de soluciones diluidas.
• El empleo de hongos hace posible recuperar entre 96% a 98% de oro y plata.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
También se ha demostrado que cepas de Thiobacillus son capaces de acumular plata.
La biosorción de metales conduce a la acumulación de estos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular.
Biosorción
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Reducción
• La reducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal.
En algunos casos, la reducción es parcial (el metal reducido aún exhibe una carga neta), mientras que en otros el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
CUADRO 5: BIORECUPERACIÓN DE METALES
Fuente : Castillo, F. 2005
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
Procesos basados en el riego
Lixiviación en el lugar (in place o in situ)
Lixiviación en botaderos:
Lixiviación en pilas
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
BIOLIXIVIACIÓN “HEAP” (PILA)
En las pilas de biolixiviación se realiza la transformación de un compuesto metálico insoluble a su forma soluble.
De CuS a Cu2SO4
Figura 31 : Planta de producción de cobre por Biominería
Figura 32 : Biolixiviacion en pilas
Procesos basados en la agitación
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
Procesos basados en la agitación
La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamente molido
La velocidad de extracción del metal es mucho mayor que la lograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas
BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS
Figura 33 : Plantas de (a) Brazil , (b) Peru , (c) China y (d) Changa
BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Capote,N. ; Silvia , Ariza ; Carmen , Hernández, Breffe ,J. Panorama y Estado Actual de la Biolixiviación de Minerales Oxidados para la Extracción de níquel y cobalto. Centro de Investigaciones del Níquel.
Castillo, F.; María, Rodriguez; Dolores, Roldán.
2005. Biotecnología Ambiental.
Atkinson, B.; 2002. Reactores bioquímicos.
Toledo, V.; Tania, Volke; Velasco, J,; Rosa, D.; . Suelos contaminados por metales y metaloides: muestreo y alternativas. Instituto Nacional de Ecología.
Douglas E. Rawlings . 2006. Libro de biomineria
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Lixiviación bacteriana o biolixiviación. Disponible en la página web: http://www.sappiens.com/sappiens/comunidades/rilaarti.nsf/Lixiviaci%C3%B3n%20bacteriana%20o%20biolixiviaci%C3%B3n/A56B8F6C2A13435B41256B45004CD4F9!opendocument
Lixiviación bacteriana de un mineral sulfurado refractario argentífero. Disponible en la página web: http://www.monografias.com/trabajos33/biolixiviacion-mineral/biolixiviacion-mineral.shtml
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M. Semenza,; G. Curutchet,; M. Viera y E. Donati. 2000. Importancia de Thiobacillus caldus en la Lixiviación de sulfuros metálicos. Centro de investigación y desarrollo de fermentaciones industriales (CINDEFI-CONICET). La Plata, Argentina.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
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