A 08 Biolixiviación

7/23/2019 A 08 Biolixiviación

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INGENIERÍ QUÍMIC

BIOTECNOLOGÍ

MONOGRAFÍA

Integrantes:

ARAUJO DUFOUR, Pedro Agustín –

Nº de Legajo: 37.206

ARCE BASTIAS, Fernando Gastón – Nº de Legajo: 35.632

AYORA SANTOS, Matías Nicolás – Nº de Legajo: 37.213

ESTEBAN, María Agustina – Nº de Legajo: 35.655

CANIZO, Iván Ariel – Nº de Legajo: 37.195

ROTONDO, Julieta – Nº de Legajo: 37.443

Curso:

4v6

Año 2015



INGENIERÍA QUÍMICA

BIOTECNOLOGÍA – MONOGRAFÍA: B IOLIX IVIACIÓN

CURSO: 4v6 AÑO: 2015 INTEGRANTES: ARAUJO DUFOUR, Pedro Agustín ARCE BASTIAS, Fernando Gastón AYORA SANTOS, Matías Nicolás

CANIZO, Iván ArielESTEBAN, María AgustinaROTONDO, Julieta

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1. L IXIVIACIÓN .................................................................................................................. 3

2. B IOL IXIVIACIÓN ............................................................................................................ 4

2.1. Mic roor gan ism os ut ilizado s en bioli xiv iaci ón ..................................................... 5

2.2. Efect o de facto res amb ient ales sob re las bac terias ........................................... 8

3. DISEÑO EXPERIMENTAL MEDIANTE TÉCNICAS DE TAGUCHI ................................ 9

3.1. Mag nes io ................................................................................................................ 9

3.2. Sod io .................................................................................................................... 10

3.3. Zin c ....................................................................................................................... 10

3.4. Hier ro .................................................................................................................... 11

3.5. MATRIZ DE TAGUCHI PARA 4 VARIABLES CON 2 NIVELES ........................... 12

4. MECANISMO DEL PROCESO DE L IXIVIACIÓN ......................................................... 12

5. APL ICACION DE LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOS ........................................ 14

5.1. B ioox idación de Sul fu ro s .................................................................................... 14

5.2. Plan tas de Bi oo xidac ión en Operación .............................................................. 15

5.3. Desul fu ri zaci ón de Carbón ................................................................................. 16

5.4. B io rec up erac ión de Metales ............................................................................... 16

5.5. Per spec ti vas Fu tu ras .......................................................................................... 18

6. B IOL IXIVIACIÓN EN PILAS ......................................................................................... 19

7. Tecn ol ogías u til izad as en b io lix iv iac ión ................................................................... 23

8. Impact o ambien ta l ...................................................................................................... 24

8.1. Sus ten tabi li dad .................................................................................................... 26

9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS .................................................................................... 27

10. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 28

11. B IBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 29







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1. LIXIVIACIÓN

La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido,

mediante el uso de un disolvente líquido. Dicho proceso produce el desplazamiento

de sustancias solubles o de alta dispersión. Como es un proceso de transferencia de

masa es esencial que 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 ésta, 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.

Proceso d e l ix iv iac ión

quím ica d el or o y la pl ata.

http://es.wikipedia.org/wiki/Oro

http://es.wikipedia.org/wiki/Plata

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Plata

http://es.wikipedia.org/wiki/Oro







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2. BIOL IXIVIAC IÓN

La biol ix iv iación o l ixiviaci ón bacteriana es

un proceso natural de disolución, ejecutado por un

grupo de bacterias que tienen la habilidad de

oxidar minerales sulfurados, permitiendo la

liberación de los valores metálicos contenidos en

ellos. Por mucho tiempo, se pensó que la

disolución o lixiviación de metales era un proceso

netamente químico, mediado por agua y oxigenoatmosférico. El descubrimiento de bacterias

acidófilas, ferro y sulfooxidantes, ha sido primordial

en la definición de la lixiviación como un proceso

catalizado biológicamente.

En términos más globales, se puede señalar que la biolixiviación es una

tecnología que emplea bacterias específicas para lixiviar, o extraer, un metal de valor

como uranio, cobre, zinc, níquel y cobalto presente en las menas o en un concentrado

mineral. El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene el

metal valor en su forma soluble. De otro lado, el término biooxidación es un utilizado

para describir un proceso que emplea bacterias para degradar un sulfuro, usualmente

pirita o arsenopirita, en la que el oro o la plata, o ambos, se encuentran encapsulados.

La tecnología microbiana presenta ventajas sobre los métodos no biológicos, entre los

que podemos encontrar:

1) Requiere poca inversión de capital (las bacterias pueden ser aisladas a partir

de aguas ácidas de minas).

2) Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas

en comparación con los procesos convencionales.

3) Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

4) El tratamiento del creciente acumulo de minerales de baja ley en las minas los

que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales.







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2.1. MICROORGANISMOS UTILIZADOS EN B IOLIXIVIACIÓN

Se usan microorganismos que obtienen su energía de la oxidación de

compuestos inorgánicos, es decir, se trata de bacterias que literalmente “comen

piedras”. Son organismos que viven en condiciones extremas, como sería el pH ácido

y altas concentraciones de metales. Tal como los humanos oxidan la glucosa para

conseguir energía y a partir de esta fabrican todos los componentes celulares, estas

bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para

generar todos los componentes de la célula.

Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a

partir de minerales son, principalmente, organismos quimiosintéticos y autotróficos

pertenecientes al género Thiobaci l lus, aunque no es la única:

Acidi th iobaci l lus ferrooxidans , su nombre indica varias cosas,

acidithiobacillus es acidófilo porque crece en pH ácido, thio porque es capaz de oxidar

compuestos del azufre, bacillus porque tiene forma de bastón y ferrooxidans porque

puede oxidar hierro tambien. Es capaz de oxidar compuestos inorgánicos como ionesferroso (Fe(II)) y azufre, los que le sirven de fuente primaria de energía. El carbono

necesario para su arquitectura celular lo obtiene por fijación de CO2. Vive en depósitos

de pirita, metabolizando hierro y azufre y produciendo ácido sulfúrico. Se ha convertido

en una bacteria de importancia económica en el campo de la lixiviación de minerales

de sulfuro desde su descubrimiento en 1950. Acidithiobacillus ferrooxidans crece a

valores de pH de 4.5 a 1.3 en medio de sal basal, es una bacteria Gram Negativa y

deriva sus requisitos biosintéticos por autotrofía del uso de carbono del dióxido decarbono atmosférico. Son bacterias móviles que poseen un flagelo para esto. Su

temperatura óptima de vida se encuentra en el rango de entre los 45 y 50°C.

http://es.wikipedia.org/wiki/Pirita

http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Azufre

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BArico



http://es.wikipedia.org/wiki/Hierro

http://es.wikipedia.org/wiki/Pirita







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Acid i th iobaci l lus thiooxidans , consume azufre como su principal fuente

de energía y produce ácido sulfúrico, la energía liberada de esta forma es

aprovechada por la bacteria para su crecimiento. Además de azufre, este Thiobacillus

puede usar como fuente de energía tiosulfatos o tetrationatos pero su crecimiento en

un medio de este tipo se verá reducido en velocidad. Fue descubierta debido a daños

en cañerías de cloacas conteniendo ácido sulfhídrico. Es una bacteria Gram Negativa

y un mesófilo con una temperatura óptima de 28°C (a menos de 18°C o más de 37°C,

la oxidación del azufre y el crecimiento de las bacterias bajan significativamente, y a

más de 55°C se produce la muerte de los microorganismos). El nombre thiooxidans

es usado en técnicas de minería conocidas como biolixiviación donde los metales son

extraídos de sus menas a través de la acción de microorganismos. Son bacterias

flageladas por lo cual poseen movilidad. Es un acidófilo obligado con un pH óptimo de

menos de 4.0, pero también es calificado como un aerobio obligado y un quimiotrófo.

Ambas especies de bacterias se usan en procesos mineros llamados

bioprecipitación donde se extraen minerales más puros de sus gangas a través de la

oxidación, donde las bacterias se usan como catalizadores biológicos.



http://es.wikipedia.org/wiki/Colector

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Precipitado

http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Catalizador

http://es.wikipedia.org/wiki/Catalizador

http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Precipitado

http://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro

http://es.wikipedia.org/wiki/Colector









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Acid i th iobaci l lus caldus , es una bacteria Gram Negativa considerada de

las más comunes usadas en las técnicas de biolixiviación. Es capaz de oxidar

compuestos reducidos inorgánicos de azufre que se forman durante la

descomposición de minerales sulfurados. El nombre de especie caldus deriva del latín

de la palabra “cálido” o “caliente” denotando que esta especie habita en ambientes

cálidos. Posee movilidad gracias a un flagelo polar. Su rango de pH óptimo va de los

2 a 2.5 y a una temperatura de 45°C (lo que lo hace un termófilo), lo que da un tiempo

corto de regeneración de 2 a 3 horas dependiendo de los factores ambientales

presentes. Su diferencia respecto a las especies de su mismo género es que pueden

tolerar una temperatura de 55°C o un poco más. Desde su descubrimiento en 1994,

el A. caldus ha tenido un gran uso práctico en

aplicaciones de la industria de biolixiviación y

biotecnología minera, contribuyendo a la

recuperación mejorada de los minerales

deseados de las rocas conocidas como menas.

Los metales como el oro han sido recuperados

desde menas que contienen pirita (conocida como

“el oro de los tontos”) y arsenopirita, dos minerales sulfurados que en general están

asociados con cantidades considerables del precioso metal.

Leptospir i l lum ferrooxidans , son vibriones en forma de espira, como

pseudococos. Móviles por la presencia de un flagelo polar simple. Las colonias sobre

sílica gel son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de hierro férrico.

Son aerobios estrictos y quimio autotróficos obligados. Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuenteenergética. Leptospirillum es un género de bacterias oxidantes de hierro que juegan

un rol fundamental en biolixiviación y biooxidación.

La razón por la cual estas bacterias dominan el tema

de biooxidación es particularmente el hecho que los

iones fuertes férricos inhiben a todas las especies

menos a Leptospirillum. Estas bacterias tienen

también una importante contribución al proceso dedrenaje ácido de minas.







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2.2. EFECTO DE FACTORES AMBIENTALES SOBRE LAS BACTERIAS

El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las

bacterias juega un rol importante dentro del proceso de lixiviación bacteriana, por lo

que es muy importante el control de factores como el pH, la presencia de oxígeno, la

temperatura, la influencia de la luz, los requerimientos nutricionales, el tamaño de

partículas y el efecto de inhibidores, entre otros.

pH: en general los T. ferroox idans se desarrollan bien en medios ácidos,

siendo incapaces de desarrollarse sobre Fe+2 a un pH mayor de 3. Los Thiobacillus

se desarrollan normalmente sobre valores que se ubican dentro del rango de pH 1.5

a 2.5.

Oxígeno y Dióxido de carbono: la disponibilidad de oxígeno es un factor que

controla la extracción de metales por bacterias. No se conoce otro oxidante que pueda

ser usado por los microorganismos en ambientes de lixiviación. El dióxido de carbono

es usado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.

Nutrientes: como todos los seres vivos, las bacterias requieren de fuentes

nutricionales para su óptimo desarrollo; amonio, fosfato, azufre, iones metálicos, etc.

El magnesio, por ejemplo, es necesario para la fijación de dióxido de carbono y el

fósforo es requerido para el metabolismo energético.

Luz: la luz visible y la no filtrada tienen un efecto

inhibitorio sobre algunas especies, aunque generalmente

el hierro suele ofrecer alguna protección a los rayos

visibles.

Temperatura: el rango sobre el cual se

desarrollan se encuentra entre los 25°C y los 35°C.

Presencia de inhibidores: en los procesos de

molienda o por acción propia del agente lixiviante, se

liberan algunos iones que en ciertas concentraciones

resultan tóxicas para las bacterias, afectando su

desarrollo. Algunos niveles de tolerancia para ciertos

metales son los que se indican en la tabla 1.

TABLA 1. Tolerancia demetales







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A continuación en la tabla 2 se muestran algunos de los valores propicios de pH,

temperatura y fuente energética de las bacterias más importantes utilizadas en la

biolixiviación:

MICROORGANISMOS FUENTEENERGÉTICA

pH TEMPERATURA (ºC)

Thiobacillus ferrooxidans Fe+2, U+4, S0 1.5 25 – 35

Thiobacillus thiooxidans S0 2.0 25 – 35

Leptospirillumferrooxidans

Fe+2 1.5 25 – 35

Sulfolobus S0

, Fe+2

, C orgánico 2.0 >60Acidiphilium cryotum C orgánico 2.0 25 – 35

Th. intermedius S0, S-2, C orgánico 2.5 30

Th. Napolitanas S0, S-2 2.8 30

Th. Acidophilus S0, S-2 3.0

Th. Thioparus S0, S-2 3.5

Thiobacillus TH2 y TH3 Fe+2, S-2 6.0 50

Metallogenium sp. Fe+2 4.5

Heterótrofos C orgánico 25 – 40

TABLA 2. pH, Temperatura y fuente energética para las bacterias más importantes de labiolixiviación

3. DISEÑO EXPERIMENTAL MEDIANTE TÉCNICAS DE TAGUCHI

Para el diseño se eligen cuatro variables de concentración: Magnesio, Sodio,

Hierro y Zinc. Luego con un valor de concentración de referencia (obtenido de la Tabla

1, pag. 8) se calculan dos niveles para cada una de las variables, el primer nivel

corresponde a una concentración inferior a la de referencia y el segundo a una

superior. Finalmente se realiza la Matriz de Taguchi, en la cual se presentan 16

combinaciones diferentes de las 4 variables.

3.1. MAGNESIO

246,37 7

24,31 0,2 = 2,03 7

Concentración =,







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Se coloca en Erlenmeyer de 250ml que contiene 40ml de

2,03 71000

40 = 0,082 7

Concentración en 40ml =,

Al ser una cantidad muy pequeña para pesar, se opta por preparar una solución

mil veces más concentrada. Luego se extrae 1ml de ésta nueva solución para obtener

así la concentración requerida.

Cn=Concentración nueva =

Concentración inferior:

,/ 0,16g/L Mg = 0,8

Concentración superior:

,/ 0,24g/L Mg = 1,2

3.2. SODIO

58,5

23 0,005 = 0,013 ≈ 0,015

Concentración =,


Cn=Concentración nueva =,


,/ 0,0025g/L Na = 0,5


,/ 0,0075g/L Na = 1,5

3.3. ZINC

100,83

65,38 0,001 = 0,0015

Concentración =,

Concentración en 40 ml =

,








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,/ 0,0005g/L Zn = 0,5


,/ 0,0015g/L Zn = 1,5

3.4. HIERRO

162,2

55,85 0,001 = 0,003

Concentración =,




,/ 0,0008g/L Fe = 0,8


,/ 0,0012g/L Fe = 1,2

Composición ref

(g/L)Laboratorio

Concentración

(g/L)

Cantidad de solución

(ml)

Mg 0,2 MgSO4 7H2OInferior (1) 0,16 0,8

Superior(2) 0,24 1,2

Na 0,005 NaCl

Inferior (1) 0,0025 0,5

Superior(2) 0,0075 1,5

Zn 0,001 ZnClInferior (1) 0,0005 0,5

Superior(2) 0,0015 1,5

Fe 0,001 FeCl3Inferior (1) 0,0008 0,8

Superior(2) 0,0012 1,2







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3.5. MATRIZ DE TAGUCHI PARA 4 VARIABLES CON 2 NIVELES

CorridaConcentración (g/L)

Mg Na Zn Fe

1 0,16 0,0025 0,0005 0,0008

2 0,24 0,0025 0,0005 0,0008

3 0,16 0,0075 0,0005 0,0008

4 0,24 0,0075 0,0005 0,0008

5 0,16 0,0025 0,0015 0,0008

6 0,24 0,0025 0,0015 0,00087 0,16 0,0075 0,0015 0,0008

8 0,24 0,0075 0,0015 0,0008

9 0,16 0,0025 0,0005 0,0012

10 0,24 0,0025 0,0005 0,0012

11 0,16 0,0075 0,0005 0,0012

12 0,24 0,0075 0,0005 0,0012

13 0,16 0,0025 0,0015 0,001214 0,24 0,0025 0,0015 0,0012

15 0,16 0,0075 0,0015 0,0012

16 0,24 0,0075 0,0015 0,0012

4. MECANISMO DEL PROCESO DE LIXIVIACIÓN

Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana

son: directa e indirecta.

Lixiviación Indirecta :

Dos reacciones importantes mediadas por T. ferroox idans son:

() . → ()

. → () ()

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

minerales sulfurados. La lixiviación con Fe2(SO4)3 recibe el nombre de lixiviaciónindirecta porque se realiza en ausencia de oxígeno o de bacterias y, es responsable







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de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia

económica:

() () → ()

() () → ()

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. ferroox idans según:

→ () Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles

favorables para el desarrollo de la bacteria.

Lixiviación Directa:

Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos

directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente. El

proceso se describe en la siguiente reacción:

→ ()

Donde M representa un metal bivalente.

() . → () ()

() . → () ()

Dado que el hierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es

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







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5. APL ICACION DE LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOS

5.1. B IOOXIDACIÓN DE SULFUROS

Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacterial, dando

lugar a la producción de los correspondientes sulfatos solubles. Para sulfuros

refractarios de oro y metales del grupo del platino, el ataque bacterial resulta siendo

un pretratamiento.

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 (Reacciones 1 y 2).

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 calcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar. Bajo la

influencia de T. ferroox idans la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa

hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico. Los sulfuros secundarios

de cobre -calcocita (Cu2S), covelita, bornita-, son oxidados más fácilmente bajo el

impacto de las bacterias (Reacciones 3 y 4). A nivel industrial, la tecnología ha venido

siendo aplicada en pilas.

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. Realmente, el proceso resulta siendo un

pretratamiento antes que una disolución directa del metal. Los procesos industriales

han tenido enorme aplicación, entre los que destacan: el proceso BIOX, de Gencor, y

que tiene plantas como la de Ashanti con capacidad para tratar hasta 1000 tn/día de

mineral. En el Perú la tecnología es aplicada en el Proyecto Tamboraque de Minera

Lizandro Proaño, para recuperar oro contenido en arsenopirita. Mintek, también ha

desarrollado el proceso MINBAC, y Bactech de Australia ha desarrollado un proceso

que emplea bacterias moderadamente termófilas para el tratamiento de sulfuros

preciosos y de metales base que se conoce como el proceso BACTECH. Las







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evaluaciones preliminares han reportado una recuperación de hasta el 98% del oro

contenido en el mineral.

→ ()

5.2. PLANTAS DE B IOOXIDAC IÓN EN OPERACIÓN

Algunas posibles aplicaciones de la lixiviación en el futuro se están estudiando

actualmente y las más importantes son:

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 hierro.

Sulfuros de Plomo: La lixiviación bacterial de galenita origina la formación

de PbSO4 que es insoluble en medio ácido, característica que puede ser empleada en

la separación de algunos valores metálicos acompañantes en una mena de plomo.

Sulfuros de Níquel: El níquel es lixiviado a partir de sulfuros (pentandlita y

milerita) y de menas de fierro en presencia de T. ferroox idans de 2 a 17 veces más

rápido que el proceso netamente químico.

Sulfuros de Antimonio: Se conocen de algunos trabajos que reportan la

habilidad de T. ferroox idans de oxidar antimonita (Sb2S3) a pH 1.75 y a 35ºC.

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

sulfuro.

Sulfuros de Metales Raros: Los metales raros se presentan en la parte

cristalina de muchos sulfuros o silicatos. Para liberarlos es necesario oxidar los

sulfuros o destruir la matriz de silicato. La literatura reporta la posibilidad de oxidar,

empleando bacterias del grupo de Thiobaci l lus , de una variedad de estos metales,

entre los que podemos encontrar galio y cadmio presente en la esfalerita (el principal

transportador de estos elementos); de germanio y cobalto, de renio, selenio y telurio,

titanio y uranio, entre otros.







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5.3. DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN

La presencia de azufre en las menas de carbón constituye un contaminante, cuya

eliminación se presenta como un problema, sobre todo desde el punto de vista

ambiental. La oxidación biológica de la porción piritosa o sulfurada permitirá eliminar

el azufre presente. Muchos trabajos de laboratorio han demostrado que un importante

porcentaje (generalmente por encima del 90%) del azufre contenido en la pirita puede

ser removido del carbón bituminoso, sub-bituminoso y lignito en periodos de una a dos

semanas por T. ferroo xidan s . También es posible emplear bacterias termófilas del

género Sulfo lobus en la desulfuración de las menas de carbón.

La remoción del azufre orgánico presente en el carbón por vía microbiana es un

área de interés por muchas razones. En algunos casos, la presencia de este tipo de

azufre representa un porcentaje considerable del azufre total del carbón. Debido a que

la efectiva desulfuración del carbón involucra la remoción del carbón orgánico como

del inorgánico, los procesos microbianos que operan en condiciones cercanas a las

ambientales, presentan innumerables ventajas sobre los métodos químicos y físicos

convencionales.

5.4. B IORECUPERACIÓN DE META LES

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. Existen

muchos microorganismos con capacidad para adsorber o precipitar metales. Algunas

de las formas como los microbios recuperan los metales se detallan a continuación:

Precipitación: La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros

involucra el empleo de bacterias sulforreductoras para producir H2S, que tiene la

capacidad de precipitar prácticamente la totalidad del metal contenido en una solución,

aunque es altamente corrosivo. 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).







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Biosorción: Las investigaciones sobre las biosorción de metales a partir

de soluciones señalan que la habilidad de los microorganismos permitiría recuperar

hasta el 100% de plomo, mercurio, zinc, cobre, níquel cobalto, etc., a partir de

soluciones diluidas. El empleo de hongos hace posible recuperar entre 96% a 98% de

oro y plata. También se ha demostrado que cepas de Thiobaci l lus son capaces de

acumular plata, lo que permitiría recuperar este metal a partir de aguas residuales de

la industria fotográfica y de radiografías. La biosorción de metales conduce a la

acumulación de estos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular. En

los hongos, la adsorción de metales se encuentra localizada en las moléculas de

chitina y chitosan. De otro lado, el cobre puede ser recuperado a partir de óxidos, por

hongos, que producen ácidos orgánicos que forman complejos con el cobre.

Reducción: La reducción microbiana 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.

MICROORGANISMO FORMA DE ADSORCIÓN Y PRECIPITACIÓN

Hongos, Levaduras yBacteria

Biosorción de elementos radioactivos y otros: Al, Ag, Zn, Cr, Ni, Cu, etc.

Chitina y Chitosan Adsorción de Se, Zr, Hf, Ru de aguas circundantes

en un sistema de enfriamiento de un reactornuclear.

BacteriasSulforreductoras

Precipitación de metales a partir de soluciones.

. − →

− → ↓

Bacterias ReductorasReducción del metal.

+ → +







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5.5. PERSPECTIVAS FUTURAS

Son numerosas las posibilidades que se presentan para la aplicación de los

procesos biotecnológicos en el beneficio de los minerales. Los microorganismos

pueden ser utilizados como agentes floculantes o como colectores en los procesos de

flotación de minerales. La capacidad de muchos microorganismos de poder adherirse

a superficies sólidas gracias a la interacción existente entre la carga de la pared celular

y las condiciones hidrofóbicas, modificando la superficie del mineral permitiendo su

flotación y floculación (empleado en la separación de las fases sólida y líquida de una

pulpa). Por ejemplo, se ha reporta que una bacteria hidrofóbica es un excelentefloculante para un número de sistemas minerales. Los minerales que han podido ser

floculados con este organismo incluyen a la hematita, ciertos lodos de fosfatos,

floculación selectiva de carbón en menas piritosas, entre otras. Igualmente, este

microorganismo es buen colector de hematita, y puede ser empleado en reemplazo

del colector químico.

Otra área de enorme interés es el empleo de microorganismos heterótrofos,

generalmente parte de la flora acompañante de Thiobaci l lus , como herramienta para

la lixiviación de sistemas no sulfurados. Tal es el caso del empleo de un esquema de

lixiviación bacterial heterotrófico para menas lateriticas de baja ley y que permitiría

incrementar enormemente las reservas económicamente explotables de níquel.

También el empleo de heterótrofos en la lixiviación de menas de manganeso, plata y

fosfato podría incrementar el número de reservas para estos commodities

importantes. Su empleo radica en la enorme ventaja que significa su rápida velocidad

de crecimiento, en comparación con los autótrofos.

La biodegradación de compuestos tóxicos orgánicos representa otro rubro

importante de aplicación de los procesos biológicos. Debemos recordar que una

amplia variedad de sustancias, tóxicas y no tóxicas, pueden ser descargadas al medio

ambiente como consecuencia de las operaciones mineras. Muchos de estos

compuestos son productos químicos complejos empleados en flotación y en procesos

hidrometalúrgicos. Otros incluyen a productos derivados del petróleo empleados de

manera diversa en las operaciones mineras. Se reporta la capacidad de especies de

Klebsiella y Pseudomonas en la degradación de reactivos de flotación.







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Asimismo, se reconoce la habilidad de ciertos microorganismos o de sus

enzimas de degradar, bajo ciertas condiciones, cianuro empleado en la recuperación

de oro y plata. Ejemplo a nivel industrial de esta aplicación, lo representa la planta de

Homestake, en Estados Unidos, que viene funcionando desde 1984, y emplea una

cepa nativa de Pseudomonas .

También es de potencial importancia el empleo de ciertas especies vegetales en

la prospección geológica de yacimientos minerales como en la limpieza y recuperación

de suelos contaminados con iones metálicos pesados. Aunque el empleo de plantas

u organismos completos escapa a la definición de biotecnología, el uso de estaspermitirá centrar su aplicación en áreas donde se tiene depósitos de relaves antiguos

o en zonas urbanas caracterizadas por su alto grado de contaminación.

6. BIOL IXIVIAC IÓN EN PILAS

Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y mineral

chancado, minerales de baja ley (menor a 0,5%), sulfuros secundarios y primarios. La

extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (Cu2S)y la covelina (CuS), por biolixiviación en pila es ampliamente practicada en todo el

mundo.

Generalmente las pilas se construyen con material previamente molido, de

19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al área o patio de acopio,

lugar donde se forma la pila. En el trayecto el mineral es curado, irrigado con una

solución de ácido sulfúrico concentrado o puede ser previamente aglomerado en

tambores rotativos con agua acidificada para acondicionar el mineral a los

microorganismos y también para fijar las partículas finas a las partículas más grandes

de mineral. Luego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que están

especialmente diseñadas. Los patios son revestidos con polietileno de alta densidad

(HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberías de plástico perforadas, que

permiten capturar la solución lixiviada desde la base. También se instala una red de

líneas de aire de plástico perforado, mediante la cual el aire es forzado por

ventiladores externos a la pila, lo que asegura la disponibilidad de aire a los

microorganismos.







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Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladores

automatizados, formando un terraplén o pila de 6-8 m de altura. Las pilas pueden ser

dinámicas si después de la lixiviación, el mineral se remueve para enviarlo al botadero

y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si las nuevas pilas se cargan sobre

las anteriores. El sistema de pilas permanentes permite no trasladar el material ya

lixiviado a un botadero final, ya que el área de lixiviación se convierte en botadero al

terminar los ciclos de riego. Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o

aspersores los que riegan la pila con una solución de ácido sulfúrico, agua y

microorganismos.

Los microorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar el

rendimiento de la operación, es que en una etapa previa de laboratorio se aíslan los

microorganismos más adecuados a las condiciones existentes en la pila y se hacen

crecer para luego introducirlos en el mineral a inocular, sembrándolos mediante

aspersores. La solución ácida que se infiltra a través de la pila va disolviendo el cobre

contenido en los minerales sulfurados, formando una solución de sulfato de cobre

(CuSO4) que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de laspilas en canaletas impermeabilizadas hasta la planta de extracción por solvente. Aquí

se recupera el cobre de la solución para luego formar los cátodos en la etapa de

electroobtención, y el ácido es refinado y recirculado para el riego de las pilas. Se

estima que para lograr un máximo de recuperación de cobre de 80-90% se requieren

de 250-350 días de biolixiviación.

Las principales ventajas de la biolixiviación en pila son el bajo capital y costos de

operación, la ausencia de emisiones tóxicas y la minimización o la completa

eliminación de cualquier descarga de agua porque se reciclan todas las soluciones. A

continuación, se detalla el proceso paso a paso:







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Preparación del terreno para la Biolixiviación

Todo este proceso en el cual se extrae el

mineral de la roca comienza con la preparación

del terreno emparejando el lugar donde

posteriormente se ubicara la pila (botadero de

material de baja ley), el terreno tiene que estar en

óptimas condiciones para que la etapa que

continua después no se vea afectada.

Colocación de Liner o Geomembrana

La siguiente etapa es el proceso de colocación de Liner, que consiste en crear

un manto que no deje que el material lixiviado se filtre sobre la tierra, así se evita la

perdida de mineral y la contaminación del terreno. Todas estas diferentes capas se

unen mediante la Termofusión, que es en poner un parche sobre todas las uniones de

las diferentes capas de Geomembrana.

Colocación de Tuberías HDPE

La siguiente etapa es la ubicación de

las tuberías que llevaran el mineral lixiviado

(ya sea Cobre, Oro, Pirita, etc.) estas

tuberías son elegidas para esta tarea ya

que son de alta durabilidad, son de bajo

costo, y resisten las oxidación, y las

corrosión de materiales químicos.







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Capa de Cover

Luego de la colocación de las tuberías

HDPE prosigue la etapa de colocación de la

primera capa de material o Cover que es la

capa que filtrara el material escurrido a

través de las rocas de la parte superior de

la pila, este material tiene una medida

específica, que no puede superar las 2".

Luego del proceso anterior continua una nueva capa de material, esta vez más

grueso de la misma índole y con las mismas características que el material anterior

pero con dimensiones más grandes de hasta 15" en todas sus direcciones, como las

rocas que se ven en el fondo de la siguiente imagen.

Construcción de la pila

Y el procedimiento final es el llenado con

material que contiene sulfato de cobre con

cualquier porcentaje por lo general son rocas con

mineral de baja ley, ya que las piedras que

contienen alta cantidad de mineral son derivadas

directamente a las plantas de proceso para extraer

el mineral directamente por otro procedimiento.







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Bañado o Riego

Se realiza un riego mediante aspersores

con una solución especial sobre la superficie

del material. Lo solución es la mezcla de

químicos disueltos en agua y microorganismos,

los cuales varían dependiendo del material que

se esté trabajando y los productos a obtener

(oro, cobre, etc.). La solución líquida tiene la

propiedad de disolver el mineral y de esamanera fluir con el líquido hacia el sistema de

drenaje. Estos líquidos son transportados

mediante las tuberías instaladas hacia una

fosa.

Almacenaje y recuperación

Como se dijo líneas arriba, la sustancia obtenida del proceso de riego estransportada hacia pozas construidas y acondicionadas para almacenarlas en tanto

se programe su ingreso a la siguiente etapa del proceso (recuperación y

concentración). Cabe indicar que al igual que se recupera mineral valioso de la

sustancia obtenida, se recupera también el agua involucrada en ella, la misma que se

reutiliza en los siguientes procesos de lixiviación, buscando hacer un uso más eficiente

de este recursos. De igual forma, el área donde se realiza la lixiviación, es recuperada

luego de unos años de uso. Así se procede a restituir la vegetación propia de la zona,cuidando y monitoreando su desempeño.

7. TECNOLOGÍAS UTILIZADAS EN BIOL IXIVIACIÓN

La introducción de una tecnología basada en biolixiviación representa un

importante adelanto, ya que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la

tecnología clásica de pirometalurgia. En esta última, los sulfuros tratados en

fundiciones, producen humos de chimeneas con altos contenidos de SO2 y arsénico.







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Biol ix iv iación In Situ

Se refiere al proceso de tratamiento del mineral sin necesidad de realizar laperforación y transporte del mineral. Este proceso se basa en la fractura por la

tronadura de mineral con lo que crea vacíos y porosidades que permiten a la solución

fluir libremente. La solución se recoge, en general, en la parte inferior de la mina y se

procesa para la recuperación de metales. El sistema biológico recibe su oxígeno de la

solución. La aplicación de este proceso no se ha extendido ampliamente, ya que

requiere de características muy específicas del yacimiento, como por ejemplo alta

permeabilidad del mineral y baja permeabilidad de la roca huésped. Además, lasrecuperaciones son típicamente bajas.

Biol ix iv iación en tanques agitados

Se lleva a cabo en los tanques, donde éstos son agitados mecánicamente por

medio de la introducción de oxígeno. La aplicación de este proceso a los minerales ha

sido bastante limitada debido al gran tamaño de los tanques, lo que a menudo hace

su costo prohibitivo. Sin embargo, la cinética de la oxidación es mucho más alta que

el método in situ. Biol ix iv iación en pi las

Las pilas están formadas por material fragmentado que se apila sobre capas

impermeables que tienen una pendiente, a objeto de hacer circular la solución

recogida de los drenajes. El oxígeno se puede añadir al sistema para aumentar la tasa

de oxidación

8. IMPACTO AMB IENTAL

Desde el punto de vista del impacto en el medio ambiente, el empleo de estosmicroorganismos tiene varias ventajas, pero también representa algunos problemas.

En la explotación minera es una ventaja que la biolixiviación no libere gases tóxicos o

corrosivos y requiera poca energía. En consecuencia el impacto ambiental de la fuente

energética es poco significativo y hay menos riesgos de accidentes contaminantes.

Los riesgos contaminantes de los microorganismos lixiviantes tienen que ver con la

producción de ácido que genera su actividad. Por lo tanto, al tener como principal

agente el ácido sulfúrico, presenta riesgos.

Clasificación de métodos de biolixiviación







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En el cuerpo humano: debido a sus propiedades corrosivas, oxidantes y de

sulfonación, las soluciones de ácido sulfúrico, particularmente las más concentradas,

destruyen rápidamente los tejidos del cuerpo produciendo severas quemaduras. La

constante exposición bajas concentraciones puede producir dermatitis. En contacto

con los ojos es particularmente peligroso; causa daños serios y, en algunos casos, la

pérdida de la vista. El ácido en sí mismo no es inflamable, pero se le debe aislar de

materiales orgánicos, nitratos, carburos, cloratos y polvos metálicos. El contacto del

ácido concentrado con estos materiales puede causar ignición.

Tanto los óxidos de azufre (SOX) como el ácido sulfúrico (H2SO4) estánrelacionados con el daño y la destrucción de la vegetación, deterioro de los suelos,

materiales de construcción y cursos de agua.

En la vegetación: los elementos contaminantes se introducen en el vegetal,

alterando en distinta medida su metabolismo, siendo la fotosíntesis y la respiración los

dos procesos afectados. Como resultado se produce un debilitamiento gradual de la

planta, que cada vez se hace más sensible a las plagas, enfermedades y a la

deficiencia hídrica. En las plantas, el SO2 ocasiona daños irreversibles en los tejidos,

provoca la caída de las hojas y la decoloración de las mismas.

En los animales: estos contaminantes actúan como sofocante irritante en el

tracto respiratorio, e incluso afectando el aparato digestivo.

La sensibilidad de cada especie a los contaminantes y a la acidificación es

variable, siendo los grupos más sensibles los peces, los líquenes, los musgos, ciertos

hongos, algunos de ellos esenciales para la vida de los árboles, y los organismos

acuáticos pequeños.

En el agua: la principal afectación que se conoce es la acidificación de los lagos

y canales, por la lluvia ácida, la cual afecta de acuerdo a la sensibilidad de los

ecosistemas.

En los suelos: se presenta la acidificación de los mismos. La sensibilidad a la

acidificación es mayor en aquellas tierras donde la degradación de los minerales se

produce lentamente. Cuando el suelo se acidifica, es esencial que sus nutrientes se







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lixivien, lo cual reduce la fertilidad de la tierra. Además, el proceso de acidificación

también libera metales que pueden dañar a los microorganismos del suelo

responsables de la descomposición, así como a los pájaros y mamíferos superiores

de la cadena alimentaria, e incluso al hombre.

8.1. SUSTENTAB ILIDAD

La importancia de la minería para la economía mundial resulta imposible de

soslayar, pero al mismo tiempo no se puede dejar de mencionar la existencia de

múltiples problemas ambientales directamente relacionados con esta actividad. De

esta forma, es cada vez más urgente el desarrollo de nuevas tecnologías que deriven

en una minería realmente sustentable, capaz de reducir al mínimo su impacto sobre

el medio ambiente. La biolixiviación es una de esas alternativas, que junto a sus

ventajas en términos de gestión ambiental también puede resultar muy útil para

desarrollar recursos existentes en zonas en las cuales no resulta viable

económicamente hablando una explotación de tipo convencional. A pesar de estos

beneficios, en la Argentina esta tecnología aún no ha sido aplicada en el terreno

productivo.

A pesar de esto, un grupo de investigadores del Instituto Multidisciplinario de

Investigación y Desarrollo de la Patagonia Norte, dependiente de la Universidad

Nacional del Comahue, trabaja en el desarrollo de técnicas de biolixiviación para hacer

más sustentable la actividad minera en Neuquén y para llegar a desarrollar en un

futuro los yacimientos de cobre y zinc existentes en esa provincia patagónica, que no

son rentables bajo un tratamiento tradicional.

Por otro lado, en Chile los avances parecen ser aún mayores. La estatal Codelco

y la compañía de biotecnología Biosigma están colaborando para incrementar la

sustentabilidad de la extracción del cobre gracias a las técnicas de biolixiviación, que

además podrían hacer factible el aprovechamiento de reservas de este metal que no

llegarían a extraerse de manera convencional.







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9. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

El uso de estas especies de bacterias a nivel industrial está asociado

directamente a su capacidad de crecimiento en medio ácido (carácter acidófilo), a los

escasos requerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios, debido a que no

requieren fuentes orgánicas de energía ni mantenimiento de temperaturas elevadas.

Otras ventajas de la tecnología microbiana sobre los métodos convencionales son:

Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas

a partir de aguas ácidas de minas.

Presenta bajos costos en las operaciones bio-hidrometalúrgicas, en

comparación con los procesos convencionales.

No se emiten gases ni polvo, lo que produce un impacto ambiental varias

veces inferior a la tecnología clásica de pirometalurgia, que genera emisiones con

altos contenidos de dióxido de azufre (SO2) y arsénico (As), por el tratamiento de

sulfuros en fundiciones.

Permite ahorrar en tecnología de abatimiento, como sistemas o chimeneas

de alto costo, al bajar los índices de azufre y arsénico asociados a hornos de fundición.

Permite el tratamiento de los recursos y reservas crecientes de minerales

con baja ley de metal que no pueden ser económicamente procesados por los

métodos tradicionales.

Se pueden tratar concentrados que contengan altos niveles de metales con

efectos negativos para la fundición de cobre, zinc u otros metales.

La acción de las bacterias permite lixiviar los minerales sulfurados a

temperatura y presión ambiente en la presencia de oxígeno, obtenido del aire.

Durante el proceso se genera parte del ácido y el calor requeridos en la

lixiviación. El ácido se genera como producto de las reacciones de oxidación y el calor







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se libera por la oxidación de la pirita, a veces presente en la matriz de mineral, lo que

aumenta cerca de 7°C la temperatura en el medio.

Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de adicionar

una fuente de carbono, pues la obtienen del dióxido de carbono del aire.

Entre las desventajas propias de la tecnología aplicada son los impactos

ambientales que esto genera, reflejado en la alta producción de ácido por parte de las

bacterias (en particular contaminando fuentes de aguas subterráneas). Este hecho,

junto con la búsqueda por hacer más eficientes los procesos de biolixiviación, ha

impulsado la búsqueda de soluciones a nivel genético de la bacteria.

A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y con ello la

recuperación del metal. Sería necesario invertir en un sistema que pueda aumentar la

temperatura en la matriz de mineral, para garantizar recuperaciones mayores del

metal.

Los tiempos para una recuperación significativa del metal, son más largos

para metodologías menos controladas, como la biolixiviación en botaderos.

Es importante controlar variables como la temperatura, aireación, pH,

tamaño de partículas, para asegurar las condiciones óptimas de funcionamiento de

las bacterias, pero esto resulta difícil en metodologías de mayor envergadura como

los botaderos y las pilas.

10. CONCLUSIONES

La biotecnología es una tecnología que está en pleno auge y que presenta

múltiples ventajas respecto a los métodos convencionales de extracción química. Si

el proceso de lixiviación biológica se aplica siguiendo los estándares ambientales e

ingenieriles, es posible minimizar su impacto ambiental y conseguir un proceso de

extracción sustentable y solvente tanto medioambiental como económicamente.







11. BIBLIOGRA FÍA

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y Metalúrgica. Septiembre 2005. Chile.

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http://www.cochilco.cl/descargas/estudios/tematico/innovacion/estudio_biolixiviaci

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http://docsetools.com/articulos-utiles/article_101242.html

5) GUERRERO ROJAS, José J. Biotecnologia en la Disolucion y Recuperacion

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sustentable?. 23 de Enero de 2014.

http://www.petrolnews.net/noticia.php?&r=22424

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9) WIKIPEDIA. Acidithiobacillus caldus.

http://en.wikipedia.org/wiki/Acidithiobacillus_caldus


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