UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL PERÚ – AREQUIPA

INGENIERÍA DE MINASMETALURGIA EXTRACTIVA

LIXIVIACIÓN BACTERIANA

DOCENTE: MAG. ING. JUAN ALFONSO MOLINA VÁSQUEZ

BACTERIA QUE LIXIVIABacteria llamada Acidithiobacillus ferrooxidans (antaño Thiobacillus ferrooxidans). Podría ser cuatro o más especies de bacterias estrechamente emparentadas y con un

modo de vida idéntico. Lo cual no sería raro, las bacterias son por lo general físicamente muy parecidas y monótonas, no destacando precisamente por su disparidad de formas y modelos.

Se trata de una bacteria de tipo Gram (-) con aspecto de bacilo, cuyo tamaño habitual es de 0.5 – 0.6 micras de ancho y 1.0 – 2.0 micras de largo.

Son bacterias que suelen asociarse en parejas y más raramente forman cortas cadenas. Como complemento poseen un único flagelo que les proporciona movilidad.

Dado que su aspecto no es nada destacable, lo que las hace fascinantes es su modo de vida.

Su mundo ideal tiene algo en común con el nuestro: es preferible que tenga temperaturas moderadas tirando a altas, unos 33° C vienen de perlas, pero sobreviven bien en un rango situado entre los 20 y los 40° C.

Toleran un rango de pH entre el 1.5 hasta el 6.0, su pH ideal se sitúa entre 2 y 2.5.

BACTERIA ACIDITHIOBACILLUS FERROOXIDANSVISTA 500 nm

ALIMENTO DE LA BACTERIA• Desde hace más de medio siglo se conoce la capacidad de esta bacteria para

devorar la pirita, tanto de forma directa como indirecta. • En el mecanismo directo son las propias bacterias las que se adhieren al

mineral, aprovechándose de las imperfecciones, roturas y fracturas que presenta• También emplea una especie de pegamento formado por unas sustancias

llamadas «lipopolisacáridos» para adherirse con firmeza • De modo que una vez adheridas y por mecanismos aún en investigación,

estas bacterias usan el agua y el oxígeno de su entorno para romper la pirita (FeS2) y convertirla en ión ferrosoy ácido sulfúrico • La ecuación química del proceso es la siguiente:

• FeS2 + H2O + 7/2 O2 → Fe2+ + 2SO42- + 2H+

EL PROCESO DE LA BACTERIA• El proceso descrito anteriormente sucede de forma natural, tanto en yacimientos

ricos en minerales con filtraciones de agua como en minas abandonadas. • Pero es extraordinariamente acelerado por estas bacterias. • Por su parte, el mecanismo indirecto por el cuál diluye la pirita también es

interesante, ya que esta bacteria convierte al ión ferroso (Fe2+), que no es sino un átomo de hierro al que le faltan dos electrones; en ión férrico (Fe3+), que no es sino un átomo de hierro al que le faltan tres electrones. • Y aunque parezca que el cambio es leve, no lo es químicamente hablando. • Ya que el ión férrico, en cantidades suficientes, permite que de forma natural la

pirita poco a poco se vaya convirtiendo por sí sola en ión ferroso y ácido sulfúrico Esta vez, la ecuación química del proceso es la siguiente:

FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O → 15 Fe2+ + 2 SO4 2- + 16 H+

PROCESO DE LA BACTERIA• De esta reacción: FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O → 15 Fe2+ + 2 SO4 2- + 16 H+

• quiere decir que el átomo de hierro ha perdido un electrón (e-) por el camino. • La pérdida de un electrón es un proceso llamado oxidación• Dicho electrón ha sido absorvido por la bacteria. • Por lo tanto, la bacteria ha oxidado al hierro. • Por esa razón esta bacteria se llama ferrooxidans, es la “oxidadora de

hierro”.

Fe 2+ → Fe 3+ + e- (electrón)

ACIDOS FUERTES Y DÉBILESTodos los ácidos son moléculas que disueltas en agua se rompen muy fácilmente liberando protones. Un ácido débil libera protones pero también los vuelve a capturar con relativa facilidad. Un ácido fuerte libera protones pero no los volverá a recoger, estos protones libres y sin ataduras se presentan como H+. Esa es también la razón por la que un ácido nos quema y un ácido muy concentrado nos derriteDisociación (“ruptura”) del ácido sulfúrico:

H2SO4 → SO42- + 2H+ (dos protones)

EL PH DE LA BACTERIALa bacteria, Acidithiobacillus ferrooxidans consigue crear dos mundos: i. un mundo exterior donde gobierna el ácido concentrado y ii. un mundo interior habitable. iii. Sí, mientras que su entorno es un infierno de pH 2 – 2.5, iv. El interior del cuerpito unicelular de Acidithiobacillus tiene un pH de 6.5

(próximo al nuestro). v. Esto crea una diferencia de acidez de al menos cuatro puntos entre el interior y

el exterior de la célula, vi. lo que viene a significar que fuera de la célula hay una densidad de protones

libres diez mil veces mayor que dentro de la célula. vii. La bacteria tiene una membrana que recubre el cuerpo de Acidithiobacillus,

esta membrana actúa como una formidable presa o dique, reteniendo una espeluznante avalancha de protones que inundaría al interior celular

LA ENERGÍA EN LA BACTERIASe trata de una súper estructura formada por muchas proteínas diferentes, su nombre es «ATPasa» y básicamente es un híbrido entre canal y turbina. Su función es permitir el paso controlado de protones desde el exterior hasta el interior de la célula; Como sucede en las grandes hidroeléctricas, dicho movimiento genera energía, pero no de tipo eléctrico sino químico: Una molécula rica en energía llamada ATP. Dicha molécula es la que todos los seres celulares emplean en los procesos que requieren energía

La ATPasa de Acidithiobacillus ferrooxidans. Tenemos un exterior lleno de protones (pH=2) y un interior con pocos protones (pH=6.5). Los protones tienden a entrar, el permitir esto de forma controlada logra que se pueda fabricar ATP fácilmente.

La «cadena de transporte de electrones» de Acidithiobacillus ferrooxidans. A la izquierda la ruta para generar NADH, una molécula indispensable para convertir materia inorgánica en materia orgánica. A la derecha la ruta para convertir los peligrosos protones en inocuas moléculas de agua.

La «cadena de transporte de electrones» de Acidithiobacillus ferrooxidans. A la izquierda la ruta para generar ácido sulfúrico y a la derecha para generar azufre puro. Otra forma de convertir los peligrosos protones en inocuas moléculas de agua

PELICULAS BACTERIANAS

La «Iron Mountain Mine» de California (USA), con sus escombreras mineras (izquierda) y películas bacterianas creciendo en charcos de ácido concentrado en el interior de la mina (derecha).