Lixiviacin bacteriana de un mineral sulfurado refractario argentferoEnviado por syanez Anuncios Google Curso Minera Subterrnea Certificado emitido por la Society for Mining. Inicio Lima 26 de Mayo. www.bsgrupo.com Pregunte al Tutor 5 Tutores estn en lnea ahora. Pregunte y obtenga su respuesta ya! JustAnswer.es/Geometria Inversion En Oro Y Plata Formas de invertir en los metales preciosos. Reporte gratis aqui. finanzasyoro.com/OroYPlata

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Resumen Introduccin y antecedentes Resistencia bacteriana a los metales pesados Materiales y mtodos Resultados y discusin Literatura citada

Resumen Los minerales sulfurados concentrados refractarios argentferos (MSRP), se tratan por diversos mtodos como: la tostacin, la lixiviacin con agentes qumicos quelantes, la autoclave y la oxidacin qumica. Estos mtodos tienen una eficiencia relativa, un elevado costo y desafortunadamente un dao ambiental; por ello, se buscan alternativas como la biolixiviacin (BL)o lixiviacin bacteriana es un proceso natural en la cual bacterias quimiolitotrficas oxidan el azufre, y/o el hierro de los minerales y con ello facilitan la extraccin de los metales de valor comercial a bajo costo y sin contaminar el ambiente, aunque tiene la limitante de que la plata en la solucin 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 energa para los microorganismos acompaantes de este mineral.

Para determinar su capacidad lixiviante se midi la concentracin de sulfato producida por la oxidacin del azufre del MSRP, por una bacteria quimiolitotrfica, el aislado con la mxima actividad de lixiviacin del mineral, se adapt a concentraciones crecientes de plata, lo que nuevamente se midi por la produccin de sulfatos en presencia de una concentracin elevada de nitrato de plata. Los resultados indican que los MSRP contienen como acompaantes microorganismos quimiolitotrficos capaces de lixiviar este mineral para extraer la plata. Una de estas bacterias se adapt, a una elevada concentracin de plata. Por el tipo de actividad de lixiviacin y las caractersticas fisiolgicas de la bacteria, se sabe que pertenece a una especie del gnero Thiobacillus sp. Se concluye que la lixiviacin es una alternativa econmicamente viable para la extraccin de metales preciosos a partir de MSRP y no causa dao ambiental. Palabras clave: Thiobacillus, bacterias quimiolitotrficas, azufre. Introduccin y antecedentes Los concentrados minerales sulfurados refractarios de oro y de plata, son miembros de la familia 1 B de la tabla peridica de los elementos. Ambos se obtienen como subproductos de la extraccin de Ni, Pb, Zn, Cu y Pt por procesos de purificacin como la cianuracin, la tostacin y la electrlisis (Brierley y Briggs, 1997). Para mejorar la explotacin de minerales de plata, se buscan alternativas para el aprovechamiento de los MSRP que por los procesos convencionales de concentracin de valores no tienen un mercado atractivo para su comercializacin (Bauelos, 1994). La BL es un mtodo en biohidrometalrgica en el que bacterias quimiolitotrficas, oxidan el azufre de los minerales refractarios, con produccin de sulfatos derivados del cido sulfrico que se gener por va 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 dixido de azufre a la atmsfera y el rendimiento en el caso de la extraccin de la plata es mayor que por los mtodos tradicionales (Guerrero 1998a). Adems de que se aprovecha principalmente para la recuperacin de este metal a partir del MSRP (Brierley y Briggs, 1997; Guerrero, 1998b; Trupti et al., 1999). La aplicacin 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 slidos, despus la pulpa se pasa por bombeo a un tanque de reaccin con agitacin mecnica y aireacin para inocularse con Thiobacillus spp. Esta bacteria al oxidar el azufre. del mineral genera cido sulfrico, el que disminuye drsticamente el pH y con ello el por ciento de los slidos al 20% ese pH facilita la

solubilizacin del metal unido al mineral. Concluida la BL del mineral, el producto se filtra para lavar y se repulpan los slidos, posteriormente con la cianuracin se continan con el proceso de purificacin final del metal por lo mtodos conocidos (Brierley y Briggs, 1997; Guerrero et al., 1998 y Ballesteros et al., 2001). Se sabe que esta bacteria quimiolitotrfica interviene indirectamente en la BL de piritas y en la oxidacin de in ferroso a frrico al usar ambas como fuente de energa durante su crecimiento (Guerrero, 1998b; Appia-Ayne et al., 1999; Snchez-Yez y FarasRodrguez, 2000). Un ejemplo de este grupo de microorganismos es el gnero Thiobacillus que pertenece principalmente al consorcio de bacterias quimiolitotrficas que se pueden encontrar en un ambiente de minas y suelo semejante al gnero de Leptospirillium bacteria de reciente descubrimiento y hoy en proceso de explotacin a nivel de planta piloto (Schrenk et al., 1998; Rawlings et al., 1999). La especie de Thiobacillus; ms conocida es T. ferrooxidans (Trupti et al., 1999; Wielinga et al., 1999; Navarrete et al., 2001 a) la cual libera el in frrico durante la BL lo que genera la condicin altamente oxidante para solubilizar la pirita por la elevada acidez, derivada de la actividad bacteriana sobre el azufre del mineral que genera cido sulfrico (Lawrence, 1983; Guerrero, 1998a; Bond et al., 2000). Por lo anterior, se investiga la fisiologa de estas bacterias tolerantes a la acidez extrema as 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 recuperacin eficiente de metales preciosos como la plata (Snchez-Yez, 1998; Ballesteros et al., 2001). Resistencia bacteriana a los metales pesados. Los iones plata actan sobre la superficie celular bacteriana, especficamente causan daos drsticos en su pared y en su membrana citoplsmica lo que conduce a la muerte de la clula (Goodman y Gilman, 1982; Tuovinen et al., 1971,1985). La forma soluble de este metal es la ms txica 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 qumicos del ambiente o d!31 medio de cultivo, la plata elimina bacterias por que inhiben su respiracin y desacoplan su sntesis de ATP (Belliveau, et al., 1987;Schrenk et al., 1998). Sin embargo, en el caso de las bacterias quimiolitotrficas la tolerancia a metales se logra por adaptacin de su metabolismo a una concentracin 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 est demostrado que la oxidacin del in ferroso se realiza principalmente a elevados niveles de diversos metales como: de zinc (0.15 M), de nquel (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 txica a concentracin tan baja como 0.5 mM, Tuovinen et al., (1971,1985) sealan su efecto inhibitorio a valores inferiores a los reportados (Lynn, 1997; Orrantia et al., 2000; Snchez-Yez y Rodrguez-Faras, 2000). Adems de conocer que su tolerancia al metal en el caso de Thiobacillus depende de la

especie y de su estado fisiolgico, as como de su previa exposicin a la plata en solucin (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 adaptacin fisiolgica (Cervantes, 1992; BacelarNicolau y Johnson, 1998; Edwards et al., 2000). La susceptibilidad del microorganismo al metal es mayor durante la oxidacin del MSRP que durante la oxidacin del in ferroso; esto sugiere la variabilidad en la respuesta de cada bacteria al usar como fuente de energa diferentes elementos minerales o compuestos inorgnicos 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 concentracin de plata. Materiales y mtodos 1. Anlisis del mineral sulfurado refractario de plata. Se realiz un anlisis de difraccin de rayos X para determinar la concentracin de plata y segn describen Bacelar-Nicolau y Johnson, (1999) y Ballesteros et al., (2001). 2. Aislamiento de Thiobacillus spp. Se realiz en matraces Erlenmeyer con 500 mi de 9 K con 5% y 10% w//v del MSRP; los matraces se incubaron en agitacin a 200 rpm por 15 das (Snchez-Yez, 1998). 3. Medio de cultivo El mineral MSRP se obtuvo de la mina "La Guitarra" Temascaltepec, Edo. de Mxico. Se mezcl con el medio de cultivo 9K con la siguiente composicin 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 segn el caso. 4. Determinacin de la BL del MSRP. La capacidad de lixiviacin de las bacterias se analiz durante el perodo de incubacin para establecer la cantidad del azufre oxidado del MSRP, por cuantificacin de la concentracin del sulfato (determinacin indirecta), en comparacin con el matraz con el 9K con el MSRP esterilizado sin inocular con Thiobacillus, ste se consider como el control absoluto.

Las bacterias con la mxima capacidad de lixiviacin se usaron como base para aumentar como inculo para la prueba de adaptacin y resistencia al nitrato de plata, en este caso por determinacin de la plata lixiviada se realiz por absorcin atmica y/o la concentracin 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. Adaptacin bacteriana a la elevada concentracin de Ag. Esta seleccin de la resistencia Thiobacillus a la plata se logr 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 30C en un agitador rotatorio a 200 rpm/14 das para determinar la concentracin de sulfatos (SO24) producida como medida de que la plata no inhibi la BL (Lynn, 1997). Resultados y discusin La figura 1 muestra la eficiencia de la bacteria quimiolitotrfica acompaantes 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 (Bauelos, 1994; Guerrero, 1998a; Snchez-Yez 1998, Trupti et al.,1999), estas bacterias nativas de zonas mineras son fcilmente aisladas, adaptables a diferentes condiciones de cultivo y dada su flexibilidad bioqumica para crecer con relativa rapidez en la condicin artificial del medio de cultivo, por tanto, es posible mediante una seleccin cuidadosa emplear aquellos con el mayor potencial de lixiviacin (Schrenk et al., 1998; Orrantia et al., 1999; Rawlings et al.,1999; Snchez- Yez y Faras Rodrguez, 2000). En base a que las principales caractersticas de estos microorganismos son: su abundancia en ese ambiente por adaptacin fisiolgica derivada de propiedades genticas intrnsecas que les permite sobrevivir en principio y luego usar el mineral como fuente de energa para posteriormente crecer, son relativamente sencillos para obtener con eficiencia la explotacin de MSRP (Snchez-Yez, 1995; Ballesteros et al., 2001). En la figura 2 se muestra la produccin de sulfatos por Thiobacillus sp, gnero que de acuerdo con el anlisis de su comportamiento bioqumico fue el grupo bacteriano ms abundante en el ambiente de la mina y en el MSRP (Bacelar-Nicolau, Johnson, 1999; Bauelos). En esta figura la cantidad de sulfato generada por la oxidacin del azufre del MSRP, caus un incremento en la concentracin de plata en solucin y como resultado el Thiobacillus original sin previa adaptacin 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 concentracin que el Thiobacillus no adaptado a la concentracin elevadas de plata (Cervantes, 1992 y Edwards, et al., 2000) lo cual sugiere que es posible mejorar la extraccin de plata a partir de este tipo de mineral, sin causar dao al ambiente o incrementar el costo de produccin. Agradecimientos

Al CONACYT, proyecto "Biolixiviacin 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 publicacin de este trabajo. Literatura citada 1. Appia-Ayne C., Guiliani, N., Ratouchniak J. and Bonnefoy, V. 1999. Characterization of an operon encondig two c-Type citochromes, an aa3- Type cytochrome oxidase, and rusticyanin in Thioabacillus ferrooxidans ATCC 33020. Appl. Environ. Microbiol. 65:4781-4787. 2. Bacelar-Nicolau. P, and Johnson D.B. 1999. Leaching of pyrite by acidophilic heterotrophic iron oxidizing bacteria in pure and mixed cultures. Appl. Environ. Microbiol. 65:585-590. 3. Bauelos, G.S. 1994. Minerales refractarios al proceso de cianuracin con un pretratamiento por lixiviacin bacteriolgica. Seminario sobre instrumentacin en plantas de beneficio y desarrollo en procesamiento de minerales. Guanajuato, Gto. Mxico. 4. Ballesteros A. M.L., Gutirrez O.J.J., Ramrez C. J, and Snchez-Yez J.M. 2001. Selecting bacteria with leaching capability for ore refractory silver. IV Foro de postgrado de Norteamrica, Benemrita Universidad Autnoma de Puebla, Pue. Mxico. (Memoria in extenso). 5. Belliveau, B.H., Starodub, ME, Cotter, C., and Trevors, J.T. 1987. Metal resistance and accumulation in bacteria. Biotech. Adv. 5:101-127. 6. Bond, P.L., Smriga S.P., and Banfield J.F. 2000. Phylogeny of microorganisms pollulating a thick, subaerial, predominantly lithotrophic biofilm at an extreme acid mine drainage site. Appl. Environ. Microbiol. 66:3842-3849. 7. Brierley, C.L. and Briggs, AP. 1997. Minerals biooxidation / bioleaching: Guide to developing and economically viable process. In: PDAC. Annual Meeting, Toronto, Canada pp:10-25. 8. Brierley, C.L.1978. Bacterial leaching. CRC Crit Rev Microbiol 6:207-262. 9. Cervantes, C. 1992. Microorganismos que expulsan metales pesados. Instituto de Investigaciones Qumico-Biolgicas, Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo. SPECTRA. 10. Edwards K.J., BonC!, P. L. and Bal")field, J.F. 2000. Characteristics of attachments and growth of Thiobacillus caldus on sulfide minerals: a chemotactic response to sulfur minerals. Environ Microbiol. 2:324-332.

11. Goodman, A and Gilman, S. 1982. Las bases farmacolgicas de la teraputica. Editorial Panamericana, 6ta. Edicin pp. 962. 12. Guerrero, R, J.J. 1998a Biotecnologa en la disolucin y recuperacin de metales. En: Primer Congreso Peruano de Biotecnologa y Bioingeniera, Trujillo, Per. (Memoria in extenso). 13. Guerrero, R, J.J. 1998b. Biotecnologa para el procesamiento de minerales. En: Segundo Congreso Nacional de Minera, Trujillo, Per (Memoria in extenso). 14. Guerrero, R. J.J., Olivera, S., Snchez J.1998. Disolucin microbiana de minerales, En: Segundo Simposium Regional de Minera, Arequipa, Per. (Memoria in extenso). 15. Isamu S., Douglas L., Byron M., Harahuc L., and Key J.O.H. 1999. Effect of various ions, pH, and osmotic pressure on oxidation of elemental sulfur by Thiobacillus thioxidans. Appl. Environ. Microbiol 65: 5163-5168. 16. Lawrence, R.W. 1983. Biological preoxidation to enhance gold and silver recovery from refractory pyretic ore and concentrates. CIM Bulletin, pp.1 07-110. 17. Lynn, N.S. 1997. The bioleaching and processing of refractory Gold Ore, JOM. 24- 26. 18. Lundgren D.G. and Silver, M. 1980. Ore leaching by bacteria Annual. MicrobioI13:210. 19. Murr, L.E, Torma, A.E, and Brieley, J.A. 1978. Metallurgical applications of bacterial leaching and related microbio logical phenomena. New York Academic Press. pp.526. 20. Navarrete B.M., Ballesteros AM.L., Tavera M.F.J., Salas V.I. y Snchez- Yez J.M. 2001. Efecto de la tiourea sobre la lixiviacin de un sulfuro argentfero-aurfero por Thiobacillus ferrooxidans. CUATRO VIENTOS 27:26-28. 21. Orrantia, BE, Makita, MA, Acosta AA, Pereyra-lvarez B. y Arvalo S. 2000. Procesamiento biolgico de minerales refractarios. En Medrano R.H. y Galn W.L.J. eds. Biotecnologa de minerales CONACYT, Mxico pp: 111142. 22. Rawlings, D. E, Tributsch, H ando Hansford. G.S 1999. Reasons why Leptospirillum like species rather than Thiobacillus ferrooxidans are the dominant iron-oxidizing bacteria in many commercial processes for the biooxidation of pyrite and relatad ores. Microbiology 145:513 23. Snchez-Yez, J.M. 2000. Lixiviacin Bacteriana. En Microbiologa Agrcola para el siglo XXI Ferrera CH. y A Alarcn eds. Ed. Mundi Prensa de Mxico (En prensa). 24. Snchez- Yez, J.M.1998. Biolixiviacin de concentrados de minerales refractarios de oro y plata. CONACYT, Proyecto No 0944P-A930. Reporte tcnico final.

25. Schrenk, M. O., K. Edwards, R. M. Goodman, R.J. Hamers, and J.F. Banfield. 1998. Distribution of Thiobacillus ferrooxidans and Leptospirillum ferrooxidans implications for generation of acid mine drainage. Science 279: 15191522. 26. Tuovinen, O.H., Niemila, S.I., and Gyllenberg, H.G. 1971. Tolerance of Thiobacillus ferrooxidans to some metal. Antoine van Leeuwenhoek. J. Microbiol. Serol. 37: 48994. 27. Tuovinen, O.H. Puhakka, J. Hiltunen P., and Dolan, K.M. 1985. Silver toxicity to ferrous ron and pyrite oxidation and its alleviation by yeast extract in cultures of Thiobacillus ferrooxidans. Biotechnol.Lett. 7: 389-94. 28. Trupti D., Ayyappan S. and Roy Ch G. 1999. Factors affecting bioleaching kinetics of sulfide ores using acidophilic micro-organisms. Bio Metals 12: 1-10. 29. Wielinga, K., Lucy J. and Mooere J. N., October F,S. and Gannon. J.E. 1999. Microbiological and geochemical characterization of fluvially deposited sulfidic mine tailings. Appl. Environ. Microbiol. 65: 1548-1555.

Figura 1. Lixiviacin de un mineral argentifero por Thiobacillus sp

Gutirrez O. J. J.*, Ramrez C. J.**., Snchez-Yez; J.M.*+ Microbiologa ambiental * *+autor correspondiente Instituto de Investigaciones Qumico Biolgicas, Ed. B-1. **Metalurgia extractiva, Instituto de Investigaciones Metalrgicas, Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo, Morelia, Michoacn Mxico.

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LixiviacinSaltar a: navegacin, bsqueda Para lixiviacin como proceso en plantas hidrometalrgicas, vase Lixiviacin (metalurgia).

La lixiviacin, o extraccin slido-lquido, es un proceso en el que un disolvente lquido pasa a travs de un slido pulverizado para que se produzca la elucin de uno o ms de los componentes solubles del slido.

Contenido

1 Inters o 1.1 Qumica o 1.2 Ecologa o 1.3 Geologa o 1.4 Agricultura o 1.5 Aplicaciones prcticas o 1.6 Metalurgia Extractiva o 1.7 Biolixiviacin 2 Enlaces externos

IntersLa lixiviacin es un mtodo de inters para ciencias tales como:Qumica

La lixiviacin es un proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un slido, mediante la utilizacin de un disolvente lquido. Ambas fases entran en contacto ntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el slido a la fase lquida, lo que produce una separacin de los componentes originales del slido. Algunos ejemplos son: - El azcar se separa por lixiviacin de la remolacha con agua caliente.

- Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soja y de algodn mediante la lixiviacin con disolventes orgnicos. - La extraccin de colorantes se realiza a partir de materias slidas por lixiviacin con alcohol o soda. Dentro de esta tiene una gran importancia en el mbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extraccin de algunos minerales como oro, plata y cobre. Tambin se utiliza en Tecnologa Farmacutica.Ecologa

Tambin es aplicable el trmino en ecologa para indicar el desplazamiento hacia los ros y mares de los desechos y excrementos , adems de otros contaminantes como pueden ser los fertilizantes; producido por el mismo proceso indicado para el fenmeno qumico. Es considerado el fenmeno de desplazamiento de nutrientes siendo estos arrastrados por el agua, provocado este a su vez por la deforestacin antropognica (causada por el hombre).Geologa

En la ciencia geolgica se entiende como lixiviacin al proceso de lavado de un estrato de terreno o capa geolgica por el agua. Como tambin por placas cidas encontradas en las sales que disuelven casi cualquier material slido.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 acumulacin de sales en el terreno, lo que podra ser negativo para las plantas. Esta cantidad adicional de agua se le denomina agua de lixiviado. Si se trata de riego de complementacin, en zonas donde existe una precipitacin anual razonable, el proceso de lixiviacin de los suelos agrcolas se da en forma natural en los periodos de lluvia.Aplicaciones prcticas

Industrialmente la lixiviacin 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. Tambin se le puede decir lixiviacin al tratamiento de los minerales concentrados y otros materiales que contienen metales, la lixiviacin se efecta por medio de un proceso hmedo con cido que disuelve los minerales solubles y los recupera en una solucin cargada de lixiviacin. De uso prctico en la minera mediante la cianuracin del oro y otros minerales.

Metalurgia Extractiva Artculo principal: Lixiviacin (metalurgia).

Es tambin el proceso que se usa en la metalurgia, para trabajar los minerales principalmente oxidados. Desde un tiempo a esta parte se realiza la lixiviacin de minerales sulfurados de cobre mediante procesos de lixiviacin bacteriana. En el caso de la lixiviacin de los minerales de oro (oxidos) el diseo de los pads son de acuerdo a la morfologa de la zona, de acuerdo a esto estaremos iniciando los detalles para la seleccin del tipo de Pad, ya sea pad reutilizable, expandible o el caso de lixiviacin tipo valle (caso de Pierina).Biolixiviacin

Es el proceso en el que se da la lixiviacion asistida por microorganismos, que cumplen el rol de catalizadores. La biolixiviacion es una tcnica usada para la recuperacin de metales como cobre, plata y oro entre otros. Esta ltima aplicacin tambin es conocida como biohidrometalurgia.

BiolixiviacinEnviado por syanez Anuncios Google ANAMMOX bacteria identification and quantification rapid and reliable vermicon service www.vermicon.com Capacitacin Minera-Lima Planificacin y Diseo de Minas Subterrneas. Inicio 26 de Mayo. www.bsgrupo.com Landfill Bacteria Microbes and R&D for Landfills, Odors, Methane inc., Breakdown www.mdgbio.com

1. Resumen 2. 3. Bacterias lixiviantes de minerales. 4. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales. 5. Fuente de carbono, energa y nitrgeno. 6. Composicin qumica del medio de cultivo para Thiobacillus. 7. Oxidacin de in ferroso. 8. Lixiviacin de pirita (FeS3) por Thiobacillus ferrooxidans. 9. Extraccin de metales por lixiviacin bacteriana. 10. Mecanismo directo de lixiviacin bacteriana por Thiobacillus. 11. Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus. 12. Lixiviacin de CuFeS2. 13. Factores que afectan la lixiviacin bacteriana. 14. Temperatura ptima de la lixiviacin bacteriana. 15. Tamao de la partcula y el rea superficial del mineral en la lixiviacin bacteriana. 16. Conclusiones. 17. Bibliografa.

Resumen La extraccin y purificacin de metales a partir de minerales es un proceso qumico que causa contaminacin ambiental. Una alternativa son las bacterias quimilitotroficas del azufre las que pueden oxidar este elemento y generar cido sulfrico, que solubiliza metales mezclados con azufre. Este proceso se conoce como Lixiviacin bacteriana se aplica como una excelente opcin para evitar contaminacin ambiental, el propsito de est breve revisin es sealar las principales caractersticas de la LB. Palabras clave: Minerales, Thiobacillus, minas, metales. I. Antecedentes A finales del siglo XIX S. Winogradsky describi un grupo de bacterias de diversos ambientes: suelo, agua y mina, que crecen por oxidacin de minerales con azufre, hierro, cobre, cobalto, nquel y otros metales, lo que adems asimilan el CO2 y/o carbonatos como fuente de carbono. Por este tipo de metabolismo bioqumico les defini como "bacterias quimiolitotroficas y postul que la energa derivada de la oxidacin del in ferroso a frrico sirve para su crecimiento y asimilacin de CO2" (Snchez-Yez et al., 2000; Harvey y Crundwell, 1997). A finales de 1979 se les conocan como bacterias autotrficas del hierro, entonces slo se describan dos gneros: Ferrobacillus y las especies F. ferrooxidans y F. sulfooxidans y Thiobacillus thiooxidans, est ltima se aisl de un suelo pobre en materia orgnica y en agua de mina; (Lindstrom et al., 1992; Olson, 1991). La lixiviacin bacteriana (LB) es una estrategia biolgica que se emplea para la concentracin y extraccin de metales de minerales sulfurados refractarios de baja ley SMBL (lvarez y Jerez, 1990; Janssrn et al., 1996). En hidrometalurga la LB es sencilla, barata y ecolgica, sus productos no contaminan el ambiente (Navarrete, et al., 2001). Una de sus principales ventajas es la econmica, al aprovechar menas de minerales sulfurados metlicos de baja ley (SMBL), considerados as porque la concentracin del metal de inters es mnima (10mg/ton del mineral) y porque la extraccin por mtodos qumicos 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 public en 1922 con una bacteria quimiolitotrofica desconocida, est investigacin describi una forma biolgica de extraccin de metales como alternativa barata para la explotacin de SMBL, durante 30 aos este informe se ignor hasta el redescubrimiento T. ferrooxidans tolerante a alta concentracin de metales pesados (g L-1): 10 de zinc, 72 de nquel, 30 de cobalto, 55 de cobre y hasta 160 de hierro fundamental en el incremento del costo de fundicin 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 mtodos para la extraccin de metales a partir de minerales: lixiviacin qumica en autoclave, tostacin 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 ste es la causa de la refraccin o resistencia del mineral a la separacin de estos metales. La lixiviacin de sulfuros en autoclave (proceso Sherrit-Gordn), se realiza a elevada temperatura y presin del oxgeno para la oxidacin y solubilizacin del azufre y su eliminacin, como la variante de Homestake en Nevada, E.U.A. Por est tcnica el producto de autoclave, es una solucin cida en la que los metales del mineral son solubles. En tanto un lodo atrapa las especies inertes como arcillas y slice, en la siguiente etapa; la cianuracin se aplica para separar: plomo, cobre y zinc, la tcnica se usa en yacimientos de minas de oro con o sin concentracin de sulfuros, la desventaja de este tratamiento es el alto consumo de oxgeno proporcional a la concentracin de azufre en el mineral adems los metales de los minerales deben ser resistentes a la corrosin (Sand et al., 1993; Sugio et al., 1990). La tostacin es un proceso industrial para la conversin de sulfuros en sulfatos solubles en solucin cida acuosa, que permite cianuracin normal, despus del lavado de residuos. No obstante la tostacin genera dixido de azufre (SO2), no recuperable en pequea o mediana escala, que contamina el ambiente por ello normas de proteccin ambiental restringen su utilizacin. La LB es una actividad biolgica conocida desde la antigedad por fenicios, romanos, rabes y espaoles, que la reportaron en la extraccin de cobre en agua de minas. En 1947 cuando T. ferrooxidans se aisl por primera vez del drenaje de una mina de carbn bituminoso (Kashefi et al., 2001; Olson, 1991). En Espaa en 1950 se report la LB de minerales de cobre en una mina del Ro Tinto, hasta 1970 se confirm que esto fue derivado de la actividad de Thiobacillus sobre el SMBL (Lindstrom et al., 1993; 1992; Suzuki et al., 1990). Cuando la microbiologa avanz, se reporto que Thiobacillus como es clave en la recuperacin 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 informacin sobre tcnicas de aislamiento e identificacin (Brigmon et al., 1995). Adems su potencial en biohidrometalurga para la extraccin de minerales de: cobre, oro, plata, uranio y radio, se limita por inhibicin 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 adems de compuestos orgnicos 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 quimiolitotrofic facultativo con un pH ptimo 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 tcnicas de aislamiento para Thiobacillus y las herramientas moleculares revelan su distribucin en ambientes de mina y suelo. Existen otros procariotes que lixivian SMBL, investigacin "in situ" en minas para extraccin 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, investigacin sobre la ecologa de stas bacterias las clasifica en base a su temperatura de lixiviacin de SMBL. Se reporta que bacterias termfilas y mesfilas lixivian minerales "in situ" en minas para la extraccin oro en Sudfrica (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 extraccin de metales (Golovacheva et al, 1992). El cuadro 1 muestra las principales caractersticas fisiolgicas y bioqumicas de Thiobacillus requeridas para su explotacin (Lpezarchilla y Amils, 19943), T. ferrooxidans crece por oxidacin de in ferroso y azufre inorgnico forma sulfato como producto derivado del cido sulfrico y asimila CO2 como fuente de carbono, su morfologa es semejante a T. thiooxidans, no oxida el in ferroso, ni lixivia SMBL insolubles. Las variables fisiolgicas del cuadro 1 se adaptan para optimizar la actividad lixiviante de T. ferrooxidans en funcin 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 Temperatura Potencial de hidrgeno (pH) Eh 35o C, 100 C* 2.3 -500 mV Valor recomendado

Concentracin del in ferroso (Fe2+) 10 g-1 Concentracin sulfuro metlico (%) Densidad de inculo bacteriano Fuente de Nitrgeno (N) Fuente de Carbono (C) 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 Oxgeno Fuente de energa y/ azufre

O2 intensivo. Azufre mineral, con tamao menor que 32 micras

Referencias: Tuovinen et al., 1994,1991; Kashefi y Lovley, 2000. IV. Fuente de carbono, energa y nitrgeno para Thiobacillus. Esta especie utiliza como fuente de energa para crecer la oxidacin de compuestos reducidos de azufre, que incluye el in ferroso soluble y cobre (Mossman et al., 1999). V. Composicin qumica del medio de cultivo para Thiobacillus. T. ferrooxidans fija de dixido de carbono o carbonatos, para suplir su demanda de carbono, comn en quimiolitotroficos por inyeccin de aire para proveer de CO2 y O2. La demanda de nitrgeno 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. Oxidacin de in ferroso. La oxidacin del in ferroso a frrico no es conocida, se sugiere que Thiobacillus posee dos sitios de transferencia de electrones en la clula, uno para el sistema de oxidacin del azufre y otro para hierro localizados en sitios distintos de la membrana celular (Boon y Heijnen, 1998). El mecanismo de oxidacin del in 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 composicin qumica del medio de cultivo, cuando el in ferroso est en elevada concentracin, si T. ferrooxidans crece slo con azufre elemental como fuente de energa (Lloyd y Macaskie, 2000), la rusticianina acta en la primera etapa de la cadena transportadora de electrones, involucra tres citocromos dos tipos C, uno de clase Al y una coenzima Q est protena depende de que la bacteria reduzca el sulfato asimilatoriamente, l cual despolariza su membrana para permitir al in ferroso enlazar a sitios de transporte de la protena, funciona como ligando para la sntesis de complejos susceptibles de oxidacin a pH menor de 3.5. La sntesis disminuye con rapidez a un pH superior de 2.2, est reaccin biolgica es 500 veces ms rpida que la oxidacin qumica (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 in ferroso con la fosforilacin oxidativa (Sand et al., 1993). VII. Lixiviacin de pirita (FeS3) por Thiobacillus ferrooxidans. T. ferrooxidans se cultiva en pirita como fuente de energa, el anlisis de microscopio electrnico de transmisin indica cambios en la superficie de la pirita, asociado con modificacin de su morfologa. T. ferrooxidans sintetiza un mucopolisacrido, cuando est ntimamente adherido al mineral, ello favorece la oxidacin de azufre para solubilizar el metal del mineral, este sufre corrosin en el sitio especfico de mayor

concentracin de azufre, esto se detecta en la topografa de la pirita en el sitio del ataque bacteriano zona de concentracin del sulfuro. La investigacin con tcnicas de espectroscopia electrnica 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 interaccin bacteria-sulfuro. A) Formacin de una "cpsula" en la regin de lixiviacin por que contiene un transportador/del sulfuro. B) Corrosin del sulfuro en la capa orgnica de absorcin que disuelve el sulfuro, este es un complejo soluble de azufre que ingresa en la clula (Sugio et al., 1990). VIII. Extraccin de metales por lixiviacin bacteriana. Los metales se liberan del mineral por solubilizacin con el cido sulfrico derivado de la oxidacin del azufre en la membrana Thiobacillus, al igual que la del hierro, al igual que en los minerales de uranio que existen como xidos 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 frrico, como se expresa en la siguiente ecuacin. El sulfato de uranio se recupera de la solucin lixiviante por intercambio inico o con solventes orgnicos (Tuovinen et al., 1991). Bacteria UO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4

IX. Mecanismo directo de lixiviacin bacteriana por Thiobacillus. Existen bacterias quimiolitotroficas oxidan directamente minerales sulfurados concentrados. Investigacin por microscopio electrnica de transmisin y barrido revela que estas bacterias se adhieren a la zona de concentracin del azufre para usarlo como fuente de energa y generan el MPS con el que se asegura la unin fsica cpsula-mineral para la oxidacin del azufre inorgnico que produce el cido sulfrico, en consecuencia se causa la solubilizacin del metal del mineral y la desintegracin de su estructura cristalina. (Mossman et al., 1999). Estas observaciones al microscopio electrnico probaron que Thiobacillus disuelve la superficie del cristal del mineral en la zona de concentracin del azufre. Se sabe que la naturaleza qumica de cpsula de Thiobacillus es clave cuando atacan SMBL pues durante est accin se sucede simultneamente la oxidacin del hierro y el azufre. Se sabe que Thiobacillus oxida hidrxidos metlicos mediante dos mecanismos para solubilizar el mineral sulfurado de baja ley. Una implica el ciclo frrico-ferroso o mecanismo indirecto. La otra depende del contacto fsico bacteria-cristal del mineral independiente del ciclo frrico-ferroso. Los SMBL se solubilizan por la oxidacin de Thiobacillus en ausencia de in frrico aerobiosis estricta (Arredondo et al., 1994; Blake et al., 1994; Goebel y Stckebrandt, 1994). Investigacin reciente sugiere que Thiobacillus oxida paralelamente el azufre y el hierro reducido ello facilita la lixiviacin del metal de inters. Se reporta que Thiobacillus detecta el lugar exacto de oxidacin y por quimiotaxis se dirige a ese sitio donde se concentra el azufre del mineral. Por la oxidacin del sulfuro causa perforaciones en la superficie del cristal del SMBL cuya profundidad depende del mineral y varia de acuerdo con su composicin qumica. El proceso se resume como sigue: a) Oxidacin de Fe2+ a Fe3+ (ferroso a frrico) para la sntesis de energa. b) Solubilizacin del azufre de la superficie del mineral por el cido sulfrico derivado de su oxidacin para mantener su crecimiento. c) Unin 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 + 3 02 + H20 FeS04 + H2SO4 Bacteria 2FesO4 + 02 + H2SO4 Fe(SO4)3 + H20 FeS2 + 302 +2H2O 2H2SO4 + 2S

Bacteria 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (Reaccin 1) Mientras que la actividad quimiolitotrofica de Thiobacillus sobre la calcopirita se expresa: Bacteria 2CuFeS2 +8 O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe(S04) + H2O CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S= (Reaccin 2) El sulfuro (S=) producido por Thiobacillus durante la lixiviacin de la pirita (reaccin 2), se oxida por la bacteria y libera cido sulfrico (reaccin 1). Se conoce el papel cataltico de Thiobacillus en est transformacin del SMBL. La actividad de los metabolitos derivados de la oxidacin del azufre requiere un nmero suficiente de Thiobacillus en la superficie del SMBL (Zagury et al., 1994). X. Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus. El sulfato frrico en solucin y la concentracin de oxgeno son bsicos 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 in frrico slo en mezcla es la especie qumica de la lixiviacin de SMBL por Thiobacillus. El in frrico influye indirectamente acta sobre SMBL. Las reacciones siguientes representan el mecanismo en fases aerbica/anaerbica por Thiobacillus en minas (Ahonen y Tuovinen, 1992). (Aerbica) MeS + 2Fe3+ + H2 + 202 Me2+ + 2Fe2+ + S04= + 2H+ (Anaerbica) Fe(S04)3 + FeS2 3FeS04 + 2S= Cuando Thiobacillus oxida el in ferroso a frrico es cclico por: 1) la interaccin del in frrico con SMBL y 2) Por regeneracin del in frrico a ferroso por el cido sulfrico liberado, disminuye el pH el in frrico se reduce a in ferroso para mantener el ciclo en acidez extrema (Fowler y Crundwell, 1998). XI. Lixiviacin Bacteriana de CuFeS2. Thiobacillus lixivia directa e indirectamente minerales por reduccin de in frrico. Normalmente ambos fenmenos son simultneos en la naturaleza. De los minerales los de cobre la calcopirita se lixivia biolgicamente. 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 oxidacin consume sulfato y el pH aumenta lo que provoca la precipitacin del sulfato frrico y las sales de cobre como la anterita. El sulfato frrico se disocia en una reaccin lenta secundaria el hierro forma compuestos como la jarosita con la regeneracin del sulfato de acuerdo con la siguiente reaccin: 2Fe2 (SO4) + 12H2O 4Fe (OH)3 + 6H2SO4 La lixiviacin de calcopirita por T. ferrooxidans para lixiviar cobre en columna es pobre en condicin esttica con una recuperacin del 25% en 60 das, un 40% en 70 das, del 60% en 470 das. Razell y Trussell recobraron un 45% de cobre de calcolpirita en condicin esttica, en agitacin se recuper 35% en 33 das, del 72% al 100% en 12 das, el 59% en 5 das, el 60% en 4 das, el 79% en 6 das, el 50 al 60% de cobre de calcopirita en 4 a 6 das en un tanque con oxigenacin continua lo, que muestra que una elevada tensin de oxigeno en el bioreactor es necesaria para mxima extraccin de metales (Amaro et al., 1994). XII. Factores que afectan la lixiviacin bacteriana. La LB por T. ferrooxidans de SMBL depende de la concentracin del in 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 oxidacin del azufre y sntesis de energa con calcopirita. Depende del sulfuro de zinc de calcocita y covelita que necesitan hierro soluble. El carcter acidoflico de T. ferrooxidans lo comparte con T. thooxidans con hongos del suelo, levaduras y protozoarios en esa condicin fisicoqumica el hierro es disponible para la vida (Kusano et al., 1992). XIII. Temperatura optima de lixiviacin bacteriana. Dos factores crticos 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 ptimo para Thiobacillus est entre 25 y 35oC, para mxima oxidacin de in 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 energa, SMBL a temperatura mayor de 80oC, estas bacterias viven en la naturaleza en ambientes extremos. Por ello se le asocia con la oxidacin de compuestos inorgnicos de S en zonas volcnicas terrestres y marinas (Snchez-Yez y Farias-Rodrguez, 2002). Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotacin de SMBL (Kashefi y Lovley, 2000). XIV. Tamao de la partcula y el rea superficial del mineral en la lixiviacin bacteriana. En soluciones acuosas las partculas slidas del mineral son una fuente de iones. El tamao es clave pues se rea de contacto facilita la oxidacin lenta o rpida, los que tienen dimensin cercanas bacterias son ideales para su lixiviacin. Investigacin al respecto sugiere que el MPS que la bacteria es necesario para su adhesin al mineral, con relacin inversamente proporcional entre la actividad lixiviante de Thiobacillus

sobre SMBL y el tamao de la partcula a medida de que est es menor la velocidad de oxidacin del azufre es mayor en consecuencia la extraccin del metal es rpida lo anterior se reporta para mineral de sulfurado de plata (Gutirrez et al., 2002) XV. Conclusiones La extraccin de metales de valor comercial con bacterias quimiolitotroficas de SMBL, es de inters en biohidrometalurgia para la explotacin de menas que por la baja concentracin del metal no se tratan con mtodos tradicionales. Aunque se emplean con cualquier mineral con un alto contenido en azufre resistentes a los mtodos qumicos establecidos, que requieren un elevado gasto de energa sin que necesariamente el rendimiento sea proporcional a la inversin. El potencial Thiobacillus y archeabacteria para lixiviar minerales incluso radiactivos "in situ" o de reactor, abre prometedoras posibilidades para la optimizacin 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 Ynez, Andrea Luna y Mara de la Paz Jimnez, por sus inolvidables enseanzas, su sabidura, su entrega y su gran corazn. XVI. Agradecimientos Al proyecto de CONACYT No. 0944P-A930 Biolixiviacin de concentrados minerales refractarios de oro y plata por el apoyo econmico. Al Research Contract no. 311-D-1MEX-7944, Agencia Internacional de Energa Atmica, Viena, Austria, por la informacin. Al proyecto 2.7 (2003), Coordinacin de Investigacin Cientfica - UMSNH, Morelia, Mich, por las facilidades para su escritura e informacin. XVII. Bibliografa. Ahonen, L., and O. H. Tuovinen, 1992. Bacterial oxidation of sulfide minerals in column leaching experiments at suboptimal temperatures. Appl Environ. Microbiol. 58 :600-606 Alvarez, S., and C.A, Jerez. 1990. Molecular aspects of the stress response in Thiobacillus ferrooxidans and other bioming microorganisms. pp 439-449. In: J. Salley, R.G. L. Mc Cready, and P.L. Wichlacz (eds.) Biohydrometallurgy. Canada Centre for Mineral and Energy Technology. Otawa, Ontario. Amaro, A.M., K.B. Hallberg., E.B. Lindstrom, and C.A. Jerez. 1994. An immunological assay for detection and enumeration of thermophilic biomining microorganisms. Appl. Environ. Microbiol. 60:3470-3473. Arredondo, R., A. Garca and C.A. Jerez. 1994. Partial removal of lipopolysaccharide from Thiobacillus ferrooxidans affects its adhesion to solids. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2846-2851.

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Autor: Dr. Juan Manuel Snchez-Yez Profesor Investigador de tiempo completo Titular "C". Perfil PROMEP Laboratorio de Microbiologa Ambiental Instituto de Investigaciones Qumico-Biolgicas. Edif.. B-3 Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo, Morelia, Michoacn, Mxico.

viacin bacteriana 1.doc ============================ NUEVAS TENDENCIAS Y ENFOQUES TECNOLGICOS EN LOS PROCESOS DE LIXIVIACION BACTERIANA DE MINERALES DE COBRE

Toms Vargas Centro de Hidrometalurgia/Electrometalurgia Departamentos de Ingeniera Qumica/Ingeniera de Minas Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas de la Universidad de Chile Universidad de Chile tvargas@ing.uchile.cl

Desde la dcada de los 60, cuando se concret la primera aplicacin industrial exitosa de la lixiviacin bacteriana para el tratamiento de los minerales de cobre de baja ley en botaderos (dump leaching), esta tecnologa ha jugado un rol cada vez ms importante en la industria minera del cobre. La lixiviacin bacteriana en botaderos permiti recuperar el cobre desde materiales de descarte que no podan ser tratados econmicamente con las tecnologas convencionales. Su desarrollo alcanz entonces un gran impacto ya que permiti incorporar como reservas los millones de toneladas de minerales de descarte acumulados en diversas minas de cobre del mundo a travs de largos aos de explotacin. Posteriormente, a comienzos de los 80, la lixiviacin bacteriana se comenz a aplicar comercialmente en el tratamiento de minerales de cobre secundarios mediante lixiviacin pilas. En este caso qued demostrado que la lixiviacin bacteriana poda constituir para estos minerales una alternativa ms econmica que el procedimiento convencional de tratamiento va concentracin-fusin. La primera aplicacin comercial de lixiviacin bacteriana en pilas fue en Chile, en la planta Lo Aguirre, con la tecnologa desarrollada por el grupo de la Minera Pudahuel. En este trabajo se revisan primeramente en forma breve las bases conceptuales de la lixiviacin bacteriana sealando los aspectos que son determinantes de su eficiencia y aplicabilidad industrial. Posteriormente, se resea el estado del arte de la biolixiviacin de minerales de cobre en pilas y las perspectivas de desarrollo futuro.

Fundamentos de la Biolixiviacin La recuperacin de cobre desde un mineral sulfurado por la va hidrometalrgica requiere de la disolucin de las especies sulfuradas de cobre contenidas en el mineral. Para lograr esto es necesario lixiviar el

mineral en ambiente cido y en presencia de un agente oxidante, el cual al reducirse capta electrones desde el mineral y posibilita as el rompimiento de su estructura. La disolucin de los sulfuros minerales en condiciones ambientales es termodinmicamente posible en la presencia del oxgeno del aire. La utilizacin del oxgeno, que es un reactivo con alto potencial oxidativo pero cinticamente no muy efectivo en condiciones ambientales, se concretiza indirectamente mediante la incorporacin 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 oxgeno se disuelva en la solucin lixiviante: O2(aire) ---> O2(solucin) (1) b) El oxgeno en solucin oxida al in ferroso disuelto de acuerdo a la reaccin:

l/2O2 (sol) +2 Fe+2 + 2 H + ---> 2Fe+3 + H2O (2) c) El in frrico lixivia qumicamente a los sulfuros de cobre presentes, que se pueden tipificar aqu en el CuS, de acuerdo a la reaccin:

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 reaccin global neta es:

CuS + 1/2O2 + 2H+ ---> Cu+2 + SO + H2O (4) La lixiviacin de sulfuros minerales en base a la cadena de reacciones (1-

4) ocurre espontneamente en soluciones cidas aereadas, pero la velocidad de disolucin del mineral en soluciones abiticas es muy lenta como para ser de inters comercial. Sin embargo, la velocidad de lixiviacin del mineral es fuertemente catalizada en la presencia de ciertos microorganismos lixiviantes acidfilos, es decir que son activos y crecen en medio cido, y auttrofos, es decir para crecer utilizan carbn 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. [C] |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, Per |20.000 |1994 - | |Zaldvar, 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 biolixiviacin de minerales de cobre en pilas

El proceso de biolixiviacin en pilas es muy flexible en cuanto a la escala de produccin. Se tienen plantas BioLIX-SX-EW con grandes producciones, en el orden de 100.000 ton/ao de ctodos, o de pequea escala, 10.000 ton/ao de ctodos, 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" -3/8". En la prctica ms convencional el mineral es previamente curado con cido y aglomerado en tambores de modo de producir un lecho de buena permeabilidad gaseosa y mejorar la distribucin de solucin percolante. Una alternativa tambin usada es la previa remocin de los finos del mineral chancado, los que se derivan a procesos alternativos. Las pilas se irrigan por goteo y/o aspersin con solucin cida recirculada desde SX, con flujos de 10 a 30 lt/hr por metro cuadrado. Los perodos de irrigacin son combinados con perodos de reposo (irrigacin detenida), variando la duracin de ambos segn la planta. La solucin cargada con cobre se recolecta en tubos y/o carpetas recolectoras posicionadas adecuadamente en la zona inferior de la pila. La fraccin ms importante de la poblacin bacteriana se encuentra retenida en el lecho de mineral, ya sea adherida a la superficie de las partculas o presente en la solucin intersticial retenida capilarmente en los aglomerados. Aereacin Para que una pila opere eficientemente en el lecho de mineral deben estar presentes las 3 fases: slido (el mineral), lquido (la solucin lixiviante), y gas (el aire). Solo de este modo se tiene una adecuada rea de interface gas/lquido para la transferencia de oxgeno a la solucin y la eficiente oxidacin del in ferroso en presencia bacterias. Est claro que el inadecuado suministro de aire o solucin en alguna zona del lecho imposibilita el proceso de lixiviacin localmente y contribuye a disminuir la eficiencia del proceso. En las primeras operaciones de lixiviacin bacteriana en pilas se oper utilizando solo aereacin natural. En este caso el suministro de oxgeno al

seno del lecho mineral debera ocurrir por los siguientes mecanismos principales: a) conveccin natural ascendente en los taludes de la pila; b) conveccin natural ascendente en la base de la pila desde los tubos recolectores de solucin ubicados en la base de la pila; c) difusin de oxgeno desde la superficie superior de la pila. En la prctica se observ que la conveccin de aire desde la base se vi inhibida por la formacin de una zona de saturacin de lquido en la base de las pilas que baja fuertemente la permeabilidad gaseosa del lecho. Por otra parte, la conveccin por los taludes slo beneficia a la zona de mineral cercano a estas superficies, lo que considerando las grandes dimensiones de las pilas industriales, slo representa una muy pequea fraccin del mineral total acumulado en la pila.

De este modo, se tiene entonces que usando conveccin natural la principal fuente de oxgeno es producto de la difusin de este elemento desde la superficie superior del lecho de la pila (aunque una fraccin de oxgeno tambin entra como aire arrastrado por la solucin de irrigacin). De este modo la pila presenta una zona superior del lecho bien aereada en donde se centra la poblacin y actividad oxidativa bacteriana. La parte inferior del lecho, no oxigenada, se lixivia fundamentalmente en base de la lixiviacin qumica con el in frrico generado en la zona superior aereada (ver esquema en Figura 2). Este esquema de lecho zonalizado hace que la concentracin de hierro disuelto sea muy crtica, siendo necesario operar con concentraciones sobre 7 g/l, ya que el grado de avance del frente de reaccin hacia la zona inferior del lecho crece con el aumento de su concentracin. [pic] Figura 2. Zonas de reaccin producidas en pilas de biolixiviacin aereadas por conveccin natural.

Considerando la deficiente zonificacin de la aereacin obtenida al usar conveccin natural, se introdujo el soplado de aire con ventiladores a travs de ductos auxiliares insertados en la base del lecho, por sobre la zona de saturacin. La empresa Girilambone (Australia) fue la primera en reportar esta innovacin, la que

result en aumentos notables en la velocidad de lixiviacin y recuperacin final de cobre. Este aumento se debe a la mejor distribucin de oxgeno y de poblacin bacteriana al interior del lecho de mineral que se obtiene con esta metodologa (ver Figuras 3 y 4).

[pic] Figura 3. Concentracin de oxgeno en el interior de una pila de lixiviacin operando con diferentes flujos de aire en la base del lecho. [pic] Figura 4. Distribucin de poblacin de bacterias en el interior del lecho de una pila operando con soplado en base del lecho. La poblacin est cuantificada en cuanto a la capacidad de consumo de oxgeno de la poblacin presente en 1 Ton de mineral.

Cuando hay una adecuada concentracin de oxgeno y poblacin de bacterias al interior del lecho el requerimiento de concentracin de hierro en la solucin lixiviante es menor, ya que el ion frrico es continuamente regenerado en zonas cercanas al sulfuro y su difusin no es factor controlante de la cintica de lixiviacin de cobre. Se estima que en estas condiciones se puede operar eficientemente con concentraciones de hierro de 1 a 2 g/l.

Es importante sealar que desde el punto de vista operacional es difcil obtener una buena distribucin de oxgeno a lo ancho del lecho de mineral, ya que los orificios de los tubos sopladores tienden a obstruirse durante la operacin. Sin embarfo, se han propuesto diversas mejoras tcnicas para subsanar esta dificultad que estn actualmente en proceso de evaluacin en planta. Optimizacin de la actividad oxidativa bacteriana

Para tener un impacto adecuado de la catlisis bacteriana la poblacin bacteriana debe ser suficientemente grande y activa como para mantener el hierro disuelto como in frrico. Poblaciones del orden de 108-109 bacterias/kg mineral se consideran usualmente valores adecuados. Sin embargo, se ha observado que en la prctica 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 momentneamente a concentraciones de cido 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 est en la pila es en parte colonizado por las bacterias presentes en la solucin lixiviante recirculante, acumuladas en los ciclos anteriores. Sin embargo, este proceso puede ser lento ya que la poblacin sobrenadante recirculante es fuertemente reducida al paso de la solucin por SX. En algunos casos es recomendable evaluar la inoculacin adicional del lecho, la que se puede efectuar mediante la irrigacin de soluciones bacteriales crecidas en reactores ad-hoc o incorporando en el lecho del mineral una fraccin de los ripios ya lixiviados, poblados con bacterias.

En las plantas de biolixiviacin las soluciones lixiviantes circulan en circuito cerrado entre las pilas y SX, siendo el nico drenaje la solucin retirada como humedad contenida en los ripios lixiviados retirados del circuito (aproximadamente 120 lt/ton mineral). Este tipo de operacin resulta en el aumento de la fuerza inica de la solucin por acumulacin de iones provenientes de la disolucin de la ganga del mineral.

El anin mayoritario es el in 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 estn por sobre 50 g/l. La inhibicin es prcticamente completa si la concentracin de este in sobrepasa los 100 g/l. La concentracin estacionaria de in sulfato est determinada directamente por el agregado de cido 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 slo 10 kg cido/ton mineral, la concentracin estacionaria de sulfato en el circuito puede alcanzar a 84 g/l. De este ejemplo se deduce la importancia de revisar las necesidades de cido en el curado, ya que el agregado indiscriminado de este reactivo en esta etapa puede resultar en una sub utilizacin del poder cataltico 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 ptima a 20 - 25 C y se sabe que su actividad decae prcticamente un 50% por cada 7 C de cada de la temperatura.

La temperatura dentro de una pila est generalmente determinada por los siguientes factores principales: el clima local (temperatura ambiente, radiacin solar, velocidad del viento), velocidad de evaporacin, calor de reaccin de los procesos oxidativos, temperatura solucin de irrigacin, rgimen y flujos de irrigacin, velocidad de aereacin.

La evaporacin es un aspecto particularmente importante en el balance de calor de una pila y es afectado por factores como los flujos y rgimen de irrigacin, temperaturas de la pila y las soluciones y por las condiciones climticas locales. La aereacin, si bien es recomendable dado su efecto positivo sobre la oxigenacin y poblacin bacteriana del lecho, debe aplicarse con mesura dado el enfriamiento que puede ocasionar la evaporacin que produce en el interior del lecho.

En la irrigacin, la evaporacin se puede minimizar usando el sistema de drippers que evita el enfriamiento de las pilas incluso en climas temperados. En la operacin de Quebrada Blanca, por ejemplo, el uso de drippers, el calentamiento del aglomerado, y conjugado con el uso de aislamiento trmico de las pilas, result en una operacin a 20 C en una zona climtica en donde la temperatura promedio es 5 C.

La produccin de calor asociada a la naturaleza exotrmica de las reacciones de lixiviacin puede ser significativa solo cuando importantes cantidades de sulfuros se oxidan en perodos de tiempo

relativamente cortos. En este contexto, el contenido de pirita del mineral tiene un rol determinante dado la gran exotermicidad asociada a la oxidacin de este sulfuro. Tambin el uso de altas concentraciones de sulfuro por unidad de lecho favorece la generacin de calor, como es el caso del proceso Geocoat que opera con pilas de mineral enriquecidas con una capa superficial de concentrado. La acumulacin del calor generado en las reacciones de oxidacin se puede optimizar tambin si se controla adecuadamente la irrigacin de soluciones y la aereacin. Trabajos de modelacin han demostrado que el alto de la pila es un factor que tambin ayuda a la temperatura de las pila, encontrndose que esta aumenta con el cuadrado del alto de la pila.

El control y optimizacin de la temperatura en pilas de biolixiviacin se est explorando particularmente en relacin con la aplicacin de este proceso al tratamiento de minerales calcopirticos, sulfuro que se lixivia mas eficientemente con microorganismos termfilos. La idea es que las pilas se calienten inicialmente en base a la accin oxidativa de los organismos mesfilos, que operan a 20 - 30 C. En la medida que la temperatura de las pilas aumenta sobre 40 C, los mesfilos son desplazados por termfilos moderados que operan a 40 60 C y oxidan ferroso y azufre. Los termfilos moderados pueden desplazar eventualmente a los termfilos moderados si se llega a temperaturas sobre 60 C. El clculo en base a modelos indica que la temperatura que se alcance cuando se traten minerales calcopirita en pilas solo ser suficiente para activar a los termfilos moderados. Sin embargo, la lixiviacin con este tipo de microorganismo ya ofrece una importante ventaja en relacin a la operacin con mesfilos a temperatura ambiente, en la cual este mineral se pasiva obtenindose muy bajas recuperaciones.

Remining

Incluso cuando una pila opera eficientemente usando aireacin forzada

a travs de la base del lecho, los perfiles de concentracin de cobre en el mineral residual a lo alto del lecho indican que siempre hay una menor recuperacin en la zona inferior de la pila (ver Figura 5). Este comportamiento se puede asociar en principio a la alta concentracin de cobre que hay en la solucin lixiviante presente en la parta baja de la pila, lo que inhibira la remocin de cobre desde el mineral por difusin. Para contrarestar este problema en varias operaciones se practica exitosamente el remaining, procedimiento mediante el cual mediante palas mecnicas el mineral que est originalmente en la base de la pila se pone en la parte superior, para luego continuar la irrigacin.

Conclusiones

Con los criterios actuales de diseo y operacin con esta tecnologa es posible recuperar desde estos minerales entre el 75 y 95% del cobre contenido en perodos de lixiviacin 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 diseo. Para mejorar en forma sistemtica la eficiencia del proceso a nivel industrial se requiere afianzar los criterios de diseo y operacin del proceso. En particular: a) se debe determinar ms rigurosamente en el diseo de cada operacin las condiciones que permiten maximizar la actividad y poblacin de los microorganismos lixiviantes; b) la optimizacin del suministro adecuado de oxgeno al lecho requiere de un mejor control del proceso de aglomeracin del mineral y de construccin del lecho de la pila de modo de minimizar la formacin de la zona de saturacin.

[pic] Figura 5. Perfil de recuperacin de cobre a lo alto del lecho mineral en una pila biolixiviada.

En el actual estado de desarrollo, la aplicacin econmica de esta tecnologa est restringida a minerales de cobre secundarios, es decir aquellos en que predominan las especies minerales calcosina, covelina y bornita, cuyas velocidades de lixiviacin son suficientemente rpidas en condiciones ambientales. En este tipo de minerales ofrece una alternativa de tratamiento ms econmica y menos contaminante que el proceso convencional de concentracin-fusin. Sin embargo, la gran limitacin de la biolixiviacin en pilas es que la tecnologa actual nos es aplicable para tratar econmicamente minerales ricos en calcopirita, un mineral muy refractario a la lixiviacin 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 ms eficiente bajo la accin cataltica de microorganismos termfilos -que operan a temperaturas del orden de 6080C. Por lo tanto, es interesante explorar la factibilidad de operar las pilas de biolixiviacin en condiciones de operacin tales que permitan activar el desarrollo de este tipo de microorganismos.

Finalmente hay que sealar que la biolixiviacin, siendo un proceso que incorpora aspectos biotecnolgicos, requiere de incluir en su diseo y operacin los criterios conceptuales de la bioqumica y la microbiologa. Dado que estos conocimientos no forman usualmente parte de la formacin curricular de los ingenieros metalurgistas, qumicos o de minas que estn a cargo de estos proyectos, es aconsejable incorporar en los equipos de ingenieros tambin personal entrenado en bioqumica y/o microbiologa. Est comprobado que los equipos multidisciplinarios en este campo son los que han permitido los avances cualitativos en el desarrollo de las diversas tecnologas de biolixiviacin existentes. ----------------------Cu+2 T.f. Figure 1. Cadena de transporte de electrones involucrada en la biolixiviacin de un sulfuro en presencia de iones Fe+2, Fe+3 y oxgeno. (Solution) O2 (air)

eCuxS H2O H+, O2 Fe+2 Fe+3

Lixiviacin bacteriana o biolixiviacin

Introduccin La biolixiviacin de minerales, concentrados y relaves sulfurados que contienen Au y Cu encapsulados es un concepto relativamente nuevo en comparacin a los procesos de tostacin, oxidacin a presin y/o oxidacin qumica, y rpidamente fue establecido como un pre-tratamiento alternativo de oxidacin viable. La tcnica de oxidacin bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados aurferos se fundamenta en la accin efectiva de la bacteria Thiobacillus Ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato, y para oxidar el in ferroso a in frrico. El Thiobacillus Ferrooxidans es eficaz en ambiente cido, aerbico, mvil y quimioautotrfico y se presenta en forma de bastoncitos de 1-2 n de largo por 0.5-1.0 n de ancho, gran negativas. Presentan punto isoelctrico entorno de 4.0 5.0 y se desenvuelven en el intervalo de temperatura de 28 - 35 C. La fuente de energa fundamental para el Thiobacillus Ferrooxidans es el in Fe+2, pudiendo ser utilizados tambin el azufre y sus formas reducidas. Usa nutrientes bsicos para su metabolismo a base de N, P, K, y Mg, Ca, como elementos de trazo. La biolixiviacin de sulfuros como proceso biohidrometalrgico involucra un conjunto de reacciones qumicas, metablicas, enzimticas y no enzimticas, en el cul el mineral insoluble es oxidado y otros metales de inters son liberados en solucin. Microorganismos y su aplicacin en la biogeotecnologa de metales Microorganismos y reas de aplicacin en hidrometalurgia Hasta ahora los siguientes procesos microbiolgicos son de importancia en la hidrometalurgia. a. Oxidacin de sulfuros, azufre elemental y fierro ferroso.

b. Produccin de compuestos orgnicos, perxidos, etc. por microorganismos organotrficos, los cuales atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable.

c. Acumulacin de elementos qumicos o su precipitacin por microorganismos. Rol de la bacteria en la oxidacin de Fe2, S y sulfuros La oxidacin de Fe3, S y sulfuros esta mediada bsicamente por las bacterias del gnero Thibacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus y Acidianus. Especialmente importante para la hidrometalurgia son las bacterias acidoflicas, a bajos valores de pH los metales son solubilizados y pueden eventualmente recuperarse como un producto comercial.

Oxidacin de Fe2+, S Tabla N 1. Microorganismos de importancia en Hidrometalurgia (Anexo) Ferroxidans y otras bacterias. La reaccin de oxidacin se realiza probablemente de acuerdo al esquema siguiente: bacteria 4Fe2 + O2 + 4H4 ----------> 4Fe3+ + 2H2O (1) DELTA G300C = -38.0 Kj.mol-1 Esta reaccin es importante para lixiviacin de metales pues permite la acumulacin de biomasa bacteriana en minerales y soluciones; obtener una fuerte oxidacin de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox en el medio.

Oxidacin 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 oxidacin bacterial de Fe2 +, S y sulfuros La oxidacin de Fe2+ y compuestos reducidos de azufre; por la bacteria es en extremo complejo y un proceso de mltiples etapas las cuales no han sido profundamente investigadas. Involucra la adhesin bacteriana a minerales, su destruccin, solubilizacin de azfre, transporte de S, Fe2+ o iones de otros metales hacia la clula y su oxidacin. Como ha sido demostrado por la oxidacin 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 oxidacin no se realiza. Este modelo ha sido tambin propuesto para otros minerales. En una mezcla de diferentes sulfuros formando parejas galvnicas la bacteria preferencialmente oxida a aquellos con un bajo EP, por ejemplo: sulfuroanodo. Obviamente, la direccin de oxidacin microbiolgica de los sulfuros coincide con la oxidacin electroqumica. Por lo tanto puede ser considerado como un proceso electroqumico biolgicamente intensificado o corrosivo. Tambin un ataque bacteriano al sulfuro aumenta la deformacin de la estructura cristalina facilitando el proceso de oxidacin.

Ver tabla 3. (Anexo) Caractersticas de las bacterias oxidantes de Fe2+, S y sulfuros Gnero Thiobacillus Pequeos bacilos gran negativos. Mviles por medio de un flagelo polar. No forman esporas, estrictamente aerobios (excepto Thiobacillus denitrificans, que es aerobio facultativo). T. ferrooxidans: es fcilmente aislado de los drenajes de las minas. Crecen sobre medio lquido con Fe2+ y Sulfuros, como en medio solido de slica gel o poliacrilamida.

Caractersticas de Thiobacillus acidoflicos quimiolitoautotrficos obligados (Anexo)

Caractersticas de los Thiobacillus acidoflicos quimiolitoautotrficos facultativos (Anexo)

Caractersticas de las especies del gnero Sulfobacillus (Anexo)

Caractersticas de las especies del gnero Leptospirillum ferrooxidans (Anexo)

Caractersticas de los termoacidoflicos que participan en los ciclos del azufre y fierro (Anexo).

Otros heterotrficos contaminantes de T. ferrooxidans

Asociacin sintrfica de bacterias fierro y azufre oxidantes

Composicin de medios nutrientes Aislamientos sucesivos de nuevos y ya conocidos microorganismos activos en el proceso biogeoqumico y una alta velocidad de lixiviacin de metales depende de la calidad del medio nutritivo. A continuacin veremos la composicin de los medios nutritivos probados para el aislamiento y cultivo de los microorganismos ms importantes en la biogeotecnologa de metales. Mtodos de enumeracin de microorganismos

Mtodo de dilucin en serie Este mtodo es el ms antiguo de todos. An es muy usado para numerar clulas viables de microorganismos autotrficos y heterotrficos. Con la finalidad de obtener la dilucin final (1010) se usa el medio nutritivo adecuado en vez del agua. En la prctica para enumerar bacterias en 1 ml de solucin 1 gr de mineral se usan tablas basadas en la variacin estadstica de mtodos. Enumeracin de colonias Las colonias son obtenidas por inoculacin de medio slido o por fijacin sobre un filtro de membrana despus de filtracin. El nmero ptimo de colonias estimadas por placa est entre 30 - 300. Enumeracin usando un microscopio La enumeracin directa de clulas es realizada en porta-objetos al microscopio o usando diferentes tipos de cmaras de conteo, por ejemplo: Thoma, Petrov, Hauser, etc. A continuacin detallaremos varios mtodos modernos para enumeracin de T. ferrooxidans. Estos mtodos son viables para numerar a estas bacterias sino tambin para numerar diferentes especies de thiobacillus. Esto es en extremo importante ya que el mismo medio puede ser usado para cultivar bacteria de diferente taxonoma haciendo difcil su identificacin.

Mtodo indirecto de tincin de anticuerpos fluorescentes Este mtodo viable para la identificacin 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. Determinacin de la actividad bacterial Determinacin la fijacin de CO2 La actividad del crecimiento bacteriano de los quimiolitoautotrficos en botaderos, tanques de lixiviacin puede ser determinado por la intensidad de fijacin de CO2. Describiremos algunos ejemplos de la aplicacin de este mtodo. Agua cida 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 mtodos de determinacin de actividad bacterial En la lixiviacin de botaderos y mdulos es posible determinar la velocidad de oxidacin bacterial del Fe2+ solo en la solucin. La actividad de las bacterias oxidantes de Fe2+ en soluciones se ha demostrado, no ser siempre favorable, y el nmero de clulas es frecuentemente bajo variando de 2.5 x 104 a 2.5 x 106 clulas/ml. La muestra de agua tambin difieren en actividad bacterial. Por lo tanto, la eficiencia de oxidacin de Fe2+ debe ser determinada en diferentes lugares de la operacin de lixiviacin. 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 electroqumicos de la biolixiviacin La bacteria del tipo "Thiobacillus" adems de propiciar la formacin de sulfato ferroso, azufre elemental y compuestos solubles de azufre inorgnico, tambin puede oxidar muchos minerales sulfurados utilizndolos como donadores de electrones. Simultneo al proceso de oxidacin, la bacteria utiliza el CO2 como su fuente de carbono. Electroqumica de minerales sulfurados Los minerales nobles son los menos suceptibles a oxidacin y por ende los ms activos son fcilmente oxidables. Cuando dos sulfuros entran en contacto con un

medio lixiviante se establece una celda galvnica dentro de la cual el sulfuro ms activo se corroe mientras que el ms noble se protege catdicamente. La energa para el proceso de disolucin galvnica es la diferencia de potencial entre el par galvnico, mientras que la velocidad de oxidacin andica es la corriente galvnica que fluye a travs de este circuito. Influencia del potencial y pH El potencial de oxidacin, Eh, de un sistema de lixiviacin 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 disolucin. Los dos parmetros ms importantes que controlan las reacciones de biolixiviacin son el potencial y el pH puesto que influyen directamente en la actividad metablica de la bacteria. Mecanismos de reaccin electrobioqumicos Las probables reacciones involucradas en la biolixiviacin de sulfuros complejos son: 1. Pb - Zn - Cu: ZnS = Zn2+ + 2e- + S (Oxidacin andica de la esfalerita) PbS = Pb2+ + 2e- + S (Oxidacin andica de la galena) (PbSO4 precipita en un medio biolixiviante) CuFeS2 = Cu2+ + Fe2+ + 4e- + S (Oxidacin andica de la chalcopirita) O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O(Reduccin catdica del oxgeno en la superficie de los minerales ms nobles, tales como pirita y chalcopirita) La oxidacin de la esfalerita ser una reaccin prominentemente andica, mientras que la reaccin andica de la chalcopirita sucede solamente si sta entra en contacto con la pirita. 2. Cu - Ni - Fe; FeS = Fe2+ + S + 2e- (Oxidacin andica de la pirrotita) (FexNi1-x)9S8 = 9xFe2+ + 9(1-x)Ni2+ + 8S + 18e(Oxidacin andica de la pentladita) La reaccin total generalizada puede expresarse de la siguiente forma:

2MS + O2 + 4H+ = 2M2+ + 2S + 2H2O El azufre elemental producto de la oxidacin andica se acumula en la superficie lixiviada y puede actuar como una barrera difusional disminuyendo la velocidad de lixiviacin. Adosamiento bacteriano y mejoramiento de cepas Los siguientes factores deben tomarse en cuenta para un proceso de biolixiviacin eficiente en el tratamiento de minerales complejos. a. El adosamiento bacteriano en reas selectivas de los sulfuros y el ataque directo.

b. Uso de cepas especialmente adaptadas a minerales especficos y tolerantes a metales.

c. Uso de bacterias genticamente preparadas. El adosamiento bacteriano a superficies minerales ha sido estudiado ampliamente, microfotografas demuestran que la mayor parte de las bacterias se encuentran en el sustrato slido fuertemente adosadas. Tratamiento de minerales refractarios de oro Minerales refractarios o ms apropiadamente, minerales problema, se presentan en diferentes formas. Estas incluyen al oro qumicamente 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 comn existiendo numerosos depsitos alrededor del mundo con esta problemtica: Campbell Red Lake Mines, The Giant Yellowknife Mines, Dickenson Joint Venture y The Kerr Addison Mines en Canad, otros depsitos 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, Prgera en Pagua New Guinea, y otros depsitos en Australia, Brasil y Per. Procedimientos tcnicos de recuperacin del Au a partir de mineraleds

refractarios Cuando el oro es encapsulado o asociado con sulfuros, su procesamiento generalmente comienza con flotacin de un concentrado. Actualmente existen tres alternativas para el tratamiento de estos productos: tostacin, lixiviacin a presin y lixiviacin bacteriana. Concentracin por flotacin Los relaves provenientes de la flotacin de valores polimetalicos: Pb-Ag y Zn, son previamente acondicionados para posteriormente flotar los valores de Py y Aspy aurferos. La obtencin del concentrado Aspy es factible por 2 mtodos de Flotacin 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 flotacin Py. 2do.A partir del Relave Final, por Flotacin Diferencial Directa, flotando 1ro la Py y deprimiendo la Aspy co n Na2S, para posteriormente acondicionar y flotar los valores de Aspy. Apndice: Ecuaciones usades para usadas para los clculos de biolixiviacin 1. Cambio de masa durante biolixiviacin

2. Adicin de cido para estabilizar la pulpa de biolixiviacin.

3. Consumo de cal durante biolixiviacin

4. Cantidad neta de cido generado/consumido durante la biolixiviacin.

5. Remocin de sulfuros

6. Disolucin de cobre --El autor cuenta con el trabajo completo e intercambia temas afines Tambin cuenta con otros trabajos de diferentes especialidades de ingeniera: patentes, EIA, qumica, contaminacin ambiental, industria alimentaria, etc. --Jorge Humberto M. jorgeapm2@yahoo.es jorgeapm1@latinmail.com

Autor:

Jorge Humberto

| Area:

Riesgos Laborales

Ttulo: Lixiviacin bacteriana o biolixiviacin Etiquetas: MINERALES y OXIDACIN

| Fecha de publicacin:

18/01/2002 14:59:12

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