UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN FACULTAD DE CIENCIAS ESCULA DE BIOLOGIA Y MICROBIOLOGIA
LIXIVIACION MICROBIANA INTEGRANTES : •
Montesinos Vilcapaza , Mayte de la flor 08-32407
•
Huayta Osco , Yuly Maribel
08-32408
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
• Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947
Thiobacillus ferrooxidans
• Determinando que era el responsable de la oxidación de los minerales sulfurados que contenían el metal rojo
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
• Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947
Thiobacillus ferrooxidans
• Determinando que era el responsable de la oxidación de los minerales sulfurados que contenían el metal rojo
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
Acelerando su lixiviación desde minerales de baja ley. Las bacterias liberan fuerzas químicas y biológicas Refuerzan en un plan común que explota la biotecnología
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
Figura 1: Biolixiviación en biorreactores Tanque aireados y agitados
BIOMINERÍA • Disciplina que estudia y aplica la utilización de M’os para facilitar la extracción y recuperación de metales
Desde yacimientos (conteniendo hierro y/o sulfuros)
Concentrados biorreactores.
sulfurados
en
pilas
o
VENTAJAS
Económico ( costo-eficacia).
Amigable al medio ambiente.
VENTAJAS
• Aplica a procesos con yacimientos de baja ley de metales.
• Proceso muy antiguo que a la actualidad ampliamente es usado en la industria minera.
Figura 2 : Kasese planta (Andy Carter, Wardrop)
Figura 3 : Método de un proceso tradicional Zammit y cols ( 2010).
BIOMINERÍA
La Biominería aplica la biotecnología a la industria minero metalúrgica en tres bioprocesos :
Biolixiviación
Biooxidación
biomineralización
BIOMINERÍA
Para lograr la purificación de metales .
Se necesita el empleo microorganismos específicos con variaciones con el sustrato y los productos. Aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.
BIOMINERÍA IMPLICA
BIOMINERÍA
BIOMINERIA BIOLIXIVIACION BIOOXIDACION BIOMINERALIZACION
Figura 4: Planta donde se realiza biolixiviacion
BIOLIXIVIACION
Es una tecnología que emplea bacterias especificas
Para lixiviar, o extraer, algún metal de valor
Como ejemplo uranio, cobre, zinc, níquel y cobalto presente en las menas o en un concentrado mineral.
BIOLIXIVIACION
•
Como producto final de la biolixiviación
Se obtiene una solución ácida que contiene el metal valor en su forma soluble.
BIOLIXIVIACION
Figura 5: Microorganismos que pueden realizar biolixiviacion
BIOLIXIVIACION •
Es un proceso natural de disolución que resulta de la acción de un grupo de M’os con habilidad de oxidar minerales sulfurados.
Permitiendo la liberación de los metales contenidos en ellos.
BIOLIXIVIACION •
Mecanismo por el cual los microorganismos o sus productos atacan o se adhieran al mineral
Son para lograr la solubilización de metales
Generando ion férrico ( Fe3+) y ácido (H2SO4).
BIOLIXIVIACION
Figura 6: Solubilización de metales generando ion férrico ( Fe 3+) y ácido (H2SO4).
BIOLIXIVIACION CUADRO 1: Bacterias asociadas a la lixiviación de minerales
Fuente : M. Semenza, 2000.
BIOLIXIVIACION •
Mecanismo por el cual los microorganismos descomponen la matriz del mineral y permiten exponer el metal atrapado
Para lograr que un agente químico (cianuro) potencie su proceso de extracción.
Ejemplo : Leptospirillum , Thiobacillus ferrooxidans y Thiobacillus thiooxidans .
BIOOXIDACION
• A diferencia
de la biolixiviación
No se produce férrico y ácido
Microorganismos no solubilizan el metal.
BIOOXIDACION
ORO
pH ácido
Después
Antes Figura 7: Proceso de biooxidación
BIOOXIDACION •
La Biooxidación involucra el pretratamiento que realizan las bacterias .
Minerales/concentrados refractarios de oro (arsenopirita, pirita)
Permitiendo que el valor metálico permanezca en la fase sólida ( insoluble)
BIOOXIDACION
Para ser recuperado a través :
Cianuración
Donde la solución es descartada previo tratamiento (neutralización).
BIOOXIDACION
Figura 8: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):
BIOOXIDACION
Figura 9: BIOOXIDACIÓN DE ARSENOPIRITA (ORO):
BIOMINERALIZACION
Mecanismo por el cual se degradan y/o digieren los minerales por acción de los microorganismos.
Enzimas o sus asociaciones: biopelículas
Hasta formar nano partículas ( 10 nm)
BIOMINERALIZACION
Hasta formar nano partículas ( 10 nm)
Presentan fases en producción de coloides.
solución
con
En cuya matriz nano bioorgánica pueden presentarse compuestos como Exopolisacáridos (EPS), cápsulas orgánicas.
BIOMINERALIZACION
Nano partículas de mineral
pH ácido Bacteria EPS
Antes
Después
Figura 10: Proceso de biomineralización
ASPECTOS MICROBIOLÓGICOS
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS
ADAPTABILIDAD
OBTENCION DE ENERGIA
MEDIO AMBIENTE
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS ADAPTABILIDAD
Las bacterias junto con las cianobacterias (algas verdeazules) son organismos unicelulares inferiores.
Se ven compensadas por la inmensa diversidad de características metabólicas y por su gran adaptabilidad.
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS OBTENCION DE ENERGIA
Organismos quimiolitótrofos
Obtienen su energía mediante la oxidación de materiales inorgánicos .
Autótrofos
Utilizan el CO2 del aire como única fuente de carbono (autótrofos obligados).
LIXIVIACIÓN AUTÓTROFOS
Los quimiolitotrofos, fijan el CO 2 y obtienen energía de metales ferrosos o compuestos de azufre reducido que resulta en la producción de Fe(III) y H 2SO4. M’os involucrados en lixiviación autótrofos
Bacterias Azufre oxidantes, por ejemplo, Thiobacillus thiooxidans. Bacterias oxidantes de azufre y de hierro, Leptospirillum ferroxidans.
Proceso Biomining (escala industrial )
Minerales de cobre y uranio de bajo grado son lavados para extraer los metales. M. refractarios de oro son lavados para eliminar Arsenopirita antes de la cianidación convencional. bacteria utilizada es mesofílica, operan a 30 ºC o leve termófilos 45 ºC.
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS OBTENCION DE ENERGIA
Los heterótrofos
Obtienen orgánicos.
metabolizando
compuestos
Algunos heterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos en determinadas condiciones (autótrofos facultativos).
LIXIVIACIÓN HETERÓTROFOS
Muchas especies de hongos se utilizan para lavar metales de desechos industriales, minerales de baja ley y otros minerales. Lixiviación Heterótrofos por hongos se produce como resultado de varios procesos
Inmovilización Utilización de metales solubles e insolubles por la adsorción. En las células vivas la actividad metabólica puede influir Bioadsorción debido a cambios en:
Reflujo de protones. Producción de sideróforos. Producción de ácido orgánico.
pH Sustancias Orgánicos e inorgánicos de nutrientes Metabolitos en el entorno celular.
Una vez dentro de las células, metales pueden ser enlazadas, precipitados, localizados dentro de estructuras celulares intra o orgánulos o translocados a estructuras específicas.
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS BACTERIAS MEDIO AMBIENTE
Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos característicos de temperatura. Ejemplos :
Algunas, las criófilas, en frío (< 20°C)
Mesófilas, en caliente (20-40°C)
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS BACTERIAS BACTERIAS MEDIO AMBIENTE
Termófilas moderadas
En un medio más caliente (40-55°C)
Algunas, las termófilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55°C).
CLASIFICACION CLASIFICACION
Los M’os acidófilos importantes en biolixiviación se clasifican en tres grupos:
Tipo de M’os • MESOFILOS •TERMOFILOS MODERADOS
• TERMOFILOS EXTREMOS
Genero Thiobacillus y Leptospirillium Sulfobacillus Sulfolobulos acidanus Metalodpahera y Sulfurococcus
METABOLISMO BACTERIANO
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de carbono
Y a su vez, este mismo compuesto es la fuente de energía.
La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de este grupo.
METABOLISMO BACTERIANO
Figura 11: Proceso de organismos quimiheterotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos
Como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono.
Nitrobacter , Thiobacillus.
METABOLISMO BACTERIANO
Figura 12: Proceso de organismos quimioautotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono.
Rodospirillum y Cloroflexus.
METABOLISMO BACTERIANO
Figura 13: Proceso de organismos fotoheterotrofos
METABOLISMO BACTERIANO
Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono.
Bacterias purpureas.
METABOLISMO BACTERIANO
Figura 14: Proceso de organismos fotoautotrofos
METABOLISMO BACTERIANO CUADRO 2 : METABOLISMO BACTERIANO
Fuente: Esparza,M y cols 2001.
LA BIORREMEDIACIÓN
Llevada a cabo mediante la biotransformación, ya que los metales no son cptos biodegradables. retención de metales en el citoplasma
Bioacumulación y biosorción.
Solubilización catalizada biológicament e. Biosorbidos (directa) y coprecipitado (indirecta).
inmoviliza los iones metálicos de carga +
R. redox catalizadas biológicament e. B. reductoras de metales, reducen por enzimática directa
LA BIORREMEDIACIÓN Figura: interacción entre metales y microorganismos.
Fuente: Ledin, 2000.
Biolixiviación (movilización microbiana de metales)
Acidithiobacillus ferrooxidans •
“acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido
•
“thio” porque es capaz compuestos de azufre
•
“bacillus” porque tiene forma de bastón.
•
“ferrooxidans”, porque además puede oxidar el hierro .
de
oxidar
Acidithiobacillus ferrooxidans
Se alimentan impurezas Azufre
Hierro
principalmente
de
2
COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA
CO2 + [Fe/S] Medio ambiente aeróbico
CO2+ [Fe/S]
A.ferrooxidans
Figura 15: Ciclo de Calvin
COMO BACTERIA MODELO DE ESTUDIOS EN BIOMINERÍA
CO2+ [Fe/S]
Figura 16: Reacciones
VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIAN A •Requiere poca inversión de capital Las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas acidas de minas.
• Bajos costos de operación en comparación con los procesos convencionales. • Ausencia de polución o ambiental durante el proceso.
contaminación
VENTAJAS EN LA TECNOLOGIA MICROBIAN A
• Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones. • La técnica de oxidación bacteriana
Permite el tratamiento sulfurados auríferos
de
minerales
Se fundamenta en la acción efectiva T. ferrooxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Leptospirillum ferroxidans •Leptospirillum ferriphilum •thermoferrooxidans •Thiobacillus ferrooxidans
Figura 17: Leptospirillum ferroxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
• Acidithiobacillus thiooxidans • At. Caldus •Hydrogenobaculum acidophilum •Iron- and sulfur –oxidizers •Thiomonas cuprina
Figura 18: Acidithiobacillus thiooxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
• Acidocella spp.
Figura 19: Acidocella spp
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
•Ferrimicrobium acidiphilum •Ferroplasma acidiphilum •Fp. Acidarmanus • Acidimicrobium ferroxidans
Figura 20: Acidimicrobium ferroxidans
TIPOS DE BACTERIAS QUE PARTICIPAN EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES
• Acidithiobacillus ferroxidans • Alicyclobacillus spp. •Sulfobacillus spp.
Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans
LIXIVIACION MICROBIANA Acidithiobacillus ferrooxidans
Figura 20: Acidithiobacillus ferroxidans
Acidithiobacillus ferrooxidans
• Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a partir de minerales
En general, pertenecientes al género
Acidithiobacillus.
Acidithiobacillus ferrooxidans
Presenta forma bacilar, gram negativas, de 0.5 a 1.7um,aerobio, acidofilo , temperatura (25-35ºC)
Capaz de oxidar compuestos inorgánicos como iones ferroso y azufre
Acidithiobacillus ferrooxidans
• Es considerada como el mayor contribuyente en la producción de aguas ácidas que drenan de depositos de metales sulfurados
Gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando soluciones ácidas de sulfato férrico.
Acidithiobacillus ferrooxidans
Figura 21: Bacteria biolixiviante Acidithiobacillus ferroxidans
LIXIVIACION MICROBIANA Leptospirillum ferrooxidans
Figura 22: Espiral de células de ferrooxidans Leptospirillum.
Leptospirillum ferrooxidans
• Son vibriones en forma de espira
Móviles por la presencia de un flagelo polar simple.
• Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energética.
Leptospirillum ferrooxidans
•
Las colonias sobre silica gel son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de fierro férrico.
Son aerobios estrictos y quimioautotróficos obligados.
LIXIVIACION MICROBIANA Thiobacillus thiooxidans
Figura 22: Thiobacillus thiooxidans
Thiobacillus thiooxidans
Se lo puede encontrar en depósitos de azufre y sulfurosos
Desde donde es fácil aislarlos.
Se caracteriza porque sólo es capaz de oxidar azufre.
Thiobacillus thiooxidans
Desarrollan a temperatura 5ºC-40ºC, a un pH en el rango de 0.6 a 6.0
Siendo el óptimo 2.5.
Son aerobios estrictos.
LIXIVIACION MICROBIANA Thiobacillus acidophilus
Figura 23 : Thiobacillus acidophilus
Thiobacillus acidophilus
Aislado por primera vez por Markosyan en 1973 a partir de minerales
Describiéndolo
con
el
nombre
de
T.
organoparus.
Forma bacilar, son aerobios estrictos, oxida azufre
Utiliza compuestos orgánicos
LIXIVIACION MICROBIANA Sulfolobus
Figura 24 : Sulfolobus
Sulfolobus
Son bacterias gram negativas, que se presentan como células esféricas, con lóbulos, inmóviles, y la ausencia de flagelos y endosporas. Su pared celular carece de mureina.
LIXIVIACION MICROBIANA DESARROLLO BACTERIANO
Control de los factores
Efecto sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias es importante en el proceso de lixiviación bacteriana
Como el pH, la presencia de oxigeno, la temperatura, la influencia de la luz, entre otros .
DESARROLLO BACTERIANO PH
En general :
T. ferrooxidans, desarrollan bien en medios
ácidos 1.5 a 2.5
Thiobacillusm TH2 y TH3 se desarrollan a un
PH 6.0
DESARROLLO BACTERIANO CUADRO 4: PH ADECUADO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO OXÍGENO Y CO2
La disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción de metales por bacterias.
No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado en ambientes de lixiviación.
DESARROLLO BACTERIANO OXÍGENO Y CO2
El dioxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.
DESARROLLO BACTERIANO CUADRO 5: FUENTE DE CARBON
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO FUENTE DE ENERGÍA :
Los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los iones ferroso y azufre inorgánico.
El fierro ferroso debe ser suplementado al medio cuando se trata de medios sintéticos.
DESARROLLO BACTERIANO CUADRO 6: FUENTE ENERGETICA
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO LUZ
La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de Thiobacillus
Pero el fierro férrico ofrece alguna protección a los rayos visibles.
DESARROLLO BACTERIANO Temperatura
El rango sobre el cual se desarrrollan se encuentran entre 25ºC y 35ºC.
DESARROLLO BACTERIANO CUADRO 7: TEMPERATURA
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
Fuente : Dr. Maros Monroy . Curso de Geologia y Medio Ambiente
DESARROLLO BACTERIANO PRESENCIA DE INHIBIDORES
La literatura señala que los niveles de tolerancia de las bacterias para ciertos metales es : Zn+2 = 15 -72 g/l +2 = 12 - 50 g/l Ni +2 = 15 g/l Cu + Ag = 1ppb +2 = 200 - 500 mg/l, entre otros. UO2
DESARROLLO BACTERIANO CUADRO 8: DESARROLLO BACTERIANO
Fuente : Laboratorio de Biominería . Tema lixiviación microbiana Esparza, M. 2010
DESARROLLO BACTERIANO DESARROLLO BACTERIANO El cultivo en laboratorio debe homologar las condiciones del ambiente natural
El cultivo debe asegurar que siempre haya suministro de fuentes energéticas , fuentes de carbono y fuente de Nitrógeno, oxígeno . Todo debe estar a pH ácido y en agitación constante (180 RPM) para asegurar la homogenización de los nutrientes.
TABLA 1 : Medio líquido 9K para A. ferrooxidans
Nitrógeno
Energía
Oxigeno Carbono
Fuente : Esparza, M. 2010
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES
Crecimiento: Incremento ordenado de todos los elementos componentes del sistema . Condiciones : PH
Valores cercanos a la neutralidad son inhibitorios del crecimiento
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES TEMPERATURA
Las temperaturas bajas y altas aletargan el crecimiento RADIACION UV
Valores altos de radiación causan daño genético a la células generando disminución en el crecimiento poblacional
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES AGITACION
Este factor permite incrementar la homogenización y repercute en un aumento de las tasas de crecimiento AIREACION
Esencial para asegurar la biooxidación y ayuda a la obtención de energía celular (ATP) útil para la fijación de carbono y producción de biomasa celular
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES TABLA 2 : INHIBIDORES DEL CRECIMIENTO EN A. ferooxidans
Fuente : Fernández, R.
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES EFECTO DEL NACL
Los iones cloruro afectan los A. ferroxidans. Las bacterias serían inhibidas a bajas concentraciones y no es posible adaptarlas a mas altas concentraciones. Las bacterias en contacto con 2.5 g/l de NaCl se afetan , pero 10 g/l del ión sodio las afectan.
FACTORES AMBIENTALES QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO DE LAS CÉLULAS LIXIVIANTES EFECTO DEL NACL
Se ha sugerido : A. ferroxidans no tiene una bomba de cloruro.
El cloruro causaría destrucción de la integridad de las capas más externas de las células
Figura 26 : Bacterias lixiviantes tolerantes al NaCl
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES BIOLELÍCULAS
Brindan protección frente a factores físicos, químicos y biológicos. SUSTRATOS ORGÁNICOS
La adición de extracto de levadura promueve el desarrollo de Ferroplasma thermophilum
La glucosa ha permitido el crecimiento de A. ferrooxidans
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
PRESENCIA DE HETERÓTROFOS
EL uso de levaduras como Rhodotorula mucilaginosa
Incrementa el rendimiento de biooxidación de
A. ferrooxidans
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES CULTIVOS MIXTOS
Co-Cultivos de A. ferroxidans en presencia de otras bacterias su crecimiento y fijación de carbono . Acidiphilium Acidophilum.
EPS
Permiten la adherencia de la células a los minerales y diversos soportes .
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
EL USO DE BIORREACTORESOS MIXTOS
La presencia de agitación, aireación, pH y temperatura contraladas ha permitido el crecimiento y ha optimizado el proceso de recuperación de metales como el oro (sistema BIOXTM) .
Exopolisacáridos ( EPS) en A. ferrooxidans Los EPS estan formados por polímeros de glúcidos ( glucosa , galactosa) con proteínas asociadas a membrana celular y tienen capacidad de absorber hierro . Estos EPS le confieren la célula la función de adherirse al mineral; así como, a otras células de la misma especie o de otros dominios. Figura 27: Microfotografia TEM de las bacterias A. ferrooxidans (a) celula individual libre de EPS, (b) celula individual con EPS
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La formación de biolelículas
La formación de la biolelículas tiene como función brindar un sustrato
Que permite a otros microorganismos asentarse y realizar su metabolismo
También brinda protección ante factores físicos adversos permitiendo aumentar la sobrevida .
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La formación de biolelículas
La aplicación de estas biolelículas es importante
Para lograr mayor rendimiento de obtención del metal y a la vez permite reusar la biomasa para otro proceso.
POTENCIADORES DE CRECIMIENTO EN BACTERIAS BIOLIXIVIANTES
La formación de biolelículas
Figura 28: Formación de bioleliculas
LIXIVIACION MICROBIANA MECANISMO DE LIXIVIACION
MECANISMO DE LIXIVIACION Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa e indirecta.
Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son:
Pirita FeS2 + 3.5 O2 + H2O Ô FeSO4 + H2SO4 ............... 1 2 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 Ô Fe2(SO4)3 + H2O ............... 2
MECANISMO DE LIXIVIACION
El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados.
Es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica
MECANISMO DE LIXIVIACION Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 Ô CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 Sº ......... 3 Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 Ô 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 Sº ....... 4
El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 2). El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans según:
MECANISMO DE LIXIVIACION
2 Sº + 3 O2 + 2 H2O Ô 2 H2SO4 ................. 5
Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.
MECANISMO DE LIXIVIACION
Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente.
MS + 2 O2 Ô MSO4 .................donde M representa un metal bivalente. Pirita 2 FeS2 + H2O + 7.5 O2 Ô Fe2(SO4)3 + H2SO4 ...... 7 Chalcopirita 2 CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 Ô 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O ..8
MECANISMO DE LIXIVIACION
Dado que el fierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural
Es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.
MECANISMO DE LIXIVIACION
MECANISMO DE LIXIVIACION
Fuente : Dr . Marcos Monroy . Curso de geologia y Medio Ambiente
MECANISMO DE LIXIVIACION
Figura 29 : Mecanismo directo e indirecto de la acción bacterial
MECANISMO DE LIXIVIACION
Los iones ferrosos son oxidados por la transferencia de su electrón a la terminal citocromooxidasa en la membrana citoplasmática. La oxidación bacteriana del azufre de los minerales sulfurados se realiza a través de la acción de la enzima sulfurooxidasa.
Thiobacillus ferrooxidans
CO2 Th F
Th F
O2
Th F
FeS2 Th F
1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERAL ES NECESARIO. 2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE CARBONO Y OXIDA AL FE 2 Y AL S2
Thiobacillus ferrooxidans
SO4
Th F
Fe2
Th F
FeS2 Th F
3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES
Th F Th F Th F Th F
Th F
Th F
FeS2 Th F Th F
4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS
Cu 2 Fe 32 SO4
Th F
CuS
1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE 2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2 Y SULFATO
CO2 Fe 2
CuS
Th F
O2
Fe 3 Th F
CuS
3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO QU IMICO Fe 3 4- EL CONTACTO CONTACTO FISICO FISIC O NO ES NECESARIO N ECESARIO
APLICACIÒN EN LOS PROCESOS BIOTECNOLOGICOS
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción bacterial.
Dando lugar a la producción sulfatos solubles.
Para sulfuros refractarios de oro y metales del grupo del platino, el ataque bacterial resulta siendo un pretratamiento.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• La pirita (FeS2) es un sulfuro ampliamente distribuido y se lo puede hallar en asociación con muchos metales
Como cobre, plomo, zinc, arsénico, plata, oro, entre otros.
• Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico .
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Figua 30: Oxidación de sulfuros por T. ferrooxidans
TEMPERATURA OPTIMA DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA.
Al oxidar el S.
↑Tº por la
bacteria
Calor en crecimiento.
Tº óptimo 25 y 35ºC.
Tº ↑45ºC muere.
Tº max. ox. No ↑a 35ºC.
Usan como fuente de energía SMBL a Tº ↑de 80ºC. Viven en ambientes extremos.
Se les asocia con la oxidación de compuestos inorgánicos de S en zonas volcánicas terrestres y marinas (Sánchez-Yáñez y FariasRodríguez, 2002).
Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotación de SMBL (Kashefi y Lovley, 2000).
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• La oxidación biológica de sulfuros de cobre ha sido el proceso más estudiado.
El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre (CuSO4). La chalcopirita (CuFeS2) es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
A nivel industrial, la tecnología ha venido siendo aplicada en pilas (Chile, USA, Perú, etc.).
Bajo la influencia de T. ferrooxidans la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro
Principalmente, pirita y/o arsenopirita En la que se encuentra "atrapada" la partícula aurífera,permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• En el Perú la tecnología es aplicada en el Proyecto Tamboraque de Minera Lizandro Proaño, para recuperar oro contenido en arsenopirita.
2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Ù Fe2(SO4)3 + 2 H3AsO4
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
Figura : Como el oro se encuentra en la naturaleza
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• La acción bacterial de sulfuros de zinc también ha sido evaluada, y aunque no se conoce de plantas comerciales su aplicación tiene un enorme potencial. • La marmatita es el sulfuro de zinc más fácil de oxidar, influenciado enormemente por la presencia de fierro.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• La lixiviación bacterial de galenita origina la formación de PbSO4 que es insoluble en medio ácido
Característica que puede ser empleada en la separación de algunos valores metálicos acompañantes en una mena de plomo.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• El níquel es lixiviado a partir de sulfuros (pentandlita y milerita) y de menas de fierro en presencia de T. ferrooxidans de 2 a 17 veces más rápido que el proceso netamente químico.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• Se conocen de algunos trabajos que reportan la habilidad de T. ferrooxidans de oxidar antimonita (Sb2S3) a pH 1.75 y a 35ºC.
• También se reporta la capacidad de B. thioparus y T. thiooxidans de oxidar este sulfuro.
BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS
• Los metales raros se presentan en la parte cristalina de muchos sulfuros o silicatos. • Para liberarlos es necesario oxidar los sulfuros o destruir la matriz de silicato.
Bacterias del grupo de Thiobacillus
DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN
La presencia de azufre en las menas de carbón constituye un contaminante, cuya eliminación se presenta como un problema.
La oxidación biológica de la porción piritosa o sulfurada permitirá eliminar el azufre presente.
DESULFURIZACIÓN DE CARBÓN
Emplear a T. ferrooxidans. También es posible emplear bacterias termófilas del género Sulfolobus en la desulfurización de las menas de carbón.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Una tarea importante de la hidrometalurgia es la recuperación de los metales presentes en las soluciones Así como el tratamiento de las aguas residuales de las diferentes industrias, en cumplimiento de las rigurosas normas ambientales.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros involucra el empleo de bacterias sulfato reductoras para producir H2S
Que tiene la capacidad de precipitar prácticamente la totalidad del metal contenido en una solución.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
Debemos hacer notar que el proceso se realiza en ausencia de oxigeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros que requiere de oxigeno (proceso aeróbico).
BIORECUPERACIÓN DE METALES
• Señalan que la habilidad de los microorganismos permitiría recuperar hasta el 100% de plomo, mercurio, zinc, cobre, níquel cobalto, etc., a partir de soluciones diluidas. • El empleo de hongos hace posible recuperar entre 96% a 98% de oro y plata.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
También se ha demostrado que cepas de Thiobacillus son capaces de acumular plata.
La biosorción de metales conduce a la acumulación de estos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular.
BIORECUPERACIÓN DE METALES
• La reducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal.
En algunos casos, la reducción es parcial (el metal reducido aún exhibe una carga neta), mientras que en otros el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.
CUADRO 5: BIORECUPERACIÓN DE METALES
Fuente : Castillo, F. 2005
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
Procesos basados en el riego
Lixiviación en el lugar (in place o in situ)
Lixiviación en botaderos:
Lixiviación en pilas
BIOLIXIVIACIÓN “HEAP” (PILA)
En las pilas de biolixiviación se realiza la transformación de un compuesto metálico insoluble a su forma soluble.
De CuS a Cu2SO4
Figura 31 : Planta de producción de cobre por Biominería
Figura 32 : Biolixiviacion en pilas
TECNOLOGIA DE LA BIOLIXIVIACION
Procesos basados en la agitación
BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS
Procesos basados en la agitación
La lixiviación en reactores, es solo aplicable a material finamente molido La velocidad de extracción del metal es mucho mayor que la lograda mediante el proceso de lixiviación en pilas o en bateas
BIORREACTORES TANQUE AIREADOS Y AGITADOS
Figura 33 : Plantas de (a) Brazil , (b) Peru , (c) China y (d) Changa
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Capote,N. ; Silvia , Ariza ; Carmen , Hernández, Breffe ,J. Panorama y Estado Actual de la Biolixiviación de Minerales Oxidados para la Extracción de níquel y cobalto. Centro de Investigaciones del Níquel. Castillo, F.; María, Rodriguez; Dolores, Roldán. 2005. Biotecnología Ambiental. Atkinson, B.; 2002. Reactores bioquímicos.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Toledo, V.; Tania, Volke; Velasco, J,; Rosa, D.; . Suelos contaminados por metales y metaloides: muestreo y alternativas. Instituto Nacional de Ecología. Douglas E. Rawlings . 2006. Libro de biomineria Palacios C. Lixiviación de Minas Auríferas con Sales Oxidantes en Medio ácido mediante el Proceso Severo. UNJBG, FAIM, Proyecto Minero.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Sánchez,F.; Jeannette, Lardé.; Economic Commission for Latin America and the Caribbean, United Nations, División de Recursos Naturales e Infraestructura,United Nations. Minería Y Competividad Internacional En America Latina. Fernández, R.; Rubio, S.; Fernández, J.; Arlegui, E. Instituto Geológico y Minero de España. Abandono de minas impacto hidrológico. María, Blasco. Curso de Microbiología de Suelos.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Biól. Guerrero, J. 2004. Biotecnología en la disolución y recuperación de metales: Lixiviación bacteriana. Lixiviación bacteriana o biolixiviación. Disponible en la página web: http://www.sappiens.com/sappiens/comunidades/rilaarti. nsf/Lixiviaci%C3%B3n%20bacteriana%20o%20biolixivi aci%C3%B3n/A56B8F6C2A13435B41256B45004CD4F 9!opendocument Lixiviación bacteriana de un mineral sulfurado refractario argentífero. Disponible en la página web: http://www.monografias.com/trabajos33/biolixiviacionmineral/biolixiviacion-mineral.shtml
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
Carretero, E. Para minerales en Baterías y Botaderos: Biolixiviación de minerales o Concentrados Primarios Lovera, D.; Janet, Quiñones.; Aramburú, V.; Gagliuffi, P.; Puente, L.; Lía, Concepción; Rosario, Flores. Procesos de Tostación – Lixiviación de Minerales Auríferos con Metales Cianicidas M. Semenza,; G. Curutchet,; M. Viera y E. Donati. 2000. Importancia de Thiobacillus caldus en la Lixiviación de sulfuros metálicos. Centro de investigación y desarrollo de fermentaciones industriales (CINDEFI-CONICET). La Plata, Argentina.