Biolixiviacin
BiolixiviacinFundamento, Caractersticas y diversidad de los M.O,
Ventajas de las tecnologas, proceso de oxidacin del Fe,
Biolixiviacin, desarrollo Nacional
Profesora: Graciela EchegarayAlumnos: Gordillo, Hernndez, DAnna,
Vega, Lechuga, Agero, Mora, Rivera, Bustos, Lozano, Euliarte,
Teruel, Figueroa, Reina, Rzales
Lixiviacin Es un proceso en el que undisolvente lquido pasa a
travs de un slido pulverizado para que se produzca la disolucin de
uno o ms de los componentes solubles del slido.Biolixiviacin
Proceso en el que se da la lixiviacin asistida por microorganismos
(catalizadores). La Biolixiviacin es una tcnica usada para la
recuperacin de metales como cobre, plata y oro entre otros. Esta
ltima aplicacin tambin es conocida como biohidrometalurgia.
Caractersticas de los Microorganismos:En la biolixiviacin se
utilizan microorganismos que obtienen su energa de la oxidacin de
compuestos inorgnicos, es decir, se trata de bacterias que
literalmente comen piedras. Son organismos que viven en condiciones
extremas, en este caso; pH cido y altas concentraciones de metales,
condiciones normales en los minerales.La ms conocida es
laAcidithiobacillus ferrooxidans; su nombre nos indica varias
cosas: acidithiobacillus es acidfilo porque crece en pH cido, es
thio porque es capaz de oxidar compuestos de azufre, es un bacillus
porque tiene forma de bastn y ferrooxidans, porque adems puede
oxidar el fierro.Calcosina. Cu2S
Estos microorganismos se alimentan principalmente de dos
impurezas que hay que extraer del mineral para producircobre: el
azufre, que las bacterias pueden oxidar y convertir en cido
sulfrico y el fierro, el cual es precipitado sobre el mineral de
descarte, lo que permite lograr una disolucin ms barata y
simple.Las bacterias lixivian (disuelven), las rocas o minerales y
los solubilizan, por eso el proceso se llama biolixiviacin, o
lixiviacin biolgica. El sulfuro de cobre, CuS, es uno de los
minerales que pueden ser convertidos en una forma soluble del
metal, que en este caso es cobre. Mediante una reaccin de oxidacin,
las bacterias extraen los electrones y disuelven el sulfuro de
cobre (CuS), que es slido, obteniendo una solucin de sulfato de
cobre (CuSO4) a partir de la cual se puede recuperar el cobre como
metal.Diversidad de microorganismos en un sistema de biolixiviacin
En los ambientes naturales asociados a la minera, es posible
encontrar una variedad de microorganismos como bacterias y
arqueas15, pero en su mayora bacterias, cuya poblacin se encuentra
fuertemente influenciada por la temperatura a la que estn expuestas
as como por los nutrientes presentes. La temperatura en los
sistemas industriales no supera los 45C y en esta situacin es
posible encontrar bacterias de las especies Acidithiobacillus
ferroxidans (A.f), Acidithiobacillus thioxidans (A.t) y
Leptobacillus ferroxidans (L.f) que son las ms prevalentes.
Respecto a los nutrientes en un medio con in ferroso es comn
encontrar A.f, y en su ausencia predomina la A.t y la L.f. La
presencia de determinadas especies de bacterias depender del
mineral biolixiviado, por lo que las condiciones ptimas de operacin
podran no ser exactamente las mismas para todos los recursos
mineros, para ello es importante conocer su composicin
mineralgica.Cada especie de bacteria tiene distintos requerimientos
de nutrientes como fuentes energticas, por lo que una mezcla de
bacterias podra resultar ms beneficiosa que una especie pura, en la
biolixiviacin de un mineral. As por ejemplo los compuestos que no
son oxidados por una especie, pueden ser oxidados por la otra,
evitando una acumulacin que podra resultar txica.
Ventajas de la Tecnologa Bacteriana1. Ausencia de contaminacin
atmosfrica 2. Consumos energticos reducidos 3. Bajo consumo de
reactivos 4. Bajos costes de operacin 5. Posibilidad de tratamiento
de marginales 6. Flexibilidad en cuanto al tamao de las
instalaciones 7. Fcil separacin del hierro en forma de
jarositas
Desventajas de la tecnologa bacteriana 1. Produccin de
disoluciones diluidas 2. Generacin de efluentes cidos 3.
Velocidades lentas Procesos microbiolgicos de importancia en la
metalurgiaLos procesos microbiolgicos involucrados pueden
considerarse de tres categoras: absorcin de los iones metlicos
sobre la superficie de los microorganismos; penetracin intracelular
de los metales por agentes biolgicos. La mayora de los
microorganismos tiene una carga negativa debido a la presencia de
iones negativamente cargados en la membrana celular, tales grupos
incluyen al fosforil PO3, el carboxil CO-, el sulfihidril HS- y el
hidroxil OH- que son los responsables de los iones metlicos
positivos.La bacteria comn de la cerveza sachamoycess cerevisiae y
el hongo rhizpus arrizus han mostrado habilidad para absorber
uranio de los efluentes.Por otra parte la penetracin intracelular
de metales ocurren en algunos microorganismos; as la bacteria
filamentosa spliaerotilus leptothrix y la polifrmica hypomicrobium
pueden ser incrustados con manganeso, mientras que la galliohella
lo hace con hierro; igualmente las pedromicribun se distinguen por
encapsular en su interior delgadas laminas de oro, es decir cubren
sus sinuosos y estrechos pasajes con oro, las razones por las
cuales estas bacterias realizan un suicidio masivo son
desconocidas.Finalmente el otro mecanismo de transformacin de los
metales por medio de agentes biolgicos resulta en una interesante
aplicacin; muchos microorganismos sintetizan compuestos especficos
de quelacin que inmovilizan metales pesados que luego incorporan
como compuestos voltiles que pueden ser evaporados.La metilizacin
es un ejemplo y es la sustitucin de un tomo del metal por el
hidrgeno que proviene del hidroxilo de una molcula de alcohol
metlico que puede resultar en un compuesto voltil. Entre los
metales que pueden sujetarse a la biometilizacin se incluye el Hg,
Se, As, Sn, Pb y Cd y se han encontrado mtodos que permiten que
tambin el Pt, Pa, Au y Ta pueden ser transformados en esa
forma.Muchos organismos tienen componentes que son altamente
especficos para algn metal y uno de los mayores agentes de ligazn
es la protena Metallthionina.. Las ecuaciones involucradas son las
siguientes:El sulfuro por accin de las bacterias. Y en presencia
del oxgeno se transforma en sulfato ferroso y cido sulfricobacteria
FeS + 3,502+ H20-->FeSO4+ H2SO4El cido sulfrico actuando sobre
el sulfato ferroso y con la ayuda de las bacterias thioxidans
produce sulfato frricoBacteria 2FeSO4+1/2O2+ H2SO4-->Fe2 (SO4)3+
H2OEl sulfato frrico con la ayuda cataltica de las bacterias
lixivia el mineral formando sulfato ferroso, azufre elemental y
sulfato del metalbacteria MS + Fe2 (S04)32FeSO4+ MSO4+S0El azufre
permanece en la superficie del sulfuro formando una barrera de
difusin y luego se combina con el oxgeno y el agua para formar cido
sulfrico con la ayuda de las bacterias thioxidansBacteria S0+1.502+
H20 --> H2SO4La lixiviacin ya sea directa o indirecta son
difciles de diferenciar porque esencialmente la mayora de los
minerales incluye algn hierro y azufre. Aunque el proceso empiece
directamente algn hierro es liberado y se establece una lixiviacin
indirecta, cuando se forma azufre las bacterias thiobacillus
thioxidans juegan un rol indispensable en la oxidacin del azufre
para formar cido sulfrico.El control de la acidez es de la mayor
importancia, porque se necesita un medio cido para tener el in
frrico y otros metales en solucin.La acidez es por lo tanto
controlada por la oxidacin del hierro y el azufre y los sulfuros de
los metales.Oxidacin del hierroMuchas de las reacciones de
oxireduccin ligadas al hierro son mediadas por microorganismos.
Bacterias quimiolitotrofas pertenecientes al grupo Thiobacillus-
Ferrobacillus poseen sistemas enzimticos que le permiten transferir
electrones del in ferroso al oxgeno. Esta oxidacin aerbica del in
ferroso genera energa, que es utilizada en la reduccin de CO2 a
materia orgnica. Las bacterias del referido grupo demuestran la
capacidad de oxidar hierro a niveles bajos de pH (pH < 5). A
niveles bajos de pH, la oxidacin aerbica del in ferroso procedera
muy lentamente si no fuera por las enzimas que poseen estos
microorganismos quimiolitotrficos.
Thiobacillus ferrooxidans es la especie bacteriana mejor
conocida entre los microorganismos que exhiben la capacidad de
oxidar hierro. Esta bacteria, que prolifera en ambientes acuticos
contaminados con cidos, es capaz de crecer autotrficamente usando
el in ferroso o compuestos de azufre reducidos como donante de
electrones.La oxidacin de hierro por este gnero bacteriano produce
muy poca energa por molcula oxidada. Por dicha razn, estos
microorganismos deben oxidar grandes cantidades de hierro para
poder crecerLa mayora de las bacterias que utilizan hierro como
fuente de electrones son acidfilas obligadas. Esto se debe a que el
hierro (Fe2+) se oxida espontneamente a un pH neutral en ambientes
aerobios. T. ferrooxidans y las otras especies de bacterias
acidfilas mantienen por necesidad un pH intracelular cercano a la
neutralidad (pH 6). No obstante, el pH del ambiente donde viven
estas bacterias es mucho ms bajo, casi cercano a pH 2. La
diferencia entre el pH intracelular y extracelular representa un
gradiente de protones que puede ser utilizado para generar ATP
(teora quimiosmtica).La entrada de protones (H+) a travs del
complejo proteico de la ATPasa generara energa, pero al mismo
tiempo estara promoviendo la acidificacin del citoplasma. La
bacteria evitara la acidificacin de su ambiente intracelular a
travs del consumo de protones para la oxidacin del hierro. Los
electrones provenientes de la oxidacin del in ferroso son aceptados
por rusticianina, una protena periplsmica, que exhibe una funcin
ptima a pH 2. Los electrones pasan de la rusticianina a una cadena
de transporte de electrones abreviada, integrada por dos elementos:
citocromo c y citocromo a1. No hay sntesis de ATP derivada de la
cadena de transporte de electrones. El ATP se produce de la
diferencia en pH que se registra entre ambos lados de la membrana
citoplasmtica. La sntesis de ATP derivada del gradiente de protones
se mantiene mientras est disponible el in ferroso (Fe2+) en el
ambiente extracelular.Lixiviacin bacteriolgicaEs un proceso de
disoluciones ejecutadas por un grupo debacteriasque tienen la
habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo liberar los
valores metlicos contenidos en ellos. Su objetivo es explotar menas
que por tener baja concentracin de metal no se pueden tratar con
mtodos tradicionales. Este proceso es utilizado para la extraccin
de uranio,cobre,zinc,nquel,cobalto, entre otros. Las bacterias
producen una solucin cida que contiene al metal en su forma
mediante la oxidacin de sulfuros soluble.Las bacterias ms
utilizadas son las especiesThiobacillus oxidans,T. thiooxidans,T.
ferrooxidansyT. dentrificans. Son seres quimiolitoauttrofos
obligados, es decir, obtienen su energia por la oxidacin de
elementos presentes en las rocas, comohierroyazufre. En general
estas bacterias requieren, para vivir y reproducirse, de un medio
cido (son acidoflicas) con un pH entre 1 y 5, temperaturas de entre
25C a 30C (hasta 45C para algunas especies) y altas concentraciones
de metales. Algunas sonaerbicasy otrasanaerbicas.La bacteria ms
estudiada en cuanto a la oxidacin biolgica de los minerales
sulfurados es laThiobacillus ferroxidans. Es una
bacteriagramnegativaanaerbica. Obtiene su energa
(pirita,marcasita,galena,calcopirita,bornita,blenda,covellina), y
requiere de CO2como fuente de carbono, nitrgeno y fsforo para
sintetizar su alimento, adems de una temperatura entre 28C y
35C.
La biolixiviacin consiste en la utilizacin de microorganismos
para la recuperacin de metales de inters econmico. Los
microorganismos ms utilizados para la biolixiviacin
sonAcidithiobacillus ferrooxidansyAcidithiobacillus
thiooxidans.
En cuanto al proceso de biolixiviacin, se produce por la
catlisis que los organismos ejercen durante la disolucin de algunas
menas, de modo que el microorganismo se sirve del mineral como
combustible, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin
requerir una aplicacin externa de energa. En la prctica, es
necesario fragmentar el mineral y apilarlo sobre una pista
impermeable, tras lo que se bombea agua con sustancias nutritivas
para las bacterias hacia la parte superior, que se filtra y
disuelve el mineral lixiviado. ste lquido se recoge y procesa para
recuperar el mineral, que se deshace en un disolvente orgnico y se
extrae mediante la evaporacin del disolvente.
Los mecanismos que utilizan las bacterias para oxidar los
minerales pueden ser directos, que comprende el contacto entre el
compuesto y la bacteria, e indirectos, que son aquellos en los que
los microorganismos actan sobre otro compuesto que a su vez
reacciona con el mineral en cuestin.
Los metales ms importantes que se obtienen en la biolixiviacin
son el cobre, el uranio y el oro. En el caso del primero, se trata
de un mineral muy demandado por diversas industrias y que es
relativamente escaso, por lo que este proceso resulta muy rentable
y efectivo, ya que se consigue recuperar entre el 50 y el 70% del
que se perdera. El uranio suele extraerse in situ por la dificultad
de trasladar el material, pero el proceso es similar, y adems
contribuye directamente a la produccin de energa en las centrales
nucleares debido a que ste mineral ha de tener cierto grado de
pureza.
Adicionalmente, la biolixiviacin se emplea tambin para la
extraccin de oro de yacimientos geolgicos profundos, donde el
mineral est rodeado de pirita y calcopirita y no sirven los
procesos clsicos.
Finalmente, aunque se trate de un proceso lento, en comparacin
con la pirometalurgia y la hidrometalurgia, es menos costoso, ms
eficaz, ms fcil de controlar y afecta en menor medida al medio
ambiente. Por lo tanto, sera bueno promover el uso de este mtodo
tal y como se est haciendo en pases como Estados Unidos.
Mecanismos de LixiviacinLa lixiviacin bacteriana de los metales
pueden considerarse como una lixiviacin qumica asistida por las
bacterias como catalizadores. Por convencin la lixiviacin
bacteriana ha sido clasificada en directa o indirecta.La lixiviacin
directa ocurre por el ataque enzimtico de las bacterias sobre los
componentes del mineral que son susceptibles a la oxidacin los
electrones liberados por la oxidacin con transportados a travs del
sistema proteico de la membrana celular y de ah (en organismos
aerbicos) a los tomos de oxigeno, es bueno recordar que en los
sistemas biolgicos la oxidacin suele corresponder a la eliminacin
del hidrgeno. Se conoce que la energa metablica de la oxidacin del
sustrato es transferida al trifosfato de adenosina (ATP) que es la
energa regular de la clula, que la usar para su crecimiento y
multiplicacin.En la lixiviacin indirecta no ocurre un ataque
frontal de la bacteria sobre la estructura atmica del mineral, en
su lugar la bacteria oxida el hierro soluble (ferroso) a hierro
frrico y a su vez a sulfato frrico, que es un poderoso oxidante que
reacciona con los metales transformndolos a una forma soluble
Bioxidacin del sulfuroLa biolixiviacin de sulfuros como procesos
biohidrometalrgicos, involucra un conjunto de reacciones qumicas,
metablicas, enzimticas y no enzimticas, en las cuales el mineral
insoluble es oxidado y otros metales de inters son liberados en
solucin. Actualmente, los siguientes procesos microbiolgicos son de
importancia en la hidrometalurgia:Oxidacin de sulfuros, azufre
elemental y hierro ferroso.Produccin de compuestos orgnicos,
perxidos, etc., por microorganismos organotrficos, los que atacan
minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia
variable.Acumulacin de elementos qumicos o en su precipitacin por
microorganismos.Oxidacin de hierro (Fe)La reaccin de oxidacin del
Fe2+es:
Esta reaccin es importante para lixiviacin de metales pues
permite la acumulacin de biomasa bacteriana en minerales y
soluciones, adems de obtener una fuerte oxidacin de muchos sulfuros
y producir un alto potencial redox en el medio.La bacteria es capaz
de oxidar los siguientes sulfuros
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