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ENZO BARRERA LUNA
TECNICO ENMETALURGIAEXTRACTIVA
INTRODUCCION A LA LIXIVIACIION
BACTERIANA
Un hito en la historia cuprfera se comenz a gestar en 1947, con el descubrimiento de un microorganismo presente en las aguas de drenaje de una mina de carbn espaola donde se oxidaba fierro y azufre. Esta era la Thiobacillus ferrooxidans, bacteria que forma parte del proceso de obtencin de cobre.
Una vez descubierta, se determin que era la responsable de la oxidacin de los minerales sulfurados que contenan el metal rojo, acelerando su lixiviacin desde minerales de baja ley, los que tradicionalmente eran sometidos a procesos ms largos, costosos y contaminantes. Las bacterias liberan fuerzas qumicas y biolgicas que se refuerzan en un plan comn que explota la biotecnologa: degradar los sulfuros a formas solubles, a velocidades de medio a un milln de veces ms rpidas que si estuvieran expuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.
ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION
Estas bacterias oxidan algunas formas reducidas de azufre y hierro
contenidos en los minerales, simplemente porque de esa reaccin
obtienen la energa necesaria para su reproduccin y crecimiento.
Adicionalmente requieren oxgeno y dixido de carbono, los que
obtienen del aire, y otros nutrientes necesarios para su crecimiento,
como pequeas cantidades de nitrgeno y fsforo.
QU ES LO QUE HACEN?
PARA QUE SE HACE?A consecuencia de sus propiedades metablicas resultan
fuerzas qumicas y biolgicas que se refuerzan en un plan
comn que explota la biotecnologa: degradar los sulfuros
metlicos a formas solubles, a velocidades
de a lo menos medio a un milln de veces ms rpidas
que si estos minerales estuvieran expuestos al aire y al
agua en ausencia de bacterias.
CON QUE TIPO DE MINERAL SE REALIZA?
Antes de explicar el proceso de extraccin se debe aclarar que el
cobre es un metal que no existe en estado puro, sino que est
combinado en una gran variedad de minerales los que se dividen
en tres clases: en la primera categora estn los xidos que se
disuelven muy fcilmente en un cido suave, permitiendo una rpida
extraccin del cobre; en segundo lugar estn los sulfuros secundarios,
como la Calcocina y la Covelina, que slo se disuelven por oxidacin
mediante el uso de un cido muy fuerte y un agente oxidante; y
finalmente estn los sulfuros primarios, minerales insolubles o muy
lentamente solubles en el tratamiento cido, que por lo anterior no se
lixivian sino que son tratados mediante Pirometalurgia.
COMO SE TRABAJA EL MINERAL?
El mineral se trabaja en pilas mediante la cual el mineral
est dispuesto en un lecho de dos, tres o seis metros de altura, y que
posteriormente es regado con cido, esta innovacin fue una parte
clave para el desarrollo de la aplicacin industrial controlada de la
lixiviacin bacteriana, ya que el mineral no est inundado como en
las piscinas, sino que hay aire y solucin lixiviante que permite el
crecimiento bacteriano.
DE LA LIXIVIACION A LA BIOLIXIVIACION
En 1980 comenzaron a lixiviar xidos y ms tarde intentaron
explotar los sulfuros secundarios, descubriendo que la
lixiviacin era tambin aplicable a estos minerales
Al principio no estaba muy claro a qu se deba la oxidacin
observada en sulfuros, pero al realizar una serie de anlisis
encontramos que las bacterias eran responsables en parte de ella,
y digo en parte, porque hay oxidacin qumica y biolgica, y la
segunda nunca haba sido considerada fundamental en el proceso
Romilio Espejo
POR QUE SE TRABAJA EN PILAS?
Para mejorar la parte biolgica se utiliz la experiencia que
la minera tena en el diseo y construccin de pilas para que
el mineral fuera permeable al lquido y al aire, debido a que
se necesita que el cido atraviese toda la pila sin que sta se
tape ni se inunde. Esto, aunado con nuestra experiencia en la
parte bacteriana, permiti desarrollar un proceso que no era
nuevo en su concepto, pero s en la forma, donde se planeaba
explotar un yacimiento de cobre en funcin nicamente de
biolixiviacin
EL MEDIO AMBIENTEPara el ambiente, la introduccin de una tecnologa basada en
biolixiviacin representa un importante adelanto, ya que produce
un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnologa clsica
de Pirometalurgia. En esta ltima, los sulfuros tratados en
fundiciones, producen humos de chimeneas con altos
contenidos de SO2 y arsnico.En la disolucin de minerales sulfurados participan bacterias que
requieren slo de compuestos inorgnicos muy simples para
multiplicarse, los mismos que se encuentran comnmente en las
aguas de los procesos Hidrometalrgicos. Otra de las caractersticas
especiales de estas bacterias es su capacidad de crecer en soluciones
extremadamente cidas para el comn de los
microorganismos (pH entre 1,5 y 3,5).
MICROORGANISMOS
THIOBACILLUS THIOOXIDANS
BACTERIAS
CLASIFICACION
THIOBACILLUS FERROOXIDANS
PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS
ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS
BACTERIAS
ADAPTABILIDAD
OBTENCION DE ENERGIA
MEDIO AMBIENTE
ADAPTABILIDAD
Las bacterias junto con las cianobacterias (algas veriazules) son organismos unicelulares inferiores conocidos como procariontes. Estos organismos no tienen un ncleo verdadero por lo que el DNA se encuentra libre en el interior de la clula. La forma y estructura, aunque relativamente limitadas, esferas (cocos), varillas rectas (bacillos) o varillas curvas (espirales), se ven compensadas por la inmensa diversidad de caractersticas metablicas y por su gran adaptabilidad.
OBTENCION DE ENERGIA
Los organismos quimiolittrofos obtienen su energa mediante la oxidacin de materiales inorgnicos, los auttrofos utilizan el CO 2 del aire como nica fuente de carbono (auttrofos obligados), y los hetertrofos lo obtienen metabolizando compuestos orgnicos. Algunos hetertrofos tienen la facultad de ser auttrofos en determinadas condiciones (auttrofos facultativos).
MEDIO AMBIENTE
Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos caractersticos de temperatura. Algunas, las crifilas, en fro (< 20C); las mesfilas, en caliente (20-40C); las termfilas moderadas, en un medio ms caliente (40-55C); y algunas, las termfilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55C).
CLASIFICACIONLos microorganismos acidfilos importantes en biolixiviacin se clasifican en tres grupos:
TIPO DE MICROORGANISMOS GENERO
MESOFILOS
TERMOFILOS MODERADOS
TERMOFILOS EXTREMOS
THIOBACILLUS YLEPTOSPIRILLIUM
SULFOBACILLUS
SULFOLOBULOS ACIDANUSMETALODPAHERAYSULFUROCOCCUS
MESOFILOSThiobacillus ferrooxidans (Tf) es la bacteria ms importante utilizada en la extraccin de varios metales a partir de sus minerales. Es un bastoncillo Gram negativo de 0.3 a 0.5 micras de dimetro y de 1.0 a 1.7 micras de longitud. Es una bacteria quimiolitoautotrfica, obtiene su energa de las especies reducidas de hierro (Fe 2+ ) y azufre (S 2-) de los minerales y utiliza el bixido de carbono del aire como nica fuente de carbono, oxida prcticamente a todos los sulfuros minerales conocidos. Crece en un rango de pH de 1.0 a 6.0, siendo el ptimo entre 2.0 y 2.5. Sobrevive en un intervalo de temperatura de 2 a 40C, siendo el ms favorable de 28 a 35C. Prolifera por fisin binaria en cuestin de horas. En un sistema en actividad alcanza poblaciones de 10 9 a 10 10 10 clulas/mL. Thiobacillus thiooxidans (Tt) es una bacteria semejante al Tf, sin embargo no tiene capacidad para oxidar al Fe 2+ . Posee un flagelo polar que le da mayor movilidad respecto al Tf, crece en condiciones ptimas a una temperatura cercana a los 30C.Leptoespirillium ferrooxidans (Lf) por su forma de espiral es fcilmente diferenciable de Tf y de Tt. Sus clulas son ligeramente ms delgadas, de longitud variable y de mayor movilidad debido a la presencia de un flagelo polar. Su fuente de energa es el Fe 2+ .
TERMOFILOS MODERADOS
Estas especies de bacterias pueden tener una gran variedad de formas con tamaos de 0.8 a 6.0 micras. Cuando crecen autotrficamente en Fe 2+ en ausencia de levaduras, son ms pequeas. Todas ellas presentan una tincin Gram positiva y tienen una versatilidad de nutrientes mucho ms amplia que las autotrficas obligadas. Sulfobacillus thermosulfidooxidans su forma se ha descrito como esporas sin movilidad. La temperatura ptima de crecimiento asociada a la oxidacin del hierro est entre los 45 y 50C, aunque estn activas dentro de un amplio rango de temperatura.
TERMOFILOS EXTREMOSSulfolobus acidocaldarius es de forma esfrica, oxida al hierro y al azufre, es extremadamente termoflica, su temperatura ptima de crecimiento en medio rico en Fe 2+ es de 70C y para un medio que contenga azufre es de 65 a 80C. Sulfolobus brierleyi crece en medios que contengan minerales piritosos y/o Fe 2+ en solucin, en presencia de extractos de levadura. La oxidacin de minerales es ms lenta que en el caso de Sulfolobus A.C.
THIOBACILLUS FERROXIDANS
ESTA BACTERIA ES PROPIA DEL MINERAL, POR LO CUAL
SOLO BASTA CON DARLE LAS CONDICIONES NESESARIAS
PARA SU REPRODUCCION Y DESARROLLO, ESTA BACTERIA
OXIDA O REDUCE COMPUESTOS DERIVADOS DE AZUFRE Y
MINERALES SULFURADOS.
THIOBACILLUS THIOXIDANS
ESTA BACTERIA ES CAPAS DE OXIDAR EL AZUFRE ELEMNTAL DE LOS MINERALESSULFURADOS
PROPIEDAES* Son QuimioautroficasLa energa que usan para su crecimiento y mantenimiento la obtienede sustancias inorgnicas tales como Fe+2 y S y compuestos deazufre.Son Aerbicas:
Requieren O2 para reaccionar con el catin H+ y el electrnliberado por la oxidacin de Fe+2, para formar agua dentro de laclula. Adicionalmente se requiere O2 para la oxidacin qumica delos sulfuros.* Son Acidoflicas:
Crecen y sobreviven en rangos de pH de 1.0 a 4.5 ptimosestn entre 1.5 y 2.5. Normalmente estos microorganismos nosoportan pH sobre 6.5 y bajo 1.0.
MECANISMO DE LIXIVIACION
LA LIXIVIACION BACTERIANA SE DIVIDE EN DIEZ PARTES :
LIXIVIACION DIRECTA
LIXIVIACION INDIRECTA
LIXIVIACION MIXTA
LIXIVIACION POR CONTACTO
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATOMECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO
OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE
LIXIVIACION COOPERATIVA
LIXIVIACION DIRECTA
Las bacterias ferroxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos directamente sin la participacin del sulfato frrico producido biolgicamente.
LIXIVIACION INDIRECTA
El sulfato frrico es oxidante muy fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurado. La lixiviacin con Fe2(SO4)3recibe el nombre de lixiviacin indirecta por que se realiza en ausencia del oxigeno o de las bacterias y, es responsable de la disolucin de varios minerales sulfurados de cobre de importancia econmica
MIXTA
La combinacin de ambos mecanismos, es decir, un ataque directo e indirecto al mineral por uno o varios microorganismos activos.
LIXIVIACION DE CONTACTO
El mecanismo directo se ha redefinido, puesto que para que exista un ataque biolgico a la superficie del mineral, es indispensable la existencia de una capa de lipopolisacridos o sustancias extrapolimricas excretadas por la bacteria, EPS (entre la bacteria y el mineral), las cuales sirven como almacn temporal del S producido.
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATO
El Fe(III) contenido en la capa de EPS ataca de forma indirecta al sulfuro metlico produciendo Fe2+ y S2O3. El tiosulfato reacciona con el Fe
(III) formando varios intermediarios hasta llegar al SO4
2-.
MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO
Los protones atacan la red cristalina de algunos sulfuros metlicos. El ataque indirecto del H+/Fe3+
al mineral produce Fe2+ y polisulfuro, y finalmente SO4. El papel de las bacterias es el de producir H2SO4 para abastecer de H
+ y Fe3+ al medio, para que se lleve a cabo el ataque qumico.
LIXIVIACION COOPERATIVA
El mecanismo mixto se ha redefinido tambin como lixiviacin cooperativa
OXIDACION DE HIERRO Y AZUFRE
Los iones ferrosos son oxidados en la superficie de la bacteria por la transferencia de su electrn a la terminal citocromooxidasa en la membrana citoplasmtica.La oxidacin bacteriana del azufre de los minerales sulfurados se realiza a travs de la accin de la enzima sulfurooxidasa.
FeS2
Th F
Th F
Th F
Th F
THIOBACILLUS
FERROOXIDANS
O2
CO2
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 FE2 Y AL S2
FeS2Th F
Th F
Th F
THIOBACILLUS
FERROOXIDANS
Fe2
SO4
3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES
FeS2Th F
Th F
Th F
Th F
4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS
Th F
Th F
Th F
Th F
CuS
Fe 3
1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE
Cu 2
SO4
2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2Y SULFATO
Fe 2
Th F
CuS
Fe 2 Th F
CO2
O2
3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3
Th F
CuS
Fe 3
4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO
COMO SON LAS BACTERIAS?
MORFOLOGIA YESTRUCUTURA
Las bacterias son microorganismos procariotas de organizacin
muy sencilla. La clula bacteriana consta:
citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central
aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN
bacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de
ADN con informacin gentica , dispersos por el citoplasma:
son los plsmidos.
La membrana plasmtica presenta invaginaciones, que son los
mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en
la sntesis de ATP, y los pigmentos fotosintticos en el caso de
bacterias fotosintticas.
En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza
qumica.
Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rgidos,
implantados en la membrana mediante un corpsculo basal . Pueden
poseer tambin, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden
servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una clula a otra.
Poseen ARN y ribosomas caractersticos, para la sntesis de proteinas.
pared celular es rgida y con molculas exclusivas de bacterias.
NUTRICIONEl xito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su
versatilidad metablica.
Todos los mecanismos posibles de obtencin de materia y energa
podemos encontrarlos en las bacterias.
Segn la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen
en auttrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2 , y
hetertrofos cuando su fuente de carbono es materia orgnica.
Por otra parte segn la fuente de energa, los seres vivos pueden
ser fototrofos, cuya principal fuente de energa es la luz, y los
organismos quimiotrofos, cuya fuente de energa es un compuesto
qumico que se oxida.
CATEGORIAS
QUIMIOHETEROTROFO
QUIMIOAUTOTROFO
FOTOHETEROTROFO
FOTOAUTOTROFO
Las bacterias quimiohetertrofas, utilizan un compuesto
qumico como fuente de carbono , y a su vez, este mismo
compuesto es la fuente de energa. La mayor parte de las
bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patgenas
son de este grupo.
QUIMIOHETEROTROFO
QUIMIOAUTOTROFO
Las bacterias quimioauttrofas, utilizan compuestos
inorgnicos reducidos como fuente de energa y el
CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo,
Nitrobacter, Thiobacillus.
Las bacterias fotoauttrofas, utilizan la luz como fuente
de energa y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas.
FOTOAUTOTROFRAS
FOTOHETEROTROFASLas bacterias fotohetertrofas, utilizan la luz como
fuente de energa y biomolculas como fuente de carbono.
Ejemplos como Rodospirillum y Cloroflexus.
REPRODUCCIONGeneralmente las bacterias se reproducen por biparticin, como se
ve en el siguiente esquema:
Tras la duplicacin del ADN, que esta dirigida por la ADN-
polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana
crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos
nuevas bacterias.
RESUMENLA BIOLIXIVIACION DE MINERALES SE PRESENTA COMO
UNA ALTERNATIVA ECOLOGICA PARA LA EXTRACCIONDE MINERALES SULFURADOS DE BAJA LEY.
LA GRAN RENTABILIDAD QUE PROVOCA EN LA EMPRESAMINERA POR SU BAJO COSTO Y ALTO RENDIMIENTO.
UNA VES ACTIVADA LA BACTERIA POR SI MISMA GENERA SU AMBIENTE
RESUMEN
BIOLIXIVIACION
VENTAJAS DE LA:
TRATAMIENTO DEMINERALES QUE POROTROS METODOS
SERIA IMPOSIBLETRATAR EL APROVECHAMIENTO
DE RECURSOS NATURALES PRESENTES EN EL MEDIO
EL CUIDADO DEL MEDIOAMBIENTE DURATE