Cianuro toxicidad y destruccion biologica

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El cianuro es un químico ampliamente utilizado por la industria minera para la disolución o lixiviación de metales preciosos, específicamente el oro. Su alto grado de toxicidad lo convierten en un compuesto de gran peligrosidad si no es manipulado de manera adecuada, pudiendo originar considerables problemas ambientales.
La toxicidad de depende de que el cianuro se encuentre en forma libre (gas o líquido) o compleja (acuoso o sólido). Este compuesto puede inhalado (gas), ingerido (líquido o sólido) o adsorbido por contacto dérmico. La intoxicación aguda en el ser humano resulta en convulsiones, vómitos, coma y la muerte.
El empleo de bacterias que desarrollan normalmente en ambientes de lixiviación con cianuro y su capacidad para utilizar este químico como fuente de nutrientes, convierten a esta tecnología en una valiosa herramienta natural para propósitos ambientales.

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Cianuro toxicidad y destruccion biologica

  1. 1. BIOTECNOLOGÍA Cianuro: Toxicidad y Destrucción Biológica Blgo. José J. Guerrero Consultoría en Biotecnología Minera y Ambiental Minera E-mail: esojgue@hotmail.com / esojgue@yahoo.com RESUMEN SUMMARY El cianuro es un producto químico ampliamente utilizado Cyanide is a chemical compound widely used for mining por la industria minera para la disolución o lixiviación de industry to dissolve or leach precious metals, mainly gold. metales preciosos, específicamente el oro. Su alto grado Its high grade of toxicity turns cyanide into a high de toxicidad lo convierten en un compuesto de gran dangerous compound if it is not handled in an adequate peligrosidad si no es manipulado de manera adecuada, way, with the potential to cause highest environmental pudiendo originar considerables problemas ambientales. problems. La toxicidad de depende de que el cianuro se encuentre en Cyanide toxicity depends on its presence as in free form forma libre (gas o líquido) o compleja (acuoso o sólido). (gas or liquid) or complex (aqueous or solid). The Este compuesto puede inhalado (gas), ingerido (líquido o compound can be inhaled (gas), ingested (liquid or solid) sólido) o adsorbido por contacto dérmico. La intoxicación or adsorbed by dermal contact. Acute intoxication in aguda en el ser humano resulta en convulsiones, vómitos, human being results in convulsions, vomiting, coma and coma y la muerte. death. Dentro de las numerosas tecnologías existentes para la Among existing technologies for remediation of cyanide, remediación del cianuro, la degradación biológica se biological degradation presents itself as a promising presenta como una alternativa muy prometedora. El alternative. The use of bacteria growing in cyanide empleo de bacterias que desarrollan normalmente en leaching environments and their ability to employ this ambientes de lixiviación con cianuro y su capacidad para chemical as source of nutrients turns this technology a utilizar este químico como fuente de nutrientes, convier- valuable natural tool for environmental purposes. ten a esta tecnología en una valiosa herramienta natural This paper will give a basic concept and potential of para propósitos ambientales. cyanide biodegradation to mining industry, particularly En el presente trabajo, brindaremos los principios y gold one. potencialidades de la biodegradación de cianuro para la industria minera, particularmente la aurífera. Keywords: cyanide, biotechnology, bio-mining, Keywords: cianuro, biotecnología, bio-minería, biodegradation, toxicity. biodegradación, toxicidad. Introducción nylon y plásticos acrílicos); así como en la fotografía y la producción de goma sintética. El cianuro es una sustancia química, caracterizada por la El cianuro de hidrógeno gaseoso se ha utilizado amplia- presencia de una unidad química formada por el enlace mente para exterminar a los roedores y depredadores carbono-nitrógeno (CN-) se combina con una gran grandes, y en la práctica hortícola, para controlar las mayoría de compuestos orgánicos e inorgánicos. Es plagas de insectos que han desarrollado resistencia a potencialmente letal, que actúa rápidamente sobre el otros pesticidas. sistema respiratorio. Además, el cianuro se utiliza en productos farmacéuticos Básicamente, el cianuro se como el laetril, una sustancia para combatir el cáncer, y el presenta como cianuro de nitroprusiato, una droga para reducir la presión arterial. hidrógeno (HCN), que es un Los compuestos de cianuro también se utilizan en vendas gas, o en forma de cristales quirúrgicas que promueven la cicatrización y reducen las como el cianuro de sodio cicatrices. (NaCN) o el cianuro de potasio Tabla 1.- Algunas drogas farmacéuticas que presentan (KCN). Generalmente, el molécula de cianuro en su composición (Williams, 1948). cianuro se caracteriza por un olor a “almendras amargas”, NOMBRE ECUACIÓN pero no siempre emana un olor Cocaína CuCN.9(C17H19O3N.HCN).7HCN y no todas las personas Novocaína CuCN.9(C17H20O2N2.HCN).HCN pueden detectarlo. Codeína CuCN.4(C18H21O3N.HCN).3HCN El cianuro es uno de los principales compuestos Nicotina CuCN.2(C10H14N2.HCN).1.5HCN utilizados por la industria química debido a su composi- Morfina CuCN.9(C17H19O3N.HCN).7HCN ción de carbono y nitrógeno, ambos elementos comunes, Fig. 4 ROC 600 y a la facilidad con la cual reacciona con otras sustancias. Cafeína 4CuCN.(C8H10O2N4.HCN) Alrededor del 80% del cianuro fabricado en el mundo se En otros sectores industriales, el cianuro se empleado en emplea en la producción de químicos orgánicos (nitrilo, la producción de papel, textiles y plásticos. Las sales de El Ingeniero de Minas 22 Año X - Nº 35
  2. 2. BIOTECNOLOGÍA cianuro son utilizadas en la metalurgia para galvaniza- cianuro de sodio, generalmente entre 0.01% y 0.05% de ción, limpieza de metales y la recuperación del oro del cianuro (100 a 500 partes por millón). resto de material removido. El gas de cianuro se utiliza En contacto con el oro, el cianuro forma complejos para exterminar plagas e insectos en barcos y edificios. estables, razón por la cual su importancia en minería Las sustancias químicas encontradas en productos aurífera. hechos con base en acetonitrilo, utilizados para remover 2Au(s)+4NaCN(s)+H2O+½ O2(aq)→2Na[Au(CN)2](aq) + 2 uñas postizas, pueden producir cianuro si se ingieren NaOH(aq) accidentalmente. Cianuro en la naturaleza En procesos industriales asociados con la extracción de oro y plata se conocen varias formas de cianuros: total, En la naturaleza, el cianuro es formado, excretado y libre, y disociable en ácido débil (WAD, por sus siglas degradado por miles de animales, plantas, insectos, en inglés). hongos y bacterias. Los niveles de cianuro potencialmen- te liberado por la digestión o inadecuada preparación de plantas cianogénicas pueden llegar a concentraciones de cientos de partes por millón. La ingesta de estos vegetales puede originar la muerte en animales y el envenenamien- to del ser humano. En la naturaleza se encuentran presentes bajas concen- traciones de cianuro, por ejemplo, en muchos insectos y Toxicidad del cianuro plantas, entre las que se incluyen una amplia variedad de La inadecuada manipulación o empleo del cianuro lo especies vegetales. El cianuro se encuentra en almen- convierte en un compuesto potencialmente tóxico. dras, albaricoques, bambúes, frijoles germinados, cerezas, aceitunas, papas, sorgo, soya, y nueces, a las En Canadá, el cianuro puede ser descargado en valores de que brinda protección contra los depredadores. CN- total de entre 1-2 mg/l y CN- WAD de 0.1 0.5 mg/l; mientras que en Estados Unidos los límites establecidos Tabla 2.- Concentraciones de cianuro en plantas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus seleccionadas (Extractado de Eisler, 1991) siglas en inglés) son de 0.2 mg/l de cianuro WAD y 1 mg/l de cianuro total. En el Perú, la legislación establece Especies de Plantas Concentración (mg/Kg) niveles de cianuro total de1 mg/l; 0.1 mg/l de cianuro Yuca libre y 0.2 mg/l de cianuro WAD. Hojas 377-500 Diariamente los seres humanos tienen contacto directo Raíces 138 con el cianuro o sus derivados a través de los alimentos Raíces desecadas 46-< 100 que consume y productos que utiliza. De otro lado, en la Puré 81 industria minera son numerosos los trabajadores que Punte de Bambú Máx. 8000 tienen contacto frecuente con este reactivo no Poroto Blanco (Birmania) 2100 reportándose accidentes fatales o muertes originadas por Almendra (amarga) 280 2500 la intoxicación de este compuesto. La causa principal de Sorgo (planta joven) Máx. 2500 muerte por cianuro involucra la ingesta de plantas cianogénicas, cuyos elevados niveles de cianuro provocan Además, este compuesto está presente en gran parte del una parálisis permanente de las extremidades. ambiente diario al que estamos expuestos, por ejemplo, en A nivel tisular (tejidos), el cianuro actúa sobre el sistema la sal usada para derretir el hielo en los caminos y en los respiratorio, impidiendo el uso del oxígeno mediante la escapes de los automóviles. También es un estabilizante de inhibición de la acción de las enzimas respiratorias. Una la sal de mesa. vez que se encuentra en el torrente sanguíneo, el cianuro También se encuentra en el humo del cigarrillo y en los forma un complejo estable con la citocromo oxidasa, productos de combustión de los materiales sintéticos como una enzima que promueve el traspaso de electrones a las los plásticos y que se desprenden al quemar un material. mitocondrias de las células durante la síntesis de adenosin trifosfato (ATP)2. Cianuro en minería aurífera Si la citocromo oxidasa no funciona correctamente las Desde aproximadamente finales del siglo XIX, el cianuro células no consiguen aprovechar el oxígeno del torrente de sodio es empleado intensamente en operaciones sanguíneo, lo que causa hipoxia citotóxica o asfixia auríferas para la disolución o lixiviación de oro. El proceso celular. La falta de oxígeno provoca que el metabolismo fue patentado en el Reino Unido por J.S. MacArthur y los cambie de aerobio a anaerobio, lo que conlleva a la hermanos W. y R. Forrest el 19 de octubre de 1887. acumulación de lactato en la sangre. El efecto conjunto de Del total de la producción mundial de cianuro, alrededor la hipoxia y la acidosis láctica provoca una depresión en el del 20% se utiliza para fabricar cianuro de sodio, una sistema nervioso central que puede causar paro forma sólida de cianuro cuya manipulación es relativa- respiratorio y resultar mortal. mente fácil y segura. De este porcentaje, el 90%, es decir, La exposición a períodos de inhalación crónica (a largo el 18% de la producción total, se utiliza en minería en todo plazo) resulta en efectos sobre el sistema nervioso central el mundo, mayormente para la recuperación de oro. (SNC). Otros efectos incluyen efectos sobre el sistema Los procesos de extracción aurífera empleada en opera- respiratorio y cardiovascular, un agrandamiento de la ciones mineras requieren de soluciones muy diluidas de glándula tiroides e irritación a los ojos y la piel. El Ingeniero de Minas Año X - Nº 35 23
  3. 3. BIOTECNOLOGÍA En términos generales, se puede señalar que las personas En los primeros, reacciones químicas o biológicas son expuestas a pequeñas cantidades de cianuro por la utilizadas para convertir al cianuro en un compuesto respiración, la absorción de la piel o el consumo de menos tóxico; mientras que en los segundos, el proceso alimentos contaminados con cianuro pueden presentar de reciclaje involucra la remoción del cianuro de la algunos o todos los síntomas siguientes en cuestión de solución o la pulpa. minutos: respiración rápida; agitación; mareo; debilidad; Destrucción Biológica6 dolor de cabeza; náusea y vómito; y ritmo cardíaco rápido. La degradación biológica de cianuro aprovecha de la Asimismo, la exposición por cualquier medio a una capacidad de ciertos grupos de microorganismos, cantidad grande de cianuro puede también causar otros mayormente bacterias, de utilizar compuestos efectos en la salud como: convulsiones; presión cianurados como fuente de carbono y nitrógeno sanguínea baja; ritmo cardíaco lento; pérdida de la convirtiendo el compuesto tóxico en sustancias inocuas. conciencia; lesión en el pulmón y falla respiratoria que lleva a la muerte. La biodegradación de cianuro, como también se le conoce, resulta en la formación de amonio. Los El cuerpo posee diversos mecanismos para expulsar el microorganismos involucrados poseen varios sistemas cianuro de forma efectiva. El cianuro reacciona con el enzimáticos específicos que les permite desarrollar en tiosulfato y produce tiocianato en reacciones catalizadas Fig. enzimas de azufre como la rodanasa. El tiocianato es ambientes con alta concentración de cianuro. por 13 BBC34 (Leopardo) en cuestión de días. liberado por la orina Entre los microorganismos se conoce de la capacidad degradadota de muchos hongos (Fusarium, Hasenula) y Si bien el tiocianato es siete veces menos tóxico que el bacterias (E.coli, Pseudomonas fluorescens, Citrobacter, cianuro, en concentraciones altas provenientes de una Bacillus subtilis y otros) quienes asimilan cianuro y lo exposición crónica al cianuro puede afectar la glándula Fig. 17 ROC F7 usan como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo tiroides. El cianuro tiene más afinidad por la como intermediario NH3. metahemoglobina que por la citocromo oxidasa, y juntos forman cianometahemoglobina. Si estos u otros Son diversos los mecanismos empleados para utilizar o mecanismos de desintoxicación no son superados por la romper la molécula de cianuro. Uno de los mecanismos concentración de cianuro y el tiempo de exposición a la involucra a la enzima cianuro hidratasa, que resulta en que el cuerpo estuvo expuesto, se puede evitar que el la conversión irreversible del cianuro en formamida, que envenenamiento por cianuro sea fatal. finalmente es transformada en CO2 y NH3. Vida silvestre El cianuro también puede ser convertido en -cianoalanina Además del hombre, los animales pueden verse afectados o en un -aminonitrilo por la -cianoalanina sintetasa, por los efectos del cianuro. Los mamíferos terrestres son seguida de la hidrólisis de los productos para liberar un afectados de manera limitada, debido principalmente a ácido y Nh3 que las operaciones mineras se encuentran debidamente aisladas. Tabla 3.- Vías de biodegradacion de cianuro Compuesto Micro-organismo Un aspecto a tomar en cuenta lo constituye la exposición degradado involucrado Reacción de animales domésticos y salvajes a plantas cianogénicas y HCN via NADH+H++HCN+O2HNCO+ P.fluorescens recipientes que contengan cianuro empleados en el control HNCO H2O+NAD+ HCNO+ H2O CO2+NH3 de predadores molestos, como el coyote. HCN Stemphylium loti HCN + H2O HCONH2 Alcaligenes xylosoxidans No precisado en la literatura Un segundo grupo de animales afectados por este HCN subsp. Denitrificans compuesto químico son las aves migratorias y acuáticas NaCN P.putida No precisado en la literatura que llegan a pozas o espejos de agua abiertos con altos Pseudomonas stutzeri KCN No precisado en la literatura Ak61 contenidos de cianuro. Este problema ambiental es evitado KCN Bacillus pumilus C1 No precisado en la literatura mediante la colocación de coberturas o “bolas flotantes”, o disminuyendo la concentración del cianuro WAD. Cianuros Pseudomonas aeruginosa Orgánicos No precisado en la literatura El componente más vulnerable del ecosistema a los Cultivos mixtos - no se ha determinado un HCN+2H2OHCOO-+NH4+ impactos adversos de una exposición al cianuro lo constituye HCN microorganismo En condiciones metanogénicas la vida acuática. Los organismos acuáticos son más anaerobio específico sensibles a los efectos tóxicos de este reactivo, y físicamente no es posible evitar su ingreso a los cuerpos de agua. Una tercera ruta involucra la utilización de la cianuro monoxigenasa para catalizar la conversión de HCN en Métodos de tratamiento cianato (HOCN), lo que lleva a una descomposición Los sistemas o métodos de tratamiento del cianuro catalítica mediada por otra enzima, cianasa, para producir deberán estar dirigidos a eliminar la potencial toxicidad CO2 y NH3. La cianasa es inducible con el cianato mientras del reactivo para la vida silvestre y acuática, así como de que la enzima cianuro monoxigenasa no lo es. las aves. Estos procedimientos podrían incluir la remoción del cianuro de: pulpas de relave de operaciones de Algunas cepas bacterianas transforman directamente molienda; eliminación de soluciones provenientes del cianuro en CO2 y NH3 por medio de la cianuro dioxige- proceso de Merrill-Crowe; soluciones de exceso de nasa, sin la formación de cianato como intermediario. operaciones de lixiviación en pilas o “vat”; soluciones Los tratamientos biológicos se han convertido en una sobrenadantes de presas de relaves; y de filtraciones. alternativa interesante para la industria minera debidos Los tratamientos para el cianuro pueden ser clasificados principalmente al éxito obtenido por Homestake Mining como destructivos y de recuperación. en su planta de Lead, South Dakota, Estados Unidos. El Ingeniero de Minas 24 Año X - Nº 35
  4. 4. BIOTECNOLOGÍA 10 En esta planta, un proceso aeróbico es empleado para Tabla 4.- Algunas plantas y los glicosidos que producen remover cianuro, tiocianato, cianato, amonio y metales Especie Vegetal provenientes de soluciones cianuradas. En una segunda Glicosidos Nombre etapa, el amonio, altamente tóxico para la vida acuática, Cianogenicos Nombre Científico común es transformado en nitrato. El principal microorganismo Amygdalin almonds Prunus amygdalus involucrado en la aplicación de la tecnología es Dhurrin sorghum Sorgum album, Sorgum bicolor Pseudomonas sp. Manihot esculenta Linamarin cassava M. carthaginensis El proceso se realiza empleando Reactores Biológicos lima beans Phaseolus lunatus Rotatorios donde películas de bacterias se encuentran Lotaustralin cassava Manihot carthaginensis lima beans Phaseolus lunatus adheridas a discos giratorios que rotan de manera lenta Prunasin stone fruits Prunus species e.g., P. avium, P. para permitir el adecuado contacto, y degradación de padus, P. persica, P. macrophylla. cianuro, entre el microorganismo y el efluente cianurado. Taxiphyllin bamboo shoots Bambusa vulgaris Primera Etapa: Conclusiones MxCNy + 2 HxO + ½ O2 M-biopelícula + HCO3 + NH3 1. Dada la importancia del cianuro en la extracción de (Me: Fe, Cu, Zn) metales preciosos constituye un aspecto de preocupa- SCN- + 2 H2O + 5/2 O2 SO4-2 + HCO3-1 + Nh3 ción desde el punto de vista ambiental. Segunda Etapa: 2. El empleo de novedosas tecnologías como la biodegra- dación o la fitorremediación de cianuro se presentan NH4 + + 3/2 O2 NO2-1 + 2 H+ + H2O como una alternativa para el control de la contamina- NO2-1 + ½ O2 NO3-1 ción en la industria minera. 3. Los beneficios del empleo del tratamiento biológico Los microorganismos involucrados en el tratamiento permite emplear bacterias indígenas con la habilidad biológico de cianuro y thiocianato incluyen una mezcla de degradar cianuros libres y complejos a niveles de heterogénea de bacterias indígenas del suelo que se han pH que se emplean en las plantas de proceso. Además, adaptado a vivir en ambientes de cianuro luego de una del uso de productos agrícolas como fuente de constante y continúa exposición. nutrientes para las bacterias responsables. Aunque el cianuro es fácilmente degradado por las 4. El proceso produce efluentes de bajo costo que se bacterias aeróbicas, lo mismo no ocurre con el thiocianato ajustan a los criterios de descarga establecidos. que no puede ser removido fácilmente mediante procesos Referencias Bibliográficas anaeróbicos (en ausencia de oxígeno). En suma, el 1. Centros para el Control y la Prevención de tratamiento biológico anaeróbico es un proceso más lento Enfermedades (CDC) , “Emergencias causadas por y más susceptible a la presencia de productos tóxicos agentes químicos: Datos del Cianuro”, 2003, en resultantes de la exposición a otros constituyentes en el www.bt.cdc.gov/agent/cyanide/basics/espanol/pdf/cyanide/fac efluente11. ts_esp.pdf 2. “Efectos del cianuro en la salud humana y en el medio Como en todo sistema biológico, los factores ambientales ambiente”, en más críticos para una buena eficacia del tratamiento www.caem.com.ar/novedades/EfectosdelCianuro.html biológico incluyen al pH, temperatura, niveles de oxígeno 3. Logsdon, Mark J.; Karen Hagelstein, and Terry I. y la disponibilidad de nutrientes. Mudder; “El manejo del cianuro en la extracción de Los microorganismos responsables de la destrucción de oro”, en www.cyantists.com.-ICMMElManejodelCia nura.pdf cianuro pueden ser aislados a partir de ambientes de 4. Meehan, Samantha; 2000. “The fate of cyanide in lixiviación en operaciones mineras auríferas. Su cultivo groundwater at gasworks in south easthern requiere de medios de cultivo simples y/o específicos. En Australia”. Ph. D Thesis, chapter 3 este último caso, los medios deberán contener exclusiva- 5. U.S. Environmental Protection Agency, Cyanide, mente cianuro (CN-) como única fuente de carbono y www.epa.gov/ttn/atw/hlthef/cyanide.html and www.epa.- nitrógeno. gov/safewater/dwh/c-ioc/cyanide.html 6. Guerrero, José; 2002, “Cianuro: destrucción, Hoy en día, aunque los distintos mecanismos que rigen la recuperación y lixiviantes alternativos”. Información degradación microbiana de cianuro están bien compren- no publicada. didos, falta comprender los principios de ingeniería que 7. Institute of Environmental Research (Biology five); permitan disminuir los costos del proceso. En este “Cyanide Phytoremediation“ en www.bio5.rwth- sentido, un mejor futuro se vislumbra con el empleo de aachen.de/ubcen/Research/Bioremediation reactores de cama fuidizada y película fija más que /bioremediation.html reactores de cama fija. 8. Jandhyala, DM; Wilson, RC; Sewell, BT & Benedik, MJ; 7, 9 , 10 2005, “Comparison of cyanide-degrading nitrilases”, Fitorremediación de cianuro Appl. Microbiol. Biotechnol, 2005, Feb. 10. Una nueva posibilidad para el tratamiento de suelos 9. Banks, M. Katherine and Mannering, Fred; “Phytore- contaminados con residuos de cianuro lo constituye el mediation of Cyanide contaminated soils”; en www.hsrc.org/mw-cyanide.html empleo de plantas cianogénicas, especies con capacidad 10. G. Speijers, “Cyanogenic Glycosides”, en www.inchem- para sintetizar glucósidos cianogénicos, compuestos que .org/documents/jecfa/jecmono/v30je18.htm se descomponen rápidamente hacia cianuro cuando una 11. Ata Akcil; “Destruction of cyanide in gold mill planta es dañada. Debido a que el cianuro es un compo- effluents: biological versus chemical treatments”, nente natural de estas plantas, poseen elevadas capaci- Biotechnology Advances 21 (2003) 501 511 dades para degradar este compuesto químico. El Ingeniero de Minas Año X - Nº 35 25

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