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  • 1. Universidad San Martín de Panamá Escuela de Biotecnología Impacto y repercusiones de la biotecnología en laminería a nivel latinoamericano en la aplicación dela biolixiviación como herramienta de la biomineria. Presentado por: Thiago Enrique Vial Campis Cédula: 8-805-2239 República de Panamá Mayo, 2011
  • 2. “En los momentos de crisis, sólo la imaginación es más importante queel conocimiento.” Albert Einstein
  • 3. ÍNDICE1. Antecedentes2. Introducción2.1 Biominería3. Minerales cupríferos3.1 Recursos y reservas minerales de cobre3.2 Proceso productivo del cobre4. Biotecnología en el proceso productivo del cobre5. Minerales sulfurados6. Características de la tecnología de biolixiviación6.1 Definición de biolixiviación6.2 Características de los microorganismos utilizados6.2.1 Características de los microorganismos utilizados6.2.2 Diversidad de microorganismos en un sistema de biolixiviación6.2.2.1. Bacterias lixiviantes de minerales.6.2.2.2. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales6.2.2.3. Fuente de carbono, energía y nitrógeno para Thiobacillus.6.2.2.4. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus.6.2.3 Cultivo de microorganismos6.2.4 Factores que afectan el desarrollo bacteriano.
  • 4. 7. Mecanismos7.1 Extracción de metales por lixiviación bacteriana.7.2 Mecanismo directo de biolixiviación bacteriana por Thiobacillus.7.3 Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus.7.4 Lixiviación bacteriana de CuFeS2.8. Tecnologías de biolixiviación8.1 Ventajas y desventajas de su aplicación8.2 Procesos basados en el riego8.2.1 Biolixiviación en pilas8.2.2 Biolixiviación en botaderos8.2.3 Biolixiviación in situ8.3 Procesos basados en la agitación8.3.1 Biolixiviación en tanques agitados9. Aplicación de la biolixiviación9.1 Desarrollo de la región latinoamericana9.2 Investigación y desarrollo9.2.1 Patentes y marcas9.2.2 Investigación10. Conclusiones y recomendaciones11. Bibliografía12. Anexos12.1 Glosario
  • 5. ÍNDICE DE FIGURAS Y ESQUEMASFiguras2.1. a. Proceso de extracción del cobre por pirometalurgia.2.1. b. Acidithiobacillus ferrooxidans5. El proceso de la hidrometalurgia.6.2.1. Colonia de Acidithiobacillus ferrooxidans6.2.2.1 Thiobacillus thiooxidans7.2 a Thiobacillus adherida a una zona de concentración de azufre.7.2 b Actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita8.2.1 Etapas del proceso de biolixiviación en pilas.8.2.2 Biolixiviación en botaderos8.2.3 biolixiviación in situ8.3 Biolixiviación in situEsquemas6.2.2.2. Condiciones de crecimiento para el cultivo de Thiobacillus ferrooxidansy archeabacterias adaptables al mineral sulfurado concentrado refractario.
  • 6. 1. Antecedentes A finales del siglo XIX S. Winogradsky describió un grupo de bacterias dediversos ambientes: suelo, agua y mina, que crecen por oxidación de mineralescon azufre, hierro, cobre, cobalto, níquel y otros metales, lo que ademásasimilan el CO2 y/o carbonatos como fuente de carbono. Por este tipode metabolismo bioquímico les definió como "bacterias quimiolitotróficas ypostuló que la energía derivada de la oxidación del ión ferroso a férrico sirvepara su crecimiento y asimilación de CO2" (Sánchez-Yáñez y col., 2000; Harveyy Crundwell, 1997). A finales de 1979 se les conocían como bacteriasautotróficas del hierro, entonces sólo se describían dos géneros: Ferrobacillus ylas especies F. ferrooxidans y F. sulfooxidans y Thiobacillus Thioxidans, estáúltima se aisló de un suelo pobre en materia orgánica y en agua de mina;(Lindstrom y col., 1992; Olson, 1991). La lixiviación bacteriana (LB) esuna estrategia biológica que se emplea para la concentración y extracción demetales de minerales sulfurados refractarios de baja ley ó SMBL (Álvarezy Jerez, 1990; Janssrn y col., 1996).En hidrometalurgía la LB es sencilla, barata y ecológica, sus productos nocontaminan el ambiente (Navarrete y col., 2001). Una de sus principalesventajas es la económica, al aprovechar menas de minerales sulfuradosmetálicos de baja ley (SMBL), considerados así porque la concentración delmetal de interés es mínima (10mg/ton del mineral) y porque la extracciónpor métodos químicos tradicionales no es rentable, por ello no se explotan apesar de que contienen oro, plata, cobre y metales radiactivos: uranio, radio,etc. (Ballesteros y col., 2001; Fowler y Crundwell, 1998). 7
  • 7. El primer informe sobre la LB de SMBL, se publicó en 1922 con una bacteriaquimiolitotrofica desconocida, está investigación describió una forma biológicade extracción de metales como alternativa barata para la explotación de SMBL,durante 30 años este informe se ignoró hasta el redescubrimientoT. ferrooxidans tolerante a alta concentración de metales pesados (g L-1): 10 dezinc, 72 de níquel, 30 de cobalto, 55 de cobre y hasta 160 de hierrofundamental en el incremento del costo de fundición de minerales, la queobliga a que concentrados de oro y plata se exploten por LB (Lindstrom y col.,1992).En general se describen tres métodos para la extracción de metales a partir deminerales: lixiviación química en autoclave, tostación de sulfuros y LB. En baseal mineral que se trata se sabe que el reto es extraer el metal unido al azufre,ya que éste es la causa de la refracción o resistencia del mineral a laseparación de estos metales.La lixiviación de sulfuros en autoclave (proceso Sherrit-Gordón), se realiza aelevada temperatura y presión del oxígeno para la oxidación y solubilización delazufre y su eliminación, como la variante de Homestake en Nevada, E.U.A. Poresta técnica el producto de autoclave, es una solución ácida en la que losmetales del mineral son solubles. En tanto un lodo atrapa las especies inertescomo arcillas y sílice, en la siguiente etapa; la cianuración se aplica paraseparar: plomo, cobre y zinc, la técnica se usa en yacimientos de minas de orocon o sin concentración de sulfuros, la desventaja de este tratamiento es elalto consumo de oxígeno proporcional a la concentración de azufre en elmineral además los metales de los minerales deben ser resistentes ala corrosión (Sand y col., 1993; Sugio y col., 1990). 8
  • 8. La tostación es un proceso industrial para la conversión de sulfuros en sulfatossolubles en solución ácida acuosa, que permite cianuración normal, despuésdel lavado de residuos. No obstante la tostación genera dióxido de azufre (SO2),no recuperable en pequeña o mediana escala, que contamina el ambiente porello normas de protección ambiental restringen su utilización.La LB es una actividad biológica conocida desde la antigüedad por fenicios,romanos, árabes y españoles, que la reportaron en la extracción de cobre enagua de minas. En 1947 cuando T. ferrooxidans se aisló por primera vez deldrenaje de una mina de carbón bituminoso (Kashefi y col., 2001; Olson, 1991).En España en 1950 se reportó la LB de minerales de cobre en una mina del RíoTinto, hasta 1970 se confirmó que esto fue derivado de la actividad deThiobacillus sobre el SMBL (Lindstrom y col., 1993; 1992; Suzuki y col., 1990).Cuando la microbiología avanzó, se reportó que Thiobacillus como es clave en larecuperación de metales de valor comercial a partir de SMBL. Por ello existenpatentes de este proceso, incluso para minerales con metales radioactivos(Ahonen y Touvinen, 1992).2. Introducción Esencial dentro del desarrollo energético de un país, la minería estambién una de las actividades industriales que mayor incidencia provocasobre el medio ambiente y la calidad de vida de las personas que habitan en laszonas aledañas a una explotación. Con el fin de mitigar este impacto, se abogapor la puesta en marcha de un nuevo modelo de gestión: la biominería.Si bien algunas actividades mineras no pueden ser fácilmente reemplazables,para muchos investigadores, esta alternativa cada vez puede ser más tomadaen cuenta. La idea es utilizar microorganismos en los diferentes aspectos de laexplotación de los minerales. 9
  • 9. El proceso de tratamiento de los metales abarca desde la concentración de lasespecies de interés (a través de la bioflotación), pasando por la recuperación delos elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acciónen tareas de remediación ambiental.Este avance tecnológico y ecológico propuesto gracias a la biotecnología vienea acompañar la creciente resistencia popular a la instalación de minascontaminantes, como fue el caso de los habitantes de varios paíseslatinoamericanos en contra de la explotación de oro en la región. Del otro lado,las empresas solían argumentar que estudios de riesgo ambiental y laaplicación de métodos preventivos o remediadores de las emisiones, desechos yresiduos, solían encarecer sustancialmente las operaciones, hasta hacerlasinviables en muchos casos.2.1 Biominería El término se empezó a usar, en torno de uno de los metales cuyo usointensivo por la humanidad lleva más de 4000 años: el cobre, que tienemúltiples aplicaciones, como la de ser conductor eléctrico. Este metal, debido asu uso intensivo durante tantos años, pocas veces se encuentra en lanaturaleza bajo forma metálica; en general se lo localiza como parte dediferentes minerales, como aquellos a los cuales está asociado el azufre(sulfuros).La explotación clásica de este tipo de minerales se realiza a través de lapirometalurgia donde el mineral es tostado a altas temperaturas yposteriormente reducido al metal (Fig.2.1.a). Esta metodología no sólo esinviable económicamente para minerales con bajo contenido en metal, sino quees altamente contaminante, ya que libera enormes cantidades de dióxido deazufre, que es uno de los gases involucrados en la llamada "lluvia ácida". 10
  • 10. Fuente: http://pirometarevista.blogspot.com/2007/11/la-pirometalrgia-en-el-cobre.html Fig.2.1.a Proceso de extracción del cobre por Pirometalurgia.El uso de metodologías que funcionen a bajas temperaturas y con solucionesacuosas capaces de extraer el metal de los minerales -lixiviar- es claramentepreferible desde el punto de vista de su rentabilidad y de su impacto ambiental.No obstante, hace algo más de medio siglo se descubrió que la hidrometalurgia(como es llamado este último proceso) debería llamarse en realidad 11
  • 11. biohidrometalurgia ya que se aislaron microorganismos cuya presencia semostró esencial para que el proceso de recuperación de cobre fuera eficaz.En los primeros tiempos, una bacteria aeróbica llamada Acidithiobacillusferrooxidans (fig.2.1.b) fue identificada como la responsable de la actividadlixiviante. El mecanismo de acción bacteriana consiste básicamente entransformar sulfuros, que no se solubilizan en medios acuosos, en sulfatos quese disuelven fácilmente en soluciones acuosas. La capacidad de aquellabacteria para crecer en presencia de ácidos y de altísimas concentraciones demetales, sumado a que no necesita fuentes orgánicas para procurarse carbonoy que crece a temperaturas moderadas, la hace ideal para los procesos derecuperación de metales a partir de minerales. Fuente: L.G. Leduc Figura 2.1.b Acidithiobacillus ferrooxidansCon el advenimiento de las nuevas técnicas de la biología molecular, se hacomprobado que existen varias decenas de otras bacterias y de arqueasasociadas al proceso en el cual interviene el Acidithiobacillus ferrooxidans. Poreste proceso, también es posible recuperar otros metales como cobalto, níquel,cinc, entre muchos otros. La aplicación comercial de esta metodología -biolixiviación- suele hacerse regando "pilas" (acumulaciones de mineralpreviamente triturado) con soluciones de ácido sulfúrico; las bacterias 12
  • 12. existentes en los minerales liberan al metal del mineral que finalmente esrecuperado a partir de las soluciones que emergen de la parte inferior de lapila.El cobre es el metal que se recupera en mayor medida por esta metodología.Chile es el mayor exportador mundial de cobre y obtiene aproximadamente el30 por ciento por biolixiviación (CIMM, 2010). De todos modos, la másimportante aplicación comercial de la biominería es la biooxidación. Esteproceso es aplicable a minerales refractarios de oro en los cuales éste seencuentra incluido dentro de una matriz mineral de sulfuros, lo cual dificultasu posterior recuperación.La acción de las bacterias elimina esta matriz liberando al oro y haciendo asímás eficaz su recuperación y con una marcada disminución del gasto encianuro que, en caso contrario, es consumido por hierro y cobre que suelenestar presentes en la matriz de sulfuros. "La biooxidación se realizafrecuentemente en grandes tanques agitados a los cuales se agregan losmicroorganismos, las soluciones acuosas, con un mínimo de sales requeridaspor los microorganismos, y el mineral. Posteriormente, el mineral es expuesto acianuraciones para lixiviar el oro", explicó Donati.Los procesos biológicos que en conjunto se denominan biorremediación, son devariada naturaleza; los más relevantes son la bioprecipitación -formación decompuestos no solubles entre metales y metabolitos generados por ciertosmicroorganismos- y liosorción -retención de los metales a diferentes partes delos microorganismos a través de diferentes fenómenos. 13
  • 13. Obviamente, también pueden utilizarse para el tratamiento de contaminacionescon metales generados en otros procesos industriales. Donati concluyeobservando que, en forma simultánea o independiente a la biorremediación, esposible utilizar plantas para la estabilización o la extracción de metales desdesuelos contaminados, tecnología conocida como fitorremediación.3. Minerales cupríferos La complejidad de los procesos geológicos que ocurren en la cortezaterrestre, hacen que la distribución de los elementos químicos sea heterogénea,generando su enriquecimiento o empobrecimiento. Estos fenómenos puedenoriginar la concentración selectiva de ciertos elementos en determinadas zonas,con valores que superan la media respecto a la distribución normal de loselementos en la corteza terrestre. A estas zonas de concentración se les conocecomo yacimientos de mineral.El origen de los yacimientos de cobre se asocia al magma que asciendeintroduciéndose en las capas superiores de la corteza, en forma de intrusivos.Este ascenso se relaciona a los diferentes fenómenos que han ocurrido en lacorteza desde millones de años atrás, como el fluido de aguas termales y elmovimiento de la placa oceánica –Nazca- bajo la continental –Sudamericana-. Apartir de estos procesos geológicos se irán formando dos tipos de materialmineralizado para los yacimientos de cobre: los sulfuros y los óxidos. 14
  • 14. Inicialmente los minerales se encuentran como sulfuros en las capasprofundas de la corteza, al ascender, y debido a la acción del oxígenoatmosférico, se produce una oxidación de estas especies, formando una capade mineral oxidado, lo que explica que este mineral se encuentre a un nivelmás superficial que los sulfurados.Bajo la capa de mineral oxidado se encuentra una zona llamada secundaria oSupérgeno, donde los minerales sulfurados han sido alterados por efecto de lacirculación de aguas superficiales, lo que produce la disolución de algunosminerales, generando a la vez el enriquecimiento de sulfuros y con ello elaumento del contenido de cobre. La zona más profunda del yacimiento dondese preservan las características de su formación original, se ubica por debajode la zona secundaria y se llama zona primaria de sulfuros o hipógena. Losminerales asociados a estas zonas se llaman minerales secundarios y primariosrespectivamente de este modo, el cobre se encuentra asociadomayoritariamente a minerales sulfurados, y en una menor parte a mineralesoxidados. Para su extracción desde los minerales que lo contienen y, debido aque los minerales sulfurados y oxidados tienen características distintas, serequieren procesos productivos diferentes. 15
  • 15. 3.1 Recursos y reservas minerales de cobre La explotación del cobre en Latinoamerica comenzó desde tiemposinmemorables, pero siempre a pequeña escala. La explotación más industrialcomenzó con la llegada del siglo XIX, estimulada por la apertura de laeconomía intercontinental debido a los avances de la Revolución Industrial.La producción de cobre se había basado hasta entonces, sólo en elprocesamiento de minerales con una ley alta de corte, y los minerales bajo estaley eran acumulados cerca de los yacimientos, al igual que los residuos deflotación o relaves.Estos recursos minerales, debido a las grandes cantidades acumuladas juntocon su contenido de cobre, comenzaron a ser considerados como unaalternativa atractiva de reservas minerales las que podían ser aprovechadaseconómicamente.En el caso de los sulfuros de cobre, la existencia de importantes recursos debaja ley, remanentes de la explotación de minerales más ricos, sumado a losprimeros indicios de agotamiento de las reservas minerales oxidadas, impulsó alos investigadores a buscar técnicas rentables y eficientes de recuperación delcobre. Esto los llevó a encontrar que ciertas bacterias catalizaban la lixiviaciónde los minerales sulfurados, haciendo rentable su procesamiento.La utilización de estas bacterias se justifica cuando el mineral sulfurado de unyacimiento cuprífero es de baja ley o tiene menos de un 0,5% de cobre,situación en la que el proceso productivo tradicional de pirometalurgia deja deser rentable, y se buscan nuevos procesos, más baratos y eficientes. (CIMM,2005). 16
  • 16. 3.2 Proceso productivo del cobre De acuerdo con las características químicas de los minerales de cobre,las empresas mineras desarrollan tecnologías y procesos diferenciados para larecuperación de cobre a partir de minerales oxidados y sulfurados. Sinembrago, entre ambos procesos productivos existen algunas etapas en común: Recurso: tonelaje o volumen de roca o mineralización o mineral de interés económico cuyos límites, contenidos, evidencia, continuidad geológica y otras características de cantidad y calidad son conocidas con un grado sustentado de nivel de confiabilidad (Jara, J.J. 2008). La viabilidad es una “Porción del recurso” que sometido a estudios técnico- económicos específicos, involucrando continuidad, distribución y extensión de la mineralización, leyes, método de exploración, dilución, procesos metalúrgicos, recuperación, infraestructura, consideraciones ambientales, costos operacionales y costos de capital, demuestran la justificación de su extracción en un período determinado y bajo condiciones bien definidas (Jara, J.J. 2008). Estos procesos se encuentran enmarcados en la metalurgia extractiva, que estudia los métodos químicos necesarios para tratar una mena mineral o un material que se va a reciclar de tal forma que se pueda obtener, a partir de cualquiera de ellos, el metal, más o menos puro, o alguno de sus compuestos. 17
  • 17.  Los minerales oxidados son explotados principalmente a rajo abierto por encontrarse más cercano a la superficie, y luego son triturados en varias etapas de chancado (generalmente tres) con el objetivo de liberar la especie mineral de interés, en este caso el óxido de cobre, y lograr un tamaño uniforme de partícula de hasta ½ pulgada. En la etapa de aglomeración, una mezcla de agua y ácido sulfúrico se aplica al mineral que puede estar en una correa transportadora o en un tanque agitador, haciendo que los finos se adhieran a los gruesos. Las partículas de menor tamaño segregan y forman áreas ciegas que disminuyen la percolación, aumentan el tiempo de lixiviación y con ello el consumo de reactivos, razones por las que es importante preparar el material mineralizado, a modo de asegurar su permeabilidad para la lixiviación. La lixiviación es un proceso de la hidrometalurgia, en el cual se aplica una solución de ácido sulfúrico y agua al mineral, lo que cambia las condiciones de acidez disolviendo rápida y selectivamente el cobre con lo cual se separa del mineral. La solución de lixiviación que contiene el cobre disuelto como sulfato de cobre o PLS –Pregnant Liquour Storage- es desarenada y conducida a una planta de extracción por solvente o SX –Solvent Extraction-. Con la extracción por solvente se logra la recuperación selectiva del cobre, su purificación y concentración, mediante la extracción de los iones de cobre con un solvente orgánico, que luego es tratado con una solución acida en la que se recupera el “Finos”, se refiere a partículas de granulometrías inferiores a 0,1- 0,15 milímetros. “Gruesos”, por su parte, se refiere a partículas de granulometría menor a 38 milímetros. 18
  • 18. 4. Biotecnología en el proceso productivo del cobre El Convenio sobre la Diversidad Biológica de las Naciones Unidas (1992)define Biotecnología como “toda aplicación tecnológica que utilice sistemasbiológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificaciónde productos o procesos, para usos específicos” (CNDBT, 2003b).La Biotecnología presenta la ventaja de ser una tecnología específica quepermite elegir el campo de aplicación más apropiado a las necesidades yrequerimientos del país. Así en el sector minero, la aplicación biotecnológicacon más inmediata utilidad es el trabajo con bacterias que participan en labiolixiviación de minerales con contenido de cobre. (CNDBT, 2003)La rama de la biotecnología que busca el estudio y la aplicación del potencialEconómico, de las interacciones entre el mundo microbiano y el reino mineral,se llama biohidrometalurgia, un subcampo de la hidrometalurgia.Esta disciplina se preocupa de dos temas, como son la recuperación de metalespor tecnologías de biolixiviación; y la neutralización y purificación de aguasprovenientes de los procesos mineros por medio de tecnologías debioremediación. El objeto de este estudio es el campo de la recuperación demetales, por ello solo será analizada la tecnología de biolixiviación.La palabra biohidrometalurgia significa: “bio” porque usa microorganismoscomo bacterias y arqueas, “hidro” por llevarse a cabo en medio acuoso ymetalurgia que es la ciencias que se ocupa de la producción de metales y eltratamiento de materiales y soluciones que contengan metales. 19
  • 19. 5. Minerales sulfurados En el caso de minerales sulfurados se realiza explotación subterráneapor la profundidad de los yacimientos y también a rajo abierto para losminerales que se encuentran más cercanos a la superficie. Al igual que paralos minerales oxidados, se hacen varias etapas de chancado y además la etapade molienda donde se reduce el tamaño de las partículas de mineral hasta unmáximo de 0,18 mm. El menor tamaño de mineral para los sulfurados se debea que las partículas deben ser livianas para el proceso de flotación. En laflotación se logra separar el cobre de la ganga, al agregar reactivos quefavorecen la adherencia del cobre a burbujas de aire que emergen desde elfondo de una piscina de flotación y la rebasan para luego ser recuperado ysecado, antes de ser llevado a la fundición.La fundición es un proceso pirometalurgico, en el que el concentrado de cobrepasa del estado sólido al líquido en hornos a 1.200°C, provocando que loselementos más livianos queden en la parte superior del fundido – llamadoescoria-, y los pesados como el cobre, se concentren en la base. De la fundiciónse obtienen ánodos de cobre, que son refinados o purificados por un proceso deelectrorrefinación en el que se aplica corriente eléctrica. Se utilizan ánodos decobre que son consumidos en la reacción, por lo que deben ser repuestosconstantemente y cátodos de cobre puro reutilizables, sobre los que se formanlos nuevos cátodos de alta pureza (Víves, H. 2009).En la actualidad, la hidrometalurgia (fig.5) es aplicada a ambos minerales. Elinconveniente es que para los minerales sulfurados la cinética de disolución esmucho más lenta que la de minerales oxidados. Por lo tanto, no basta sólo unasolución ácida para lograr su disolución, por fuerte que ésta sea, sino quetambién se requiere un catalizador de la reacción, rol que asumen las bacteriasal aplicar la biotecnología para la extracción del cobre, en un proceso llamadobiolixiviación. 20
  • 20. Fuente: UNCTAD Figura 5. El proceso de la hidrometalurgia.6. Características de la tecnología de biolixiviación6.1 Definición de biolixiviación La biolixiviación es un proceso en el cual se emplean microorganismos paradisolver los minerales, liberando un metal de valor presente en un mineral o en unconcentrado, que con métodos convencionales sería muy difícil de extraer. Labiolixiviación es el proceso convencional de lixiviación, catalizado biológicamentepero aplicado a los minerales sulfurados, ante la necesidad de aumentar lacinética de su disolución. De esta manera la biolixiviación es un proceso químico,mediado por el agua y oxígeno atmosférico y un proceso biológico, mediado pormicroorganismos. 21
  • 21. La biolixiviación generalmente se refiere a la tecnología de biominería aplicadaa metales base. Los metales base son los metales relativamente fáciles deoxidar o corroer y en el área industrial se refiere a los metales no-ferrosos, queincluye prácticamente a todos los metales a excepción del mismo hierro y sualeación, el acero. A escala comercial la biolixiviación es aplicada para larecuperación de cobre y uranio por lixiviación y de oro mediante unpretratamiento de minerales refractarios, que recibe el nombre de biooxidación.La tecnología de biolixiviación también ha sido probada en laboratorios parasulfuros de cobalto, galio, molibdeno, níquel, zinc y plomo (Brierley J.A.,2001).6.2 Características de los microorganismos utilizados6.2.1 Características de los microorganismos utilizados Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación songeneralmente autrótofas, aeróbicas y quimiosintéticas. Esta últimacaracterística, las hace capaces de oxidar minerales para producir el ión férricoy ácido sulfúrico, necesarios para las reacciones de biolixiviación. El ión férrico,es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los minerales de sulfurode cobre a sulfato de cobre que es soluble. Debido a esto, también se les llamamicroorganismos sulfo y ferro-oxidantes.Su capacidad autótrofa les permite sintetizar sus componentes celulares apartir de compuestos inorgánicos, como la fijación del CO2 de la atmósfera. Sealimentan de los minerales de los que obtienen energía y realizan esta tareacomo parte de sus procesos metabólicos. También se caracterizan por serorganismos que viven en condiciones extremofilas. 22
  • 22. Son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para sumetabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para sunutrición no necesitan de otros seres vivos.Todas estas características les confieren la clasificación de bacterias y arqueasQuimilitoautotróficas ferro-sulfo oxidantes. Uno de sus principales exponenteses la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, aislada por primera vez desde lasaguas de una mina de carbón, cuyo descubrimiento se dio a conocer en 1947(Colmer, A.R. y Hinkle, M.E, 1947). Así fue como se encontró la primerabacteria identificada capaz de lixiviar el cobre.La Acidithiobacillus ferrooxidans (Fig.6.2.1), ha sido la bacteria más estudiadapara biolixiviación y por consiguiente de la que existe mayor información, sinembargo existen otros microorganismos identificados que solubilizan mineralessulfurados. Fuente: www.blogodisea.com Figura 6.2.1. Colonia de Acidithiobacillus ferrooxidans 23
  • 23. 6.2.2 Diversidad de microorganismos en un sistema de biolixiviación En los ambientes naturales asociados a la minería, es posible encontraruna variedad de microorganismos como bacterias y arqueas, pero en sumayoría bacterias, cuya población se encuentra fuertemente influenciada porla temperatura a la que están expuestas así como por los nutrientes presentes.La temperatura en los sistemas industriales no supera los 45°C y en estasituación es posible encontrar bacterias de las especies Acidithiobacillusferroxidans (A.f.), Acidithiobacillus Thioxidans (A.t.) y Leptobacillus ferroxidans(L.f) que son las más prevalentes. Respecto a los nutrientes, en un medio conión ferroso es común encontrar A.f., y en su ausencia predomina la A.t. y la L.f.La presencia de determinadas especies de bacterias dependerá del mineralbiolixiviado, por lo que las condiciones óptimas de operación podrían no serexactamente las mismas para todos los recursos mineros, para ello esimportante conocer su composición mineralógica (Vásquez, L. M., 1997).Cada especie de bacteria tiene distintos requerimientos de nutrientes comofuentes energéticas, por lo que una mezcla de bacterias podría resultar másbeneficiosa que una especie pura, en la biolixiviación de un mineral. Así porejemplo los compuestos que no son oxidados por una especie, pueden seroxidados por la otra, evitando una acumulación que podría resultar tóxica. 24
  • 24. 6.2.2.1. Bacterias lixiviantes de minerales. T. thiooxidans (Fig.6.2.2.1) es una bacteria Gram negativaquimiolitotrofica obligada, cosmopolita. Existe información sobre técnicas deaislamiento e identificación (Brigmon y col, 1995). Además su potencial enbiohidrometalurgía para la extracción de minerales de: cobre, oro, plata, uranioy radio, se limita por inhibición por metales que lixivia (Goebel y Stckebrandt,1994; Bronwyn y col, 2000). Otras especies de Thiobacillus son sensibles a laacidez como T. thioparus y T. novellus no oxidan azufre elemental, pero si sussales además de compuestos orgánicos como la glucosa. Fuente: http://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/onsen/ons-bse/biseibut/img/050210-1.jpg Figura 6.2.2.1 T hi ob a ci l l us t hi oo xi d a n sT. denitrificans crece en anaerobiosis con nitrato como aceptor final deelectrones. T. ferrooxidans oxida sales de azufre con hierro, T. novellus esquimiolitotroficó facultativo con un pH óptimo de crecimiento de 7.0.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). 25
  • 25. 6.2.2.2. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales Las técnicas de aislamiento para Thiobacillus ylas herramientas moleculares revelan su distribución en ambientes de mina ysuelo. Existen otros procariotes que lixivian SMBL, investigación "in situ" enminas para extracción de oro generan resultados similares Thiobacillus(Kanishi y Sataru, 1992), estas bacterias nativas de minas, toleranconcentraciones subletales del metal que lixivian, de esa forma aumentan elrendimiento del metal que se extrae sin elevar el costo del proceso, esambientalmenteseguro, investigación sobre la ecología de éstas bacterias lasclasifica en base a su temperatura de lixiviación de SMBL. Se reporta quebacterias termófilas y mesófilas lixivian minerales "in situ" en minas para laextracción oro en Sudáfrica (Lovley, 2000; Olson, 1991). De la naturaleza esposible aislar archeabacteria hipertermofilas y adaptadas a elevadatemperatura para la LB de SMBL con cobre, plata y oro, y aquellas bacteriasempleadas donde la temperatura es un factor limitante para la extracción demetales (Golovacheva et al, 1992).El siguiente esquema (Esq.6.2.2.2) muestra las principales característicasfisiológicas y bioquímicas de Thiobacillus requeridas para su explotación(Lópezarchilla y Amils, 19943), T. ferrooxidans crece por oxidación de iónferroso y azufre inorgánico forma sulfato como producto derivado del ácidosulfúrico y asimila CO2 como fuente de carbono, su morfología es semejante aT. thiooxidans, no oxida el ión ferroso, ni lixivia SMBL insolubles.Las variables fisiológicas del cuadro 1 se adaptan para optimizar la actividadlixiviante de T. ferrooxidans en función del mineral (Lloyd y Macaskie, 2000). 26
  • 26. Esquema 6.2.2.2. Condiciones de crecimiento para el cultivo deThiobacillus ferrooxidans y archeabacterias adaptables al mineralsulfurado concentrado refractario.Variable Valor recomendadoTemperatura 35o C, 100° C*Potencial de hidrógeno (pH) 2.3Eh -500 mVConcentración del ión ferroso 10 g-1(Fe2+) 10-25Concentración sulfuro metálico 5-7 % (v/v)(%) (NH4)2SO4 3.0 g-1 (p/v), inclusive N2Densidad de inóculo bacteriano (molecular)Fuente de Nitrógeno (N) CO2 0.2% (v/v), inclusive carbonatos.Fuente de Carbono (C) O2 intensivo.Fuente de Oxígeno Azufre mineral, con tamaño menor que 32Fuente de energía y/ó azufre micras Fuentes: Tuovinen et al., 1994,1991; Kashefi y Lovley, 2000.6.2.2.3. Fuente de carbono, energía y nitrógeno para Thiobacillus. Esta especie utiliza como fuente de energía para crecer la oxidación decompuestos reducidos de azufre, que incluye el ión ferroso soluble y cobre(Mossman et al., 1999). 27
  • 27. 6.2.2.4. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus. T. ferrooxidans fija de dióxido de carbono o carbonatos, para suplirsu demanda de carbono, común en quimiolitotroficos por inyecciónde aire para proveer de CO2 y O2. La demanda de nitrógeno se satisface con N ocon formas reducidas de N como amonio y/o nitratos incluye N2 (Harvey yCrundwell, 1997; Suzuki et al., 1990).6.2.3 Cultivo de microorganismos Bacterias y arqueas, son organismos “procariontes” o carentes de núcleoy unicelulares, pero con diferencias tan fundamentales a nivel molecular, quese clasifican en grupos distintos.El remanente de la explotación del mineral de mayor ley y los relaves deflotación quedan cerca de los yacimientos, expuestos a las condicionesambientales, lo que crea un ambiente propicio para el desarrollo demicroorganismos. De los drenajes ácidos que se generan naturalmente, sepuede aislar microorganismos para su cultivo en laboratorio ya sea una especieen particular o una comunidad. Sin embargo, existe consenso en que losmétodos que utilizan cultivo son inadecuados para estudiar la composiciónmicrobiana de una comunidad, pues solo permiten observar una pequeñafracción de los microorganismos que crecen en el sistema natural. El cambio demedio distinto al original, hace que los cultivos sean selectivos y con ello sesubestime el número y variedad de microorganismos de una muestra (Vasquez,L. M., 1997). 28
  • 28. Para estudiar los microorganismos presentes en el medio natural, últimamentese ha optado por el análisis de ADN extraído directamente del sistema, lo quees independiente de la facultad del microorganismo para crecer en un medio decultivo (Vasquez, L. M., 1997). Tarea que se ve facilitada por la existencia ydisponibilidad del secuenciamiento del código genético de las especiesbacterianas lixiviantes.6.2.4 Factores que afectan el desarrollo bacteriano. El papel que juegan los factores ambientales, biológicos y fisicoquímicos,sobre el crecimiento y desarrollo de las bacterias es fundamental en elrendimiento de la extracción de metales por biolixiviación. El control de estosfactores es muy importante para asegurar las condiciones óptimas de pH,humedad, temperatura, nutrientes, fuentes de energía que deben existir juntocon la ausencia de inhibidores, que permitan obtener el máximo rendimientode cobre.Los factores que influyen en la respuesta de los microorganismos encargadosde la biolixiviación según Pradhan et al. (2008) y el ITGE (1991) son:  pH: Son bacterias acidófilas, es decir crecen en medios ácidos, siendo incapaces de desarrollarse a un pH mayor de 3.0. El pH define que especies de bacterias se desarrollarán en el medio  Oxígeno y dióxido de carbono: Como la mayoría de las bacterias lixiviantes en la naturaleza son aeróbicas, necesitan un ambiente con oxígeno para sobrevivir. El aire aporta el oxigeno (O2) y dióxido de carbono (CO2) necesarios para la lixiviación, por lo que es importante asegurar la aireación independiente de la tecnología utilizada. 29
  • 29. El oxígeno es utilizado como oxidante por los microorganismos en ambientes de estrés. Un cultivo es un conjunto de microorganismos a los que se les ha hecho crecer deliberadamente en un determinado medio y a escala de laboratorio (ITGE, 1991). El dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular o generación de biomasa. Nutrientes: como todos los seres vivos estos microorganismos requieren de fuentes nutricionales para su óptimo desarrollo, que pueden obtener del mismo mineral, como amonio, fosfato, azufre, iones metálicos (como Mg+), etc. El magnesio, es necesario para la fijación de CO2 y el fósforo es requerido para el metabolismo energético. Fuente de Energía: los microorganismos utilizan como fuente primaria de energía el ion ferroso y el azufre inorgánico. En la lixiviación de mineral el ión ferroso (Fe+2) es producido biológicamente, por ello no es necesario añadirlo. Luz: la luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de bacterias, pero el hierro ofrece alguna protección a los rayos visibles. Temperatura: Los microorganismos se clasifican según el rango de temperatura en el cual pueden sobrevivir. Así las mesófilas sobreviven en un rango óptimo de 30-40°C, las moderadamente termófilas a una temperatura cercana a los 50°C, y las extremadamente termófilas sobre los 65°C. Si la temperatura del medio en que se encuentren los microorganismos es menor a 5°C, se vuelven inactivos volviendo a cumplir su función si aumenta la temperatura, pero si la temperatura del medio sobrepasa el óptimo, los microorganismos se mueren. 30
  • 30. Es importante considerar que la reacción de oxidación de los minerales sulfurados es exotérmica, es decir libera calor al medio lo que produce el aumento de la temperatura. La posibilidad de controlar la temperatura dependerá del diseño de la tecnología de biolixiviación ocupada, por ejemplo sería más difícil el control en una pila que un tanque agitado. Presencia de Inhibidores: durante el proceso de biolixiviación, se van acumulando metales pesados como zinc, arsénico y hierro en la solución de lixiviación, y en ciertas concentraciones resultan tóxicos para los microorganismos. Estas concentraciones tóxicas se pueden disminuir al diluir la solución lixiviante. Potencial redox (Eh): La oxidación de las especies reducidas depende del movimiento o transferencia de electrones, por lo tanto influye en el metabolismo de la bacteria. De esta manera, la medida del potencial es un indicador de la actividad microbiana, mientras mayor sea el potencial medido, mayor será la actividad microbiana. El potencial óptimo es de 600 a 800 mV (miliVolt). Tamaño de partícula: a menor tamaño de la partícula de mineral, mayor es el área de contacto que tiene el microorganismo, haciendo más efectiva la lixiviación. 31
  • 31. 7. Mecanismos7.1 Extracción de metales por lixiviación bacteriana. Los metales se liberan del mineral por solubilización con el ácidosulfúrico derivado de la oxidación del azufre en la membrana Thiobacillus, aligual que la del hierro, al igual que en los minerales de uranio que existencomo óxidos insolubles aunque no se sabe a detalle el mecanismo de la LB; eluranio se asocia a pirita y se disuelve por actividad indirecta de Thiobacillus alformar sulfato férrico, como se expresa en la siguiente ecuación. El sulfato deuranio se recupera de la solución lixiviante por intercambio iónico o consolventes orgánicos (Tuovinen et al., 1991).BacteriaUO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO47.2 Mecanismo directo de biolixiviación bacteriana por Thiobacillus. Existen bacterias quimiolitotróficas oxidan directamente mineralessulfurados concentrados. Investigación por microscopio electrónica detransmisión y barrido revela que estas bacterias se adhieren a la zona deconcentración del azufre (Fig.7.2 a) para usarlo como fuente de energía ygeneran el MPS con el que se asegura la unión física cápsula-mineral para laoxidación del azufre inorgánico que produce el ácido sulfúrico, en consecuenciase causa la solubilización del metal del mineral y la desintegración desu estructura cristalina. (Mossman et al., 1999). 32
  • 32. Estas observaciones al microscopio electrónico probaron que Thiobacillusdisuelve la superficie del cristal del mineral en la zona de concentración delazufre. Se sabe que la naturaleza química de cápsula de Thiobacillus es clavecuando atacan SMBL pues durante está acción se sucede simultáneamente laoxidación del hierro y el azufre. Se sabe que Thiobacillus oxida hidróxidosmetálicos mediante dos mecanismos para solubilizar el mineral sulfurado debaja ley. Una implica el ciclo férrico-ferroso o mecanismo indirecto. La otradepende del contacto físico bacteria-cristal del mineral independiente del cicloférrico-ferroso. Los SMBL se solubilizan por la oxidación de Thiobacillus enausencia de ión férrico aerobiosis estricta (Arredondo et al., 1994; Blake et al.,1994; Goebel y Stckebrandt, 1994).Fuente:http://2.bp.blogspot.com/_d8SAYm_Eelk/S9ocWdnQLjI/AAAAAAAAACU/s_zzJvtqP44/ s1600/T_ferrooxidans.gif Fig.7.2 a Thiobacillus adherida a una zona de concentración de azufre.Investigación reciente sugiere que Thiobacillus oxida paralelamente el azufre yel hierro reducido ello facilita la lixiviación del metal de interés. Se reporta queThiobacillus detecta el lugar exacto de oxidación y por quimiotaxis se dirige aese sitio donde se concentra el azufre del mineral. Por la oxidación del sulfurocausa perforaciones en la superficie del cristal del SMBL cuya profundidaddepende del mineral y varia de acuerdo con su composición química. 33
  • 33. El proceso se resume como sigue:a) Oxidación de Fe2+ a Fe3+ (ferroso a férrico) para la síntesis de energía.b) Solubilización del azufre de la superficie del mineral por el ácido sulfúricoderivado de su oxidación para mantener su crecimiento.c) Unión directa de la bacteria con la superficie del mineral sulfurado.La actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita (Fig.7.2 b) se explicaen las siguientes reacciones:FeS2 + 3½ 02 + H20 FeS04 + H2SO4Bacteria2FesO4 + ½ 02 + H2SO4 Fe(SO4)3 + H20FeS2 + 302 +2H2O 2H2SO4 + 2SBacteria2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (Reacción 1)Fuente: http://3.bp.blogspot.com/_pO6_LWzFSx4/S1T0tHoATkI/AAAAA/s320/thiobacilus.jpg Figura 7.2 b Actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita 34
  • 34. Mientras que la actividad quimiolitotrofica de Thiobacillus sobre la calcopiritase expresa:Bacteria2CuFeS2 +8 ½ O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe(S04) + H2OCuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S (Reacción 2)El sulfuro (S=) producido por Thiobacillus durante la lixiviación de la pirita(reacción 2), se oxida por la bacteria y libera ácido sulfúrico (reacción 1). Seconoce el papel catalítico de Thiobacillus en está transformación del SMBL. Laactividad de los metabolitos derivados de la oxidación del azufre requiere unnúmero suficiente de Thiobacillus en la superficie del SMBL (Zagury et al.,1994)7.3 Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus. El sulfato férrico en solución y la concentración de oxígeno son básicosen 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). Engeneral se reporta que el ión férrico sólo ó en mezcla es la especie química de lalixiviación de SMBL por Thiobacillus. El ión férrico influye indirectamente actúasobre SMBL. Las reacciones siguientes representan el mecanismo en fasesaeróbica/anaeróbica por Thiobacillus en minas (Ahonen y Tuovinen, 1992).(Aeróbica) MeS + 2Fe3+ + H2 + 202 Me2+ + 2Fe2+ + S04 = 2H+(Anaeróbica) Fe(S04)3 + FeS2 3FeS04 + 2S 35
  • 35. Cuando Thiobacillus oxida el ión ferroso a férrico es cíclico por: 1) la interaccióndel ión férrico con SMBL y 2) Por regeneración del ión férrico a ferroso por elácido sulfúrico liberado, disminuye el pH el ión férrico se reduce a ión ferrosopara mantener el ciclo en acidez extrema (Fowler y Crundwell, 1998).7.4 Lixiviación Bacteriana de CuFeS2. Thiobacillus lixivia directa e indirectamente minerales por reducción deión férrico. Normalmente ambos fenómenos son simultáneos en la naturaleza.De los minerales los de cobre la calcopirita se lixivia biológicamente. Se reportaque T. ferrooxidans oxida cobre monovalente el hierro y el azufre. La bacteriaoxida directamente estos elementos que son parte de la calcopirita con valenciareducida con hierro ferroso o sulfato ferroso. Thiobacillus oxida hierro ferroso yazufre elemental, durante la fase inicial de la oxidación consume sulfato y elpH aumenta lo que provoca la precipitación del sulfato férrico y las sales decobre como la anterita.El sulfato férrico se disocia en una reacción lenta secundaria el hierro formacompuestos como la jarosita con la regeneración del sulfato de acuerdo con lasiguiente reacción:2Fe2(SO4) + 12H2O 4Fe(OH)3 + 6H2SO4 36
  • 36. La lixiviación de calcopirita por T. ferrooxidans para lixiviar cobre en columnaes pobre en condición estática con una recuperación del 25% en 60 días, un40% en 70 días, del 60% en 470 días. Amaro recobro un 45% de cobre decalcolpirita en condición estática, en agitación se recuperó 35% en 33 días, del72% al 100% en 12 días, el 59% en 5 días, el 60% en 4 días, el 79% en 6 días,el 50 al 60% de cobre de calcopirita en 4 a 6 días en un tanque con oxigenacióncontinua lo, que muestra que una elevada tensión de oxigeno en el bioreactores necesaria para máxima extracción de metales (Amaro y col, 1994).8. Tecnologías de Biolixiviación Las diferencias entre las tecnologías de biolixiviación dependen del lugarde aplicación, la metodología ocupada, la ley de cobre y el tamaño de partículadel mineral, principalmente. Una categorización amplia según Brierley (2008),es la separación de las tecnologías según el método en que se basan para hacerla lixiviación. En este como los procesos de lixiviación basados en el riego y losbasados en la agitación.8.1 Ventajas y desventajas de su aplicación El uso de estas especies de bacterias a nivel industrial está asociadodirectamente a su capacidad de crecimiento en medio ácido (carácter acidófilo),a los escasos requerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios, debidoa que no requieren fuentes orgánicas de energía ni mantenimiento detemperaturas elevadas. 37
  • 37. Otras ventajas de la tecnología microbiana sobre los métodos convencionalesson:- Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas apartir de aguas ácidas de minas.- Presenta bajos costos en las operaciones biohidrometalúrgicas, encomparación con los procesos convencionales.- No se emiten gases ni polvo, lo que produce un impacto ambiental variasveces inferior a la tecnología clásica de pirometalurgia, que genera emisionescon altos contenidos de dióxido de azufre (SO2) y arsénico (As), por eltratamiento de sulfuros en fundiciones.- Permite ahorrar en tecnología de abatimiento, como sistemas o chimeneas dealto costo, al bajar los índices de azufre y arsénico asociados a hornos defundición.- Permite el tratamiento de los recursos y reservas crecientes de minerales conbaja ley de cobre que no pueden ser económicamente procesados por losmétodos tradicionales.- Se pueden tratar concentrados que contengan altos niveles de metales conefectos negativos para la fundición de cobre como de zinc.- La acción de las bacterias permite lixiviar los minerales sulfurados atemperatura y presión ambiente en la presencia de oxígeno, obtenido del aire. 38
  • 38. - Durante el proceso se genera parte del ácido y el calor requeridos en lalixiviación. El ácido se genera como producto de las reacciones de oxidación yel calor se libera por la oxidación de la pirita, a veces presente en la matriz demineral, lo que aumenta cerca de 7°C la temperatura en el medio.- Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de adicionaruna fuente de carbono, pues la obtienen del dióxido de carbono del aire.Entre las desventajas propias de la tecnología aplicada son los impactosambientales que esto genera, reflejado en la alta producción de ácido por partede las bacterias (en particular contaminando fuentes de aguas subterráneas).Este hecho, junto con la búsqueda por hacer más eficientes los procesos debiolixiviación, ha impulsado la búsqueda de soluciones a nivel genético de labacteria.- A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y con ello larecuperación de cobre. Sería necesario invertir en un sistema que puedaaumentar la temperatura en la matriz de mineral, para garantizarrecuperaciones mayores de cobre.- Los tiempos para una recuperación significativa de cobre, son más largospara metodologías menos controladas, como la biolixiviación en botaderos.- Es importante controlar variables como la temperatura, aireación, pH,tamaño de partículas, para asegurar las condiciones óptimas defuncionamiento de las bacterias, pero esto resulta difícil en metodologías demayor envergadura como los botaderos y las pilas. 39
  • 39. 8.2 Procesos basados en el riego8.2.1 Biolixiviación en pilas Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina ymineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios yprimarios. La extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, comola calcocita (Cu2S) y la covelina (CuS), por biolixiviación en pila es ampliamentepracticada en todo el mundo.Generalmente las pilas se construyen con material previamente chancado, de19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al área o patio deacopio, lugar donde se forma la pila. En el trayecto el mineral es curado,irrigado con una solución de acido sulfúrico concentrado o puede serpreviamente aglomerado en tambores rotativos con agua acidificada paraacondicionar el mineral a los microorganismos y también para fijar laspartículas finas a las partículas más grandes de mineral.Luego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que estánespecialmente diseñadas. Los patios son revestidos con polietileno de altadensidad (HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberías de plásticoperforadas, que permiten capturar la solución lixiviada desde la base. Tambiénse instala una red de líneas de aire de plástico perforado, mediante la cual elaire es forzado por ventiladores externos a la pila, lo que asegura ladisponibilidad de aire a los microorganismos. 40
  • 40. Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladoresautomatizados, formando un terraplén o pila de 6-8 m de altura. Las pilaspueden ser dinámicas si después de la lixiviación, el mineral se remueve paraenviarlo al botadero y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si lasnuevas pilas se cargan sobre las anteriores. El sistema de pilas permanentespermite no trasladar el material ya lixiviado a un botadero final, ya que el áreade lixiviación se convierte en botadero al terminar los ciclos de riego.Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o aspersores los queriegan la pila con una solución de acido sulfúrico, agua y microorganismos. Losmicroorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar elrendimiento de la operación, es que en una etapa previa de laboratorio seaíslan los microorganismos más adecuados a las necesidades.La solución ácida que se infiltra a través de la pila va disolviendo el cobrecontenido en los minerales sulfurados, formando una solución de sulfato decobre (CuSO4) que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera delsector de las pilas en canaletas impermeabilizadas hasta la planta deextracción por solvente. Aquí se recupera el cobre de la solución para luegoformar los cátodos en la etapa de electroobtención, y el ácido es refinado yrecirculado para el riego de las pilas. Se estima que para lograr un máximo derecuperación de cobre de 80-90% se requieren de 250-350 días debiolixiviación. Las principales ventajas de la biolixiviación en pila son el bajocapital y costos de operación, la ausencia de emisiones tóxicas y laminimización o la completa eliminación de cualquier descarga de agua porquese reciclan todas las soluciones. 41
  • 41. Fuente: http://rse.larepublica.com.co/cm/uploads/media/files/greystar0305.jpg Figura 8.2.1 Etapas del proceso de biolixiviación en pilas.8.2.2 Biolixiviación en botaderos Con esta tecnología se procesa lastre, minerales de baja ley de cobre(menor a 0,5 %), mineral recién extraídos de la mina, sulfuros secundarios yprimarios. Como el contenido de cobre en estos minerales es tan mínimo comopara cubrir los costos de la flotación y fundición, los grandes fragmentos demineral son arrojados a los botaderos. Estos tienen una base impermeabledesde la que se puede capturar los lixiviados.En la superficie del botadero se aplica la solución de acido sulfúrico y agua.Los microorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condicionesóptimas para su crecimiento. 42
  • 42. Debido al gran tamaño de las partículas de mineral, el área de contacto entremicroorganismo-mineral disminuye, y sumado a una baja aireación, pues no seinstalan líneas de aire, la acción microbiana disminuye afectando la eficienciadel proceso. Es por ello que la biolixiviación de cobre en los botaderos se mideen décadas, debido a la baja tecnología aquí aplicada. Sin embargo, por estoúltimo es un método muy económico.Los minerales son lixiviados donde fueron colocados para su eliminación, ydesde la base la solución de lixiviación es dirigida a los procesos de extraccióncon solvente y electroobtención para la posterior producción de cátodos decobre. Al igual que la biolixiviación en pilas, el ácido también es refinado yrecirculado a la parte superior del botadero. Fuente: http://www.creces.cl/images/articulos/1q14d1-2.jpg Figura: 8.2.2 Biolixiviación en botaderos 43
  • 43. 8.2.3 Biolixiviación in situ La biolixiviación in situ, trata el mineral en la mina, previa fractura deesta por tronadura permitiendo a la solución fluir libremente:  Implica transferir microorganismos desde un medio óptimo de cultivo a un medio natural.  Minerales que no son económicamente rentables para ser procesados.  Este método se aplica a minas abandonadas y minas subterráneas, donde los depósitos de mineral no pueden ser extraídos por los métodos convencionales, por ser minerales de baja ley o de pequeños depósitos o ambos, siendo no rentable su extracción.  Por las implicancias ambientales que conlleva la utilización de soluciones acidas en un área de suelo no impermeabilizado, es que su aplicación es mínima. Fuente: http://4.bp.blogspot.com/_C8uoJMR8ETU/SCkGBH1sK8I /N45dx6TaKq4/s320/kazas.jpg Figura 8.2.3 Biolixiviación in situ 44
  • 44. 8.3 Procesos basados en la agitación8.3.1 Biolixiviación en tanques agitados Se utiliza para minerales de ley intermedia a alta y concentrados demineral, que generalmente es calcopirita, debido al capital y costos deoperación asociados con esta tecnología.Los minerales son depositados en un tanque de acero inoxidable de grantamaño, equipado con agitadores mecanizados y con la introducción de airepor ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxigeno y dióxido decarbono para los microorganismos.Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr labiolixiviación que opera en un proceso continuo. Fuente: http://www.voces.antahualan.com.ar/lix5.JPG Figura 8.3 Biolixiviación in situ 45
  • 45. 9. Aplicación de la biolixiviación9.1 Desarrollo de la región lationamericana. En 1986 se inició la aplicación comercial de la biolixiviación a mineralessulfurados remanentes de la lixiviación primaria de minerales oxidados ymixtos de cobre, en la mina Lo Aguirre de la Sociedad Minera Pudahuel Ltda.Al comienzo de sus operaciones, los minerales oxidados y mixtos de cobrecaracterizaban el yacimiento de la mina, pero paulatinamente comenzó adisminuir el contenido de óxidos del mineral recién extraído, hasta que en1987 éste era tan bajo que desde ese mismo año, se comenzó a aplicar labiolixiviación ya no como una lixiviación secundaria, sino como la únicaalternativa de lixiviación para los minerales extraídos por la minera, por tenerun alto contenido de sulfuros de cobre.La mina se clausuró en 1996 debido al agotamiento del yacimiento. Luego enlos años 1993 y 1994 nacen 2 proyectos mineros en la Región: Cerro Calado,Chile y Quebrada Blanca, Chile respectivamente, con ellos se impuso el desafíode implementar la biolixiviación en condiciones adversas de altura geográfica yde temperatura ambiente. (Domic E., 2001).La planta Cerro Colorado, de BHPBilliton, desde un principio fue diseñada pararealizar biolixiviación de minerales oxidados y sulfurados, compuestosprincipalmente de crisocola y calcosina respectivamente. El proceso deproducción en Cerro Colorado incluye la extracción de mineral a rajo abierto,chancado, aglomeración, lixiviación en pilas dinámicas, extracción porsolventes y electro-obtención, así el mineral sulfurado se disuelve por acciónbacterial y el mineral oxidado por la acción de la solución acida. (Minergía,2006) 46
  • 46. La planta Quebrada Blanca, inició sus operaciones para la biolixiviación desulfuros secundarios de cobre, siendo calcosina mayoritariamente. Su procesode producción incluye las mismas etapas que se hacen en Cerro Colorado, peropara hacer la aglomeración y el riego de pilas las soluciones se calientan con elobjetivo de aumentar la temperatura de las pilas, que se ve favorecida con lascubiertas de plástico. Para seguir cumpliendo con las metas de producción, enel año 2003 incorporaron la lixiviación en botaderos, que aporta con el 25% dela producción por biolixiviación (Hydro Copper, 2007).La factibilidad técnica y económica del proceso de biolixiviación fue un temaimportante de probar en el año 1997, a raíz de esto Codelco y BHPBilliton seunieron en una alianza estratégica –join venture- y formaron una sociedadconstituida en partes iguales llamada Alliance Copper Limited, ACL. Codelcoaportó con su experiencia en extracción con solvente y electroobtención,mientras que BHPBilliton contribuyó con su conocimiento en la tecnología debiolixiviación con marca BioCop, de concentrados de cobre en tanquesagitados.El principal logro fue encontrar una solución a la explotación de yacimientoscon un alto contenido de arsénico, pues esta tecnología deja el arsénico en unaespecie estable como para ser dispuesto como relave (Minería Chilena, 2005).Con la tecnología probada, el paso siguiente fue la creación de una plantaprototipo de biolixiviación con una capacidad de producción de 20.000toneladas de cátodos por año, la que obtuvo la resolución de calificaciónambiental favorable por parte de la Corema- II Región, el 2005.El próximo objetivo era la creación de una planta a escala industrial, concapacidad de 100 a 150 mil toneladas de cátodos de cobre por año. 47
  • 47. El año 2006 se disolvió la alianza ACL y Codelco compró las acciones a BHPBilliton, por lo que la empresa pasó a llamarse EcoMetales Limited. Como latecnología BioCOP está patentada por BHP, en la venta se retiró la licenciaBioCOP, los equipos y tecnologías asociados a este proceso, quedándoseCodelco con los demás activos de la planta, los que podía emplear paradesarrollar otros procesos distintos a BioCOP, tecnología que según el acuerdode fin de la alianza, no podría ser utilizada por Codelco hasta el año 2016.Actualmente EcoMetales procesa polvos de fundición de las fundicionesChuquicamata y Ventanas (EcoMetales, 2009).En un esfuerzo del Gobierno de Chile por implementar la biotecnología en lossectores económicos claves como la minería, nace el programa Genoma Chile elaño 2001 para financiar parte de los proyectos de investigación presentados eneste contexto. En este marco se crea BioSigma S.A, una alianza estratégica –join venture- entre Codelco (66,7%) y Nippon Mining & Metals Co., Ltd (33,3%), que comenzó sus actividades el 2002.En el programa de biominería de Genoma Chile que contribuyó con US$ 2millones, esta alianza realizó un proyecto de investigación de biolixiviación queabarcaba desde su optimización hasta estudios genéticos de losmicroorganismos involucrados. Uno de los resultados obtenidos de lainvestigación hasta el 2006, fue el aislamiento, secuenciamiento eidentificación del genoma de 3 bacterias altamente eficientes en la oxidación dehierro y azufre de los minerales de cobre, lo que optimiza los tiempos para larecuperación de cobre.La inversión inicial fue de US$ 2 millones el Estado de Chile, US$ 2 millonesCODELCO y US$ 1 millón Nippon Mining Ltda. Hoy BioSigma está avaluadaen US$ 40 millones. 48
  • 48. Wenelen (pionera) recientemente patentada, Licanantay (la atacameña) y Yagan(lafueguina), estas últimas en espera de sus patentes. (Portal Minero, 2009).BioSigma S.A., no sólo ha desarrollado avances importantes a nivel de lainvestigación de laboratorio. En conjunto con CODELCO, ha venidodesarrollando en los últimos dos años una aplicación piloto en la DivisiónAndina para el tratamiento de una pila de 50.000 toneladas de mineral de bajaley (95% de calcopirita), alcanzando con la tecnología aplicada por BioSigmatasas de recuperación de hasta un 35% de cobre.Los exitosos resultados en la planta piloto, han validado la tecnología aplicada,y que en la actualidad se apresta a un desarrollo a escala industrial. En esalínea, se espera para el 2010 la puesta en marcha de una aplicación a granescala, sobre una pila de más de 20 millones de toneladas de minerales mixtos(oxidos y sufuros secundarios y primarios, en particular calcopirita), lo quesignificará un aumento en la producción anual del orden del 10% al 20%.Por otra parte, la minera Escondida, con BHPBilliton como dueño mayoritario,ha implementado el proceso de biolixiviación en sus instalaciones. Esta mineraprodujo el primer cátodo de cobre mediante biolixiviación en pilas el año 2006,y tiene una producción estimada de 180.000 toneladas de cátodos anuales.Durante los años de operación, Escondida y Escondida Norte han acumulado1.500 millones de toneladas de mineral sulfurado de baja ley, con lo que seestima una vida útil de 20 años para el nuevo proyecto de biolixiviación, quenecesitó una inversión de US$ 870 millones que considera además laconstrucción de una nueva planta de electroobtención, una plantadesalinizadora de agua de mar y el tendido de cañerías para transportar elagua obtenida a la planta de biolixiviación (Minera Escondida, 2006).Otras compañías mineras también han desarrollado con éxito la biolixiviaciónen susplantas, y/o desarrollan investigación en la materia. 49
  • 49. Los microorganismos con que trabaja la minería provienen de la naturaleza ypara acceder a ellos existen dos formas. La primera es usar los cepariosinternacionales que poseen los archivos de microorganismos de países comoJapón y Estados Unidos. La segunda opción es realizar una búsqueda porcuenta propia.Parte de la labor de Biosigma ha sido buscar microorganismos en fuentestermales, azufreras y yacimientos.Cuando hay resultados, las bacterias se prospectan e identifican, para luegoseleccionarlas y separarlas. En el caso de Wenelen, Licanantay y Yagán sebuscaron microorganismos en yacimientos o lugares donde hay escurrimientosde aguas ácidas provenientes de minas abandonadas.9.2 Investigación y desarrollo9.2.1 Patentes y marcas Una patente es un derecho de propiedad industrial, que permite al titularutilizar y explotar su invención e impedir que terceros la utilicen, fabriquen,distribuyan o vendan, sin su consentimiento. Este derecho exclusivo paraproteger una invención lo concede el Estado, a través del Instituto Nacional dePropiedad Industrial (INAPI). Las patentes se otorgan a nivel nacional por unperíodo de 10 ó 20 años, dependiendo de la patente solicitada, periodo quecomienza desde la fecha de presentación de la solicitud. (INAPI) Una vezconcedida la patente en el país donde se realizó la invención, esta se puedepatentar en otros países, como el caso de la bacteria wenelen que luego de serpatentada en Chile se patentó en Estados Unidos. 50
  • 50. El resumen de la patente obtenida por Biosigma dice: “la presente invención serelaciona con una bacteria aislada, quimiolitotrofica de la especieacidithiobacillus ferrooxidans denominada wenelen, su uso en la lixiviación deminerales o concentrados de especies metálicas sulfuradas y procesos delixiviación basados en el uso de la bacteria, o mezclas que la contengan. Estacepa wenelen tiene una actividad oxidante aumentada, especialmente en el casode la calcopirita, en comparación con otras bacterias conocidas. Debido a loanterior, esta bacteria presenta un gran interés para aplicaciones de labiominería”. (INAPI) Al igual que una patente, una marca también es underecho de propiedad industrial.Por marca se entiende a “todo signo -palabra, etiqueta con diseño o sucombinación utilizado para distinguir en el mercado, productos, servicios,establecimientos industriales y comerciales” (INAPI). Tener registrada unamarca le da al titular el derecho exclusivo de utilizarla para identificar bienes oservicios, durante un periodo de 10 años renovables indefinidamente porperiodos iguales. Para permitir su uso por parte de terceros, el titular de lamarca puede hacer contratos de licencia, por los que obtiene ganancias.Una marca asociada al área de la biominería es BioCOP, un procesodesarrollado por BHP Billiton en Sudáfrica y aplicado en Chile. Su objetivo esprocesar concentrados de minerales sulfurados de cobre con un contenidoimportante de arsénico, impureza que impide la vía de la pirometalurgia, y seutilizan bacterias termófilas que disminuyen los tiempos de recuperación decobre. 51
  • 51. 9.2.2 Investigación El éxito de la aplicación de una nueva tecnología depende claramente desu eficiencia, la que puede ser aumentada mediante el manejo de diferentesfactores. Este objetivo ha sido perseguido en las investigaciones destinadas amejorar el proceso de biolixiviación.Una de ellas ha sido la dirigida por el Dr. David Holmes en el Centro deBioinformática y Biología Genómica de la Universidad de Santiago. Suinvestigación se basa en el estudio de fragmentos del genoma de la bacteriaAcidithiobacillus ferrooxidans, tarea facilitada por el conocimiento de lasecuencia completa de su genoma, realizada en Estados Unidos. Con la ayudade programas computacionales se hace la identificación de algunos genes, paraluego determinar su función en el comportamiento de la bacteria.Conociendo la función de un determinado gen sería posible cambiar yaumentar la capacidad de biolixiviación de la bacteria, lo que favorecería laproducción de cobre y con ello la economía de la region (Bioplanet, 2004).BioSigma S.A por su parte, ha desarrollado una tecnología que le permite, enlapsus breves de tiempo, procesos de identificación y diagnóstico de los micro-organismos (BioID), control de las funcionalidades de los mismos (Planta deBiomasa), y control de las condiciones de operación de éstos en elmedioambiente. Estos dos últimos procesos, son considerados fundamentales ydiferenciadores en los procesos de la biolixiviación, puesto que no solo seidentifica el micro-organismo que se busca, sino que se logra controlar susfuncionalidades y se logra reproducir lo que realmente se requiere para unproceso determinado. 52
  • 52. 10. Conclusiones y recomendaciones  La biolixiviación tiene, ante todo, un objetivo de creación de riqueza pues permite aumentar las tasas de recuperación del mineral y, por tanto, hacer más rentable un determinado proceso.  No obstante, la implementación de una nueva tecnología conlleva un alto grado de incertidumbre, asociado a la falta de información y práctica en las operaciones. Es claro que mientras más difundida se encuentre una tecnología y su aplicación, las barreras de acceso a éstas debiesen disminuir así como el riesgo percibido por la empresa con respecto a su aplicación.  Además de las limitaciones establecidas por el propio inversionista, existen las limitaciones asociadas al mercado como el aumento del costo energético para el funcionamiento de los equipos, la disminución gradual de la ley de mineral, y la creciente demanda ambiental, que establece regulaciones más exigentes para los nuevos proyectos y mayor fiscalización para los que ya están en operación.  El mercado y la demanda ambiental establecen limitaciones a las tecnologías convencionales, y por lo tanto exigen nuevas tecnologías más eficientes, económicas y ambientalmente limpias.  El desafío entonces es aumentar la aplicación comercial, pues existen investigaciones científicas tanto internacionales como nacionales, desde hace décadas, que avalan la tecnología de biolixiviación, además de estudios en plantas pilotos a escala industrial para probar la factibilidad técnica y económica del proceso, dando excelentes resultados. 53
  • 53.  Para que la aplicación comercial e industrial de una nueva tecnología sea exitosa, debe basarse en un desarrollo sustentable que involucre lo económico, ambiental y social. Los desafíos en materia de aplicación de las tecnologías de biolixiviación apuntan a: mejorar la eficiencia de su aplicación, por ejemplo, mediante el manejo genético de los microorganismos involucrados para aumentar las tasas de recuperación de cobre; realizar una explotación racional de los recursos, para asegurar su disponibilidad futura; reutilizar materiales de baja ley que se habían dispuesto como lastre para disminuir la explotación de mineral fresco; lograr una eficiencia en los insumos mediante su recirculación, o la utilización de agua de mar; minimizar los impactos ambientales preocupándose, por ejemplo, que el material que es dispuesto en botaderos, o como relaves, quede con especies químicamente estables, como el caso del arsénico. El rol de los Estados debería no limitarse a implementar programas para incentivar la biotecnología en la región y su impacto a la economía regional, como el programa Genoma, mediante un financiamiento parcial de los proyectos. El mayor impedimento a la lixiviación bacteriana ha sido la lentitud del proceso, debido esencialmente a que las bacterias como seres vivientes están sometidos a los embates del medio ambiente y son particularmente sensibles a variaciones de humedad y temperatura extremas. 54
  • 54.  La biolixiviación será más sencilla para las especies nativas siempre presentes en los depósitos, pero estas no se reproducen en gran escala. Por esto, es necesario preparar cepas artificiales en el laboratorio, con las características de las nativas y que son finalmente las bacterias que se regaran sobre el material. Con las posibilidades actuales de manipulación genética es de esperarse el nacimiento de bacterias con mejores características. La lixiviación bacteriana resulta en el reto más importante en el futuro de la Metalurgia, los métodos tradicionales de recuperación de metales deberán dar paso a métodos no contaminantes y la biolixiviación es uno de ellos, y está llamada a debe responder a la exigencia de un mundo atribulado que clama por un ambiente que no contamine más. 55
  • 55. 11. BibliografíaArtículos Científicos  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. García and C.A. Jerez. 1994. Partial removal of lipopolysaccharide from Thiobacillus ferrooxidans affects its adhesion to solids. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2846-2851.  Ballesteros, A...M.L, Gutiérrez, O.J.J, Ramírez, C.J. and Sánchez-Yáñez, J.M. 2001. Selectring bacteria with leachin capability for ore refractory silver. IV Foro de postgrado de Norteamérica Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Pue., Méx. Memoria in extenso.  Blake, R.C., E. Shut, G. Howard. 1994. Volatilization of minerals by bacteria: electrophoresis mobility of Thiobacillus ferrooxidans in the presence of iron, pyrite, and sulfur. Appl Environ. Microbiol. 60:3349- 3357.  Boon M., and J.J. Heijnen. 1998. Chemical oxidation kinetics of pyrite in bioleaching processes. Hydrometallurgy 48:27-41 56
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  • 58.  Mossman, D.J., T. Reimer, and H. Durstling. 1999. Microbial processes in gold migration and deposition: modern analogues to ancient deposits. Geosci. Can. 26: 131-140. Navarrete, B.M., Ballesteros, A.M.L., Tavera, M.F.J., Salas, V.I., Sánchez- Yáñez, J.M. 2001. Efecto de la tiourea sobre la lixiviación de un sulfuro argentífero-aurífero por Thiobacillus ferroxidans. CUATRO VIENTOS. 27:26-28. Olson, G.J., 1991. Rate of pyrite bioleaching by Thiobacillus ferrooxidants: results of an interlaboratory comparison. Appl. Environ Microbiol. 57:642-644. Sanchez-Yáñez, J.M., M.L. Ballesteros A, and C.J. Ramírez. 2000. Bioleaching of sulfide refractary ore of silver, Environmental Microbiology Lab, Instituto de Investigaciones Químico Biológicas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Morelia, México. CONACYT No. 0944P-A930 Technical Report. México. Sánchez-Yañez, J.M. y Farias-Rodriguez R. 2002. Archeabacteria hipertermofilas acidofilicas. CUATRO VIENTOS. 32:21-25. Sand, W., T. Gehrke, R., Hallman, K., B. Rohde., B. Sobotke and S. Wetzein. 1993. In situ biolecheaching of metal sulfides: the importance of Leptospirillum ferrooxidans, pp: -40-50 In: Torma E.E., J. E. Wey. and V.I. Lakshmanan (eds.). Biohydrometalurgical technologies. Vol Bioleaching proccess. Minerlas, Metals & Material Society, Warrendale, Pa. USA. Sugio, T., S.F. de los Santos., T. Hirose., K. Inagaki, and T. Tano. 1990. The mechanism of copper leaching by intact cells of Thiobacillus ferrooxidans. Agric. Biol. Chem. 54:2293-2298 Sukla, L.B, N.R. Kar, and V. Panchanadikar. 1992. Leaching of copper converter slag with Aspergillus niger culture filtrate. Biomet. 5:169-172. Suzuki, S., L. Travis., T Takeuchi, D. Yuthsastrakosol, and J. Key Oh. 1990. Ferrous iron and sulfur oxidation and ferric iron reduction 59
  • 59. activities of Thiobacillus ferrooxidans are affected by the growth on ferrous iron, sulfur or a sulfide ore. Appl. Environ. Microbiol. 56:1620- 1626. Tuovinen, O.H., B.C. Kelly, and S.N. Groudev. 1991. Mixed cultures in biological leaching processes and mineral biotechnology. pp. 373-427. In: G. Zeikus and E.A. Johnson. (eds). Mixed cultures in biotechnology. Mc Graw-Hill. New York. Tuovinen, O.H., T. M. Bhatti., J. M. Bigham., K.B. Hallberg., O. Garcia Jr. and E.B. Lindstrom. 1994. Oxidative dissolution of arsenopyrite by mesophilic and moderately thermophilic acidophiles. Appl. Environ. Microbiol. 60:3268-3274. Zagury, G.J., K.S. Narasiah and R.D. Tyagi. 1994. Adaptation of indigenous Iron-oxidizing bacteria for bioleaching of heavy metals in contaminated soils. Environ.Tech. 15: 517-530. 60
  • 60. Páginas de Internet http://2.bp.blogspot.com/_d8SAYm_Eelk/S9ocWdnQLjI/AAAAAAAAACU/s_zzJvtqP44/ s1600/T_ferrooxidans.gif http://3.bp.blogspot.com/_pO6_LWzFSx4/S1T0tHoATkI/AAAAAAAADRc/MK8nuNBaB K0/s320/thiobacilus.jpg http://www.bnamericas.com/news/mineria/Codelco:_Biolixiviacion_cam biara_radicalmente_la_mineria http://www.blogodisea.com/wp-content/uploads/2010/08/colonia- Thiobacillus-ferrooxidans.gif http://www.camipa.org/ http://www.cimm.cl/ http://www.laurentian.ca/Laurentian/Home/Departments/Biology/Pho to+Gallery/htms/microbiology/AFcolonies_FeTSBo.htm?Laurentian_Lan g=en-CA http://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/onsen/ons- bse/biseibut/img/050210-1.jpg http://pirometarevista.blogspot.com/2007/11/la-pirometalrgia-en-el- cobre.html 61
  • 61. 12. Anexos12.1 Glosario  Arqueobacteria : Las arqueas o arqueobacterias, (Et: del griego ἀρχαῖα, arjaía: las antiguas, singular: arqueon, arqueonte o arqueota) son un grupo de microorganismos unicelulares pertenecientes al dominio Archaea. Las arqueas, como las bacterias, son procariotas que carecen de núcleo celular o cualquier otro orgánulo dentro de las células. Las arqueas están subdivididas en cuatro filos, en general, las arqueas y bacterias son bastante similares en forma y en tamaño, aunque algunas arqueas tienen formas muy inusuales. A pesar de esta semejanza visual con las bacterias, las arqueobacterias poseen genes y varias rutas metabólicas que son más cercanas a las de los eucariotas, en especial en las enzimas implicadas en la transcripción y la traducción. Otros aspectos de la bioquímica de las arqueobacterias son únicos, como los éteres lipídicos de sus membranas celulares. Las arqueas explotan una variedad de recursos mucho mayores que los eucariotas, desde compuestos orgánicos comunes como los azúcares, hasta el uso de amoníaco, iones de metales o incluso hidrógeno como nutrientes. Las arqueas tolerantes a la sal (las halobacterias) utilizan la luz solar como fuente de energía, y otras especies de arqueas fijan carbono, sin embargo, a diferencia de las plantas y las cianobacterias, no se conoce ninguna especie de arquea que sea capaz de ambas cosas. Las arqueas se reproducen asexualmente y se dividen por fisión binaria, fragmentación o gemación; a diferencia de las bacterias y los eucariotas, no se conoce ninguna especie de arquea que forme esporas. 62
  • 62.  Bacteria hipertermófila: Son bacterias que viven en lugares con temperaturas muy elevadas, soportan temperaturas superiores a 75 °C, llegando incluso a superar a veces los 100 °C, siempre que exista agua en estado líquido, como ocurre en las profundidades oceánicas, donde la presión es elevada. Bacteria mesófila: Bacteria que descompone la materia orgánica a temperaturas que oscilan entre 30 y 40°C. Bacteria termófila: Las bacterias termófilas fueron posiblemente las primeras células simples. Se cree que se desarrollaron en sitios con actividad volcánica (como géiseres) en las dorsales oceánicas. Las termófilas se caracterizan por tener una membrana celular rica en lípidos saturados ya que contienen enzimas que les permiten trabajar en condiciones extremas. Las termófilas sobreviven en temperaturas con un mínimo de 20 °C y un máximo de 75 °C, Bacterias aeróbicas: son las bacterias que necesitan del oxígeno diatómico para vivir o poder desarrollarse. Bacterias anaeróbicas: Son bacterias que no viven ni proliferan en presencia de oxígeno. Bacterias autótrofas: capaces de sintetizar las substancias orgánicas a partir de las minerales; las hay que son fotosintetizantes, es decir, que utilizan la energía de las radiaciones luminosas gracias a ciertos pigmentos que poseen, bacterioclorofila principalmente; otras son quimiosintetizantes, y obtienen la energía necesaria a partir de reacciones químicas de oxidación, como las bacterias nutrificantes del suelo y las sulfobacterias de las aguas sulfurosas. 63
  • 63.  Bioinformática: es la aplicación de tecnología de computadores a la gestión y análisis de datos biológicos. Los términos bioinformática, biología computacional y, en ocasiones, biocomputación utilizados en muchas situaciones como sinónimos. hacen referencia a campos de estudios interdisciplinarios muy vinculados, que requieren el uso o el desarrollo de diferentes técnicas que incluyen informática, matemática aplicada, estadística, ciencias de la computación, inteligencia artificial, química, y bioquímica para solucionar problemas, analizar datos, o simular sistemas o mecanismos, todos ellos de índole biológica, y usualmente (pero no de forma exclusiva) en el nivel molecular. El núcleo principal de estas técnicas se encuentra en la utilización de recursos computacionales para solucionar o investigar problemas sobre escalas de tal magnitud que sobrepasan el discernimiento humano. Bornita: La bornita o erubescita es un mineral del grupo de los Sulfuros. Es un sulfuro de hierro y cobre, de color cobre manchado con iridiscencis púrpuras, por lo que se le da el apodo de pavo real mineral. La bornita se forma en las intrusiones ígneas, formándose como mineral primario de cobre en los filones pegmatíticos e hidrotermales asociados a cámaras magmáticas. También puede aparecer de forma secundaria, en las zonas de oxidación de los yacimientos asociada a la malaquita. Calcosina: También denominada calcocita o calcosita (ambos sinónimos en desuso, se recomienda usar calcosina), del griego chalkos, "cobre", es un sulfuro del cobre y forma parte de las piritas. Su fórmula química es Cu2S. Se da en la zona de enriquecimiento supergénico de algunos yacimientos de sulfuros. 64
  • 64.  Calcopirita: Es la mena de cobre más ampliamente distribuida. Del griego khalkós, cobre y pyrós, fuego, pirita de cobre. Su fórmula es CuFeS2 (Disulfuro de hierro y cobre). Catálisis: La catálisis es el proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reacción química. Los catalizadores pueden actuar de dos maneras, la primera formando un compuesto intermedio y la segunda, absorción. Cobre: Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos. El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas. Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. Esfalerita: La blenda o esfalerita es un mineral compuesto por sulfuro de zinc (ZnS). Su nombre deriva del alemán Blender, engañar, por su aspecto que se confunde con el de la galena. El nombre de esfalerita proviene del griego sphaleros, engañoso. Es la principal mena del zinc, metal que se utiliza para galvanizar el hierro impidiendo su oxidación y 65
  • 65. en aleación con cobre da el latón. El óxido de zinc (blanco de zinc) se emplea en la fabricación de pinturas, su cloruro en la conservación de la madera y su sulfato en tintorería y farmacología. La blenda es una de las principales menas de cadmio, indio, galio y germanio, que aparecen en pequeñas proporciones sustituyendo al cinc. Galena: La galena es un mineral del grupo de los sulfuros. Forma cristales cúbicos, octaédricos y cubo-octaédricos. La disposición de los iones en el cristal es la misma que en el cloruro sódico (NaCl), la sal marina. Su fórmula química es PbS. Químicamente se trata de sulfuro de plomo aunque puede tener cantidades variables de impurezas. Así, su contenido en plata puede alcanzar el 1%. La galena se encuentra de forma cristalina o maciza. Se halla tanto en rocas metamórficas como en depósitos volcánicos de sulfuros, acompañado por minerales de cobre. Hidrometalurgia: La hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que cubre la extracción y recuperación de metales usando soluciones liquidas, acuosas y orgánicas. Se basa en la concentración de soluciones en uno a varios elementos de interés metales, presentes como iones, que por reacciones reversibles y diferencias físicas de las soluciones son separados y aislados de forma específica. Como resultado se obtiene una solución rica en el ion de interés y con características propicias para la próxima etapa productiva. En general los metales extraídos por esta técnica son provenientes de los minerales anteriormente lixiviados en medios sulfato, cloruro, amoniacal, etc. Metales como cobre, níquel, vanadio, cromo y uranio, son extraídos de esta forma. Por ese último metal se dio comienzo a la Hidrometalurgia durante el auge de la industria nuclear apoyada económicamente por la segunda guerra y posteriormente guerra fría. 66
  • 66.  Jarosita: Es un sulfato de potasio y hierro hidratado básico, cuya fórmula química es KFe33+(SO4)2(OH)6. De color amarillo ocre, fácilmente se confunde con la limonita o con la goethita. De color rojo vivo al cristalizar. Ley de corte: Es la concentración mínima que debe tener un elemento en un yacimiento para ser explotable, es decir, la concentración que hace posible pagar los costes de su extracción, tratamiento y comercialización. Es un factor que depende a su vez de otros factores, que pueden no tener nada que ver con la naturaleza del yacimiento, como por ejemplo pueden ser su proximidad o lejanía a vías de transporte, avances tecnológicos en la extracción, etc. Ley media: Es la concentración que presenta el elemento químico de interés minero en el yacimiento. Se expresa como tantos por ciento, o como gramos por tonelada (g/t) (equivale a partes por millón, ppm) u onzas por tonelada (oz/t). Dependiendo de la concentración el yacimiento del metal puede ser considerado de ley alta, ley media o ley baja. Lixiviación: La lixiviación, o extracción sólido-liquido, es un proceso en el que un disolvente líquido se pone en contacto con un sólido pulverizado para que se produzca la disolución de uno de los componentes del sólido. Marcasita: la marcasita es un mineral del grupo de los sulfuros. Su nombre proviene del Árabe marcaxita y del persa marcaxixa que es la forma de denominar a la pirita del que es dimorfo y con el que comúnmente se confunde. Contiene aproximadamente 46,6% de hierro y 53,4% de azufre, por tanto su fórmula es FeS2. 67
  • 67.  Metalurgia: La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica. Mineral chancado: es aquel que ha sufrido un proceso en que ha sido reducido de grandes trozos a trozos de menor tamaño Molibdenita: La molibdenita es un mineral del grupo II (sulfuros), según la clasificación de Strunz; es un disulfuro de molibdeno (MoS2). Es de apariencia y de tacto similar al grafito; y también posee propiedades lubricantes que son consecuencia de su estructura de capas. La estructura atómica consiste en láminas de átomos de molibdeno contenidos entre láminas de átomos de azufre. Las uniones Mo-S son fuertes, pero la interacción entre átomos de azufre entre las capas superiores e inferiores de un conjunto de tres láminas es débil, lo que produce un efecto de fácil deslizamiento a la vez que planos de exfoliación. La molibdenita se produce en depósitos minerales hidrotermales de alta temperatura. Entre los minerales asociados a ella se encuentran la pirita, la calcopirita, el cuarzo, la anhidrita, la fluorita y la scheelita. 68
  • 68.  Organismos procariontes: Los procariontes o procariotas (del inglés «procaryote» y éste de las raíces griegas «pro», inferior, y «karyon», núcleo; es decir, «animal inferior, sin núcleo») son células sin núcleo diferenciado (es decir, cuyo ADN está en el citoplasma) y los organismos constituidos por ellas. Las células con núcleo diferenciado rodeado de membrana nuclear se llaman eucariotas; esta distinción entre eucariontes y procariontes se considera la de mayor importancia en el reino animal. Las células procariotas fueron los únicos seres vivos en la Tierra durante 2.000 millones de años hasta la aparición de las eucariotas. Oxido reducción: Se denomina reacción de reducción-oxidación, óxido- reducción, o simplemente reacción redox, a toda reacción química en la cual existe una transferencia electrónica entre los reactivos, dando lugar a un cambio en los estados de oxidación de los mismos con respecto a los productos. Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte: El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado. El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.1 Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. Análogamente, se dice que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado. 69
  • 69.  Ph: El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Pirometalurgia: La pirometalúrgia es la rama de la metalurgia y de la electrometalurgia consistente en la obtención y refinación de los metales utilizando calor, como es en el caso de la fundición. La pirometalurgia es la técnica tradicional de extracción de metales. Permite obtener metales a partir de sus minerales o de sus concentrados por medio del calor. Se trata principalmente de extraer el metal del mineral, eliminar la ganga del mineral y purificar los metales. Históricamente, este procedimiento fue el primero en aparecer. Las operaciones se efectúan entre 950 y 1000°C. Una gran cantidad de metales tales como el hierro, níquel, estaño, cobre, oro y plata son obtenidos desde el mineral o su concentrado por medio de la pirometalurgia. La pirometalurgia es utilizada en mayor proporción porque es un proceso mucho más rápido, su desventaja es ser altamente contaminante para el ambiente. Quimiotaxis: La quimiotaxis, quimiotaxia o quimiotaxismo es un tipo de fenómeno en el cual las bacterias y otras células de organismos uni o multicelulares dirigen sus movimientos de acuerdo a ciertas sustancias químicas en su medio ambiente. La quimiotaxis permite a las bacterias encontrar alimento, nadando hacia la mayor concentración de moléculas alimentarías, como la glucosa, o alejarse de venenos como el fenol. 70
  • 70. En los organismos multicelulares es fundamental tanto en las fases tempranas del desarrollo (por ejemplo en el movimiento de los espermatozoides hacia el óvulo) como en las fases más tardías como la migración de neuronas o linfocitos; así como también para las funciones normales. Como ejemplos de quimiotaxismo se encuentran la respuesta de los leucocitos a las heridas, y la acción que ejercen las feromonas sobre animales de sexos opuestos de una misma especie. La quimiotaxis se denomina positiva si el movimiento es en dirección hacia la mayor concentración de la sustancia química en cuestión y negativa si es en dirección no opuesta. Tecnología eco amigable: es denominada a aquellas tecnologías y procesos que reúnen componentes o características que evitan dañar el ambiente. 71

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