2. BIOLIXIVIACIÓN
•Proceso en el cual se emplean microorganismos para disolver
los minerales, liberando un metal.
•A escala comercial la biolixiviación es aplicada para la
recuperación de cobre y uranio por lixiviación y de oro mediante
un pretratamiento de minerales refractarios.
•La tecnología de biolixiviación también ha sido probada en
laboratorios para sulfuros de cobalto, galio, molibdeno, níquel,
zinc y plomo.
•Ciertas bacterias catalizan la lixiviación de los minerales
sulfurados, haciendo rentable su procesamiento.
•La utilización de estas bacterias se justifica cuando el mineral
sulfurado de un yacimiento cuprífero tiene menos de un 0,5%
de cobre, situación en la que el proceso productivo tradicional
de piro metalurgia deja de ser rentable.
4. MICROORGANISMOS UTILIZADOS.
•A temperaturas menores de 45°C, es posible encontrar
bacterias de las especies Acidithiobacillus ferroxidans (A.f),
Acidithiobacillus thioxidans (A.t) y Leptobacillus ferroxidans
(L.f) como prevalentes.
•Respecto a los nutrientes, en un medio con ion ferroso es
común encontrar A.f, y en su ausencia predomina la A.t y la
L.f.
•Cada especie de bacteria tiene distintos requerimientos de
nutrientes como fuentes energéticas, por lo que una mezcla de
bacterias podría resultar más beneficiosa que una especie
pura, en la biolixiviación de un mineral.
•A mayores temperaturas esta presente Sulfolobus.
5. Acidothiobacillus ferrooxidans
•T. ferrooxidans son bacilos, gram negativos, de 0.5 a 1.7
µicras, algunas cepas tienen flagelos, de metabolismo
quimilitoautotrofo, capaz de oxidar iones ferroso Fe(II) y azufre,
los que le sirven de fuente primaria de energía.
2Fe +2 + ½ O2 + 2H+ 2Fe+3 + H2O
•El carbono necesario para su arquitectura celular lo obtiene
por fijación de CO2, por Ciclo de Calvin-Benson.
• Es aerobio (requiere de O2 como aceptor final de electrones).
•Las bacterias Thio-Ferroxidans son acidófilas y tienden a vivir
en ambientes tales como las aguas termales, fisuras volcánicas
y depósitos de sulfuros que tienen una alta concentración de
ácido sulfúrico y viven entre 20 a 35°C.
6. Sulfolobus:
•Pertenece al reino Arquea. Son células esféricas, con lóbulos,
inmóviles, y ausencia de flagelos.
•Comprende especies termo ácidos aisladas de hábitats
geotermales (geyseres y zonas de vulcanismos ).
•El rango de pH es 1.3-1.7, y la temperatura optima es de
>50°C, algunos son activos a 80-85°C.
•Las especies de Sulfolobus que han sido aisladas son: S.
acidicaldarius, S.solfataricus, S. brierley, S. ambioalous, S.
metallicus
•Son autotrofas, oxidan el ion ferroso, compuestos
reducidos de azufre inorgánico o minerales sulfurados.
• Capacidad de fijar el CO2 en un aire enriquecido de este al 1%
de CO
7. Leptospirillum ferrooxidans
•Son bacterias Gram (-) en forma de espiral, son aerobios
estrictos y quimioautotróficos obligados.
•Tienen 3 - 0,5 micras de ancho y 0,9 a 3,0 micras de longitud.
•Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuente energética.
•Fijan el carbono utilizando hierro ferroso como su donante de
electrones y el oxígeno como aceptor de electrones.
•Alta proporción de Fe3+ inhibe a todas las especies, mas no a
Leptospirillum, por esto puede ser utilizado en procesos
continuos.
8. FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO MICROBIANO
•pH: Son bacterias acidófilas, siendo incapaces de desarrollarse
a un pH menor de 3.0.
•Oxígeno y dióxido de carbono: La mayoría de las bacterias
lixiviantes son aeróbicas. El aire aporta el oxigeno (O2) y
dióxido de carbono (CO2).
•El oxigeno es utilizado como oxidante y el dióxido de carbono
como fuente de carbono.
•Nutrientes: Pueden obtener del mismo: 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: Utilizan como fuente primaria de energía
el ion ferroso y el azufre inorgánico.
9. FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO MICROBIANO
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.
Presencia de Inhibidores:
•Durante el proceso de biolixiviación, se acumulan metales
pesados como zinc, arsénico y hierro en la solución de
lixiviación, y en ciertas concentraciones resultan tóxicos para los
microorganismos.
Potencial redox (Eh):
•La oxidación de las especies reducidas depende del
movimiento o transferencia de electrones.
•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).
10. MECANISMOS DE LIXIVIACION
La biolixiviación ocurre en dos mecanismos: directo e
indirecto.
Directo.
El mineral se disuelve por reacciones enzimáticas, debido al
contacto de los microorganismos con el mineral
Indirecto.
La disolución es consecuencia de reacciones, sin interacción
de bacterias y el mineral.
11. MECANISMO DIRECTO.
•En el caso de la pirita (FeS2), la reacción directa del sulfuro en
sulfato, por acción de thiobacillus ferroxidans ocurre a través
de la reacción global:
•El sulfato ferroso formado es luego oxidado por las bacterias,
a sulfato férrico según la reacción:
•La oxidación del azufre inorgánico que produce el acido
sulfúrico; y en consecuencia se causa la solubilización del
metal del mineral.
13. REACCIONES DE BIOOXIDACION DIRECTA
Los diferentes microorganismos que intervienen en este
proceso, catalizan diferentes reacciones, según el tipo de
mineral.
• BIOOXIDACION DEL HIERRO (thiobaccillus f. y leptospirillun):
4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 2 H2O
4Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3+ + 2H20
• BIOOXIDACION DE SULFUROS (Thiobacillus y Sulfolobus)
4FeS2 + 15 O2 + 2 H2O = 4Fe3+ + 8SO4= + 4H+
CuS2 + 0.5 O2 + H2SO4 = Cu2+ + SO4= + CuS + H2O
CuS + 0.5 O2 + H2SO4 = Cu2+ + 2SO4= + H2O
• BIOOXIDACION DE SULFUROS POR Leptospirillun:
FeS2 + 2 O2 + H+ = Fe3+ + H2SO4 + So
Fe2+ + O2 + 4H+ = 4Fe3+ + H2O
14. MECANISMO INDIRECTO.
•La transformación indirecta en este caso,
es por el ataque químico de los iones
férricos formados, según la reacción:
•Paralelamente, la acción bacteriana
cataliza la oxidación del ion ferroso y del
azufre elemental, según:
15. MECANISMOS DE LIXIVIACIÓN INDIRECTA
•El ion Fe3+ contenido en la
capa de EPS
(exoplisacaridos) ataca de
forma indirecta al sulfuro
metálico produciendo ion
ferroso Fe2+ y thiosulfato
S2O3
2- el thiosulfato reacciona
con el ion
•Fe3+ hasta llegar al sulfato.
16. RESUMEN DE MECANISMOS DE REACCION.
• La lixiviación de pirita es resultado de la cooperación entre
los mecanismos de lixiviación directo e indirecto.
• El proceso de biolixiviación de sulfuros metálicos es debido a
la acción del ión férrico y/o los protones en solución,
mediante el mecanismo indirecto.
• La bacteria cumple la función de regenerar los agentes
oxidantes y concentrarlos en la interface mineral/solución o
mineral/bacteria a fin de mejorar la tasa de degradación del
mineral.
• Un factor determinante es la capa de exopolimeros producida
por las bacterias sobre la superficie del mineral. En esta capa
ocurre el proceso químico causando la disolución del sulfuro
metálico.
18. METABOLISMO DE BACTERIAS
•El Fe2+ es una forma soluble de hierro estable a un pH bajo y en
condiciones anaerobias.
•Esta bacteria, oxida Fe2+ y compuestos reducidos de azufre en
soluciones de acido sulfúrico en presencia de oxigeno.
•La energía obtenida de los procesos oxidativos se utiliza en la fijación
de CO2, mantenimiento celular y crecimiento.
19. CRECIMIENTO AUTOTROFO, MIXOTROFO Y
HETEROTROFO
Mixotrofia: es la capacidad de utilizar compuestos orgánicos e
inorgánicos como fuente de carbono y/o energía.
•Algunos Thiobacillus son quimiolitotrofos obligados y dependientes
de la fijación del CO2 (T. thioxoxidans, T. thioparus, T. denitrificans)
otros presentan crecimiento mixotrofo (T. novellus y T. intermedius)
•T. novellus crece tan bien en medio orgánico con o sin tiosulfato
como en un medio mineral con sólo tiosulfato.
•T. intermedius, además de crecer en medios minerales con
tiosulfato, va incrementando su crecimiento por la adición de
glucosa, glutamato o extracto de levadura.
•En el grupo de bacteria del azufre con metabolismo mixotrofo se
incluyen bacterias filamentosas como: Beggiatoa o Thioothrix, de
amplia distribución en sedimentos marinos y de aguas dulces.
20.
21. PROCESOS INDUSTRIALES
Procesos basados en riego.
– Biolixiviación en pilas.
– Biolixiviación en botaderos
– Biolixiviación in-situ.
Procesos basados en agitación.
– Biolixiviación en tanques agitados
22. BIOLIXIVIACIÓN EN PILAS
•La extracción de cobre desde minerales secundarios de
cobre, como la calcocita (Cu2S) y la covelina (CuS), por
biolixiviación en pila es ampliamente practicada en todo el
mundo.
•El material previamente chancado, de 19 mm o menos, es
llevado a un patio de acopio, donde se forma la pila.
•En el trayecto el mineral es curado, irrigado con una solución
de acido sulfúrico concentrado o puede ser previamente
aglomerado en tambores rotativos con agua acidificada para
acondicionar el mineral a los microorganismos y para fijar las
partículas finas a las partículas más grandes de mineral.
•Luego el mineral es apilado, hasta unos 6-8 m de altura, en
patios de acopio que están revestidos con polietileno de alta
densidad (HDPE) y se instala sistema de drenaje que permiten
capturar la solución lixiviada desde la base.
23. •También se instalan líneas de aire de plástico, mediante la cual el aire es
forzado hacia la pila para asegurar la disponibilidad de aire a los
microorganismos.
•Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o aspersores los que
riegan la pila con una solución de acido sulfúrico, agua y microorganismos.
24. •La solución ácida que se infiltra a través de la pila va disolviendo el
cobre contenido en los minerales sulfurados, formando una solución
de sulfato de cobre (CuSO4) que es recogida por el sistema de
drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas
impermeabilizadas hasta la planta de extracción por solvente.
25.
26. LIXIVIADO
•Para un máximo de recuperación de cobre de 80-90% se requieren de 250-350 días
de biolixiviación.
•Las principales ventajas de la biolixiviación en pila son el bajo capital y costos de
operación, la ausencia de emisiones tóxicas y la minimización o la completa
eliminación de cualquier descarga de agua porque se reciclan todas las soluciones
27. •El cobre de la solución pasa luego formar los cátodos en la etapa de
electro obtención, y el ácido es refinado y recirculado para el riego de
las pilas.
28. BIOLIXIVIACIÓN EN BOTADEROS
•Con esta tecnología se procesa lastres, minerales de baja ley de cobre
(menor a 0,5 %), sulfuros secundarios y primarios.
•Como el contenido de cobre en estos minerales es muy bajo como para
cubrir los costos de la flotación y fundición, los grandes fragmentos de
mineral son arrojados a los botaderos.
•En la superficie del botadero se aplica la solución de acido sulfúrico y agua.
Los microorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condiciones
óptimas para su crecimiento.
•Debido al gran tamaño de las partículas de mineral, el área de contacto
entre microorganismo-mineral disminuye, y sumado a una baja aireación,
pues no se instalan líneas de aire, la acción microbiana disminuye
afectando la eficiencia del proceso.
•Es por ello que la biolixiviación de cobre en los botaderos se mide en
décadas, debido a la baja tecnología aquí aplicada. Sin embargo, por esto
último es un método muy económico.
29. Los minerales son lixiviados donde fueron colocados para su
eliminación, y la solución de lixiviación es dirigida a los procesos de
extracción con solvente y electro obtención para la posterior
producción de cátodos de cobre.
30. BIOLIXIVIACIÓN IN SITU
• La biolixiviación in situ, trata el mineral en la mina, previa
fractura de esta por tronadura permitiendo a la solución fluir
libremente.
• 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.
31. BIOLIXIVIACIÓN EN TANQUES AGITADOS.
•Se utiliza para minerales de ley intermedia a alta y
concentrados de mineral, que generalmente es calcopirita,
debido al capital y costos de operación asociados con esta
tecnología.
•Los minerales son depositados en un tanque de acero
inoxidable de gran tamaño, equipado con agitadores
mecanizados y con la introducción de aire por ventiladores, lo
que asegura la disponibilidad de oxigeno y dióxido de carbono
para los microorganismos.
•Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos,
para lograr la biolixiviación que opera en un proceso continuo.
33. VENTAJAS DEL PROCESO
• Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser
aisladas a partir de aguas ácidas de minas.
•Los costos de operación son bajos
•No se emiten gases ni polvo, lo que produce un impacto ambiental
varias veces inferior a la tecnología clásica de pirometalurgia, que
genera emisiones con altos contenidos de dióxido de azufre (SO2) y
arsénico (As), por el tratamiento de sulfuros en fundiciones.
•Permite el tratamiento de los recursos y reservas de minerales con
baja ley de cobre que no es rentable procesar por otros métodos.
•Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de
adicionar una fuente de carbono, pues la obtienen del dióxido de
carbono del aire.
34. DESVENTAJAS DEL PROCESO
•A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y
con ello la recuperación de cobre.
•Necesario invertir en un sistema que pueda aumentar la
temperatura en la matriz de mineral, para garantizar
recuperaciones mayores de cobre.
•Los tiempos para una recuperación significativa de cobre, son
más largos para 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 de funcionamiento de las bacterias, pero
esto resulta difícil en metodologías de mayor envergadura
como los botaderos y las pilas.
