BIOOXIDACION DE SULFUROS AURIFEROS

REFRACTARIOSBlgo. José J. Guerrero Rojas

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CURSO DE ACTUALIZACION

LIXIVIACION DEL ORO

“Una planta de extracción de minerales del futuro podría tener el aspecto de una planta actual de tratamiento de agua: libre de suciedad y de los montones de escorias asociadas con las operaciones mineras, mientras que bajo el suelo millones de microbios realizarían las tareas que en nuestros días se caracterizan por el rugido de las máquinas, el ruido de los picos y el traslado del mineral”

Dr. Richard Manchee, 1979, London

LIXIVIACION BACTERIANA/ BIOOXIDACION DE SULFUROS

• Proceso natural que se vale de la capacidad de cierto grupo de microorganismos,- principalmente bacterias del géneroAcidithiobacillus-, de oxidar sulfuros metálicos hacia sus sulfatos solubles correspondientes , con la producción de ácido sulfúrico y sulfato férrico.

• La biolixiviación es una tecnología que emplea bacterias específicas para lixiviar, disolver o extraer, un metal de valor (cobre, uranio, zinc, níquel, cobalto, etc.) contenido en un mineral. El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene el metal en forma soluble.

• De otro lado, el término biooxidación es usado para describir el proceso que emplea bacterias para degradar un sulfuro, sea pirita oarsenopirita, en la que el oro o la plata, o ambos, se encuentran encapsulados.

Acidithiobacillus ferrooxidans• Bacilo de aproximadamente 0.5µ de ancho por 1.0µ de

largo.• Acidófilo: Desarrolla a valores de pH en un rango entre

1.5- 3.0, siendo el óptimo 2.0.• Desarrolla a temperaturas entre 30ºC-45ºC, estando el

óptimo entre 35º y 40ºC.• Oxida compuestos de Fe+2 y S reducido. • Ampliamente estudiada y empleada en la disolución de

cobre y en el pretratamiento de sulfuros auríferos refractarios.

Acidithiobacillus ferrooxidans (cont.)

BACTERIAS ASOCIADAS A LA LIXIVIACION DE MINERALES

MICROORGANISMO FUENTE ENERGETICA

pH TEMPERATURA (ºC)

Acidithiobacillus ferrooxidans

Fe+2 , U+4 , Sº 1.5 25 - 30

Acidithiobacillus thiooxidans Sº , Fe+2 2.0 25 - 30 Leptospirillum ferrooxidans Fe+2 1.5 25 - 35 Sulfolobus Sº, Fe+2 , C org. 2.0 > 60 Acidiphilium cryptum C orgánico 2.0 25 - 35 Th. intermedius Sº , S-2 , C org. 2.5 30 Th. napolitanus Sº, S-2 2.8 30 Th. acidophilus Sº, S-2 3.0 Th. thioparus Sº, S-2 3.5 Thiobacillus TH2 y TH3 Fe+2, S-2 6.0 50 Metallogenium sp. Fe+2 4.5 Heterótrofos C org. 25 - 40

MECANISMOS DE LIXIVIACION

Fe+2 Fe+3+ e-

Lixiviación DirectaMS + 2 O2 MSO4

FeS2 + 7.5 O2 + H2O Fe2(SO4)3 + H2SO4

Lixiviación IndirectaMS + Fe2(SO4)3 MSO4 + Sº + 2 FeSO4

2 FeSO4 + H2SO4 + 0.5 O2 Fe2(SO4)3 + H2O Sº + 1.5 O2 + H2O H2SO4

MECANISMOS DE LIXIVIACION (cont.)

BIOCOP

LIXIVIACION DE SULFUROS (cont.)Sulfuros Auríferos Refractarios

Romper la matriz de sulfuro (pirita o arsenopirita) en la que se encuentra “atrapada” la partícula aurífera.

2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Fe2 (SO4)3 + 2 H3 AsO4

En este caso, y a diferencia de los metales base, la tecnología bacteriana resulta siendo un pre-tratamiento antes que una disolución propiamente dicha del metal.El enorme desarrollo e interés surgido por labiolixiviación se debe a la necesidad de recuperar el oro contenido en menas de difícil tratamiento.Es posible tratar sulfuros refractarios empleando tanques agitados o pilas (heaps): Newmont, Geobiotics.

BIOOXIDACION EN TANQUES

BIOOXIDACION EN PILAS• El proceso fue desarrollado por Newmont en su unidad de Carlin, Nevada para

el tratamiento de un mineral de baja ley (1 gr/T Au).• Se preparan pilas de 8.5 a 10.7 metros de altrura con material molido,

aglomerado con un inóculo bacteriano, y acondicionado con ácido.• La ventaja de la aglomeración es el rápido inicio de la biooxidacion.• Se aplican periodos de descanso.• Luego de la oxidación (90-190 días) la pila es lavada, neutralizada y cianurada.• Otras operaciones que también emplean esta tecnología son la Mt. Leyshon en

Australia que trata un mineral de cobre-oro con una ley de 1.7gAu/T; y la del proyecto de Tonkin Springs (Gold Capital Corp.) en Nevada, con una ley de 3.5 g Au/T.

BIOOXIDACION EN PILAS

PROCESO GEOCOAT• Desarrollado por GeoBiotics para el tratamiento de sulfuros auríferos

refractarios.• El proceso está diseñado para trabajar con concentrados generados por

flotación o concentración gravimétrica.• El concentrado se mezcla con un inóculo bacteriano produciendo una pulpa

delgada que se coloca sobre una “roca soporte” de 5 a 20 mm de diámetro. El soporte puede ser desmonte, grava, o algun producto que pueda tolerar las condiciones del proceso.

• La película formada por el concentrado es de 0.5 a 1 mm de espesor .• El proceso favorece la formación de poros a través de los cuales se facilita la

difusión del oxígeno necesario para el trabajo bacteriano.

PROCESOS INDUSTRIALES EN EL TRATAMIENTO DE SULFUROS AURIFEROS REFRACTARIOS

• BIOX: desarrollado por GENCOR de Sudáfrica en la segunda mitad de la década de los 70’s. En la actualidad el proceso es aplicado exitosamente en numerosas operaciones entre las que se encuentra la mina Tamboraque en el Perú. La planta de biooxidación de sulfuros más grande es la localizada en la mina Ashanti, Ghana, que tiene una capacidad de tratamiento de 1000 tpd. Utiliza lixiviación en tanques agitados.

• MINBAC: desarrollado por la consultora estatal sudafricana MINTEK en un principio para brindar asesoría en la tecnología para la recuperación de oro. El proceso también ha sido aplicado con éxito a otros metales. La tecnología Minbac también extrae metales empleando tanques agitados.

• BACTECH: desarrollado originalmente en Australia por BacTech Pty (ltd) para el tratamiento de sulfuros auríferos refractarios. Se diferencia de las otras tecnologías en que el proceso Bactech emplea microorganismos moderadamente termófilos capaces de desarrollar a temperaturas que serían inhibitorias para Acidithiobacillus.

BIOREMEDIACION (cont.)Cianuro:• Cianuro es un compuesto que contiene el radical CN- : HCN, CNNa , CNK.• 13% del CN- producido a nivel mundial es usado por la industria minera.• 77% es usado en producción de compuestos orgánicos sintéticos (venenos), pinturas, cosméticos, adhesivos, colorantes, productos farmacéuticos, retardantes de fuego, etc.• En la naturaleza, es formado, excretado y degradado por algunas especies de plantas, animales, insectos, hongos y bacterias.• Se encuentra en almendras, albaricoques, bambú, frijoles germinados, cerezas, aceitunas, soya, etc.• Toxicidad: a nivel tisular, actúa sobre el sistema respiratorio, impide el uso del oxígeno inhibiendo la acción de enzimas respiratorias : citocromo oxidasa.• El hombre y los mamíferos terrestres pueden verse afectados en forma limitada.• Exposición de animales domésticos y salvajes a plantas cianogénicas o recipientes con residuos de cianuro para control de predadores como el coyote.• Aves migratorias y acuáticas que llegan a pozas y espejos de agua (coberturas o bolas).• Vida Acuática más vulnerable. No es posible evitar ingreso de CN- a cuerpos de agua.

BIOREMEDIACION (cont.)

Biodegradación de Cianuro• Se aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente bacterias, de

utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y nitrógeno convirtiendo el compuesto tóxico en sustancias inocuas.

• La biodegradación de cianuro resulta en la formación de amonio.• Los microorganismos involucrados poseen varios sistemas enzimáticos específicos que les

permite desarrollar en ambientes con alta concentracíón de cianuro.• Muchos hongos (Fusarium, Hasenula) y bacterias (E.coli, Pseudomonas fluorescens, Citrobacter,

Bcillus subtilis y otros) asimilan cianuro y lo usan como fuente de nitrógeno y/o carbono, teniendo como intermediario NH3.

• Uno de los mecanismos involucra a la enzima cianuro hidratasa, que resulta en la conversión irreversible del cianuro en formamida, que finalmente es transformada en CO2 y NH3.

• Cianuro también puede ser convertido en β-cianoalanina o en un α-aminonitrilo por la β-cianoalanina sintetasa, seguida de la hidrólisis de los productos para liberar un ácido y NH3.

• Una tercera ruta utiliza cianuro monoxigenasa para catalizar la conversión de HCN en cianato (HOCN), lo que lleva a una descomposición catalítica mediada por otra enzima, cianasa, para producir CO2 y NH3. La cianasa es inducible con el cianato mientras que la cianuromonoxigenasa no lo es.

• Algunas cepas bacterianas transforman directamente cianuro en CO2 y NH3 por medio de la cianuro dioxigenasa, sin la formación de cianato como intermediario.

Biodegradación de Cianuro

Biodegradación de cianuro

Skowronski and Strobel, 1969; Meyers et al, 1993

None stated in literatureBacillus pumilus C1KCN

Fallon, 1992; Nagle, 1995HCN+2H2O↔HCOO-+NH4+

Occurs under methanogenic conditions

Mixed cultures - no specific anaerobic microorganism yet determined

HCN

Nawaz et al, 1991None stated in literaturePseudomonas aeruginosaOrganic cyanides

Watanabe et al, 1998None stated in literaturePseudomonas stutzeri AK61KCN

Chapatwala et al, 1995None stated in literatureP.putidaNaCN

Ingvorsen et al, 1991None stated in literatureAlcaligenes xylosoxidans subsp. Denitrificans

HCN

Knowles, 1988HCN + H2O → HCONH2Stemphylium lotiHCN

Raybuck, 1992NADH+H++HCN+O2→HNCO+H2O+NAD+

HCNO+H2O→CO2+NH3

P.fluorescensHCN via HNCO

ReferenceReactionMicrobeCompound degraded

Table 3 – 6: The biodegradation pathways for cyanide complexes, the microbe responsible for degradation and the relevant equation

Ref.: Samantha Meehan; 2000. “The fate of cyanide in groundwater at gasworks in south easthern Australia”. Ph. D Thesis, chapter 3, pp67.

BIOREMEDIACION (cont.)•La primera operación industrial se localiza en la mina de Homestake Mining en Lead. South Dakota, USA. El sistema de tratamiento se basa en la biodegradación de los cianuros y la biosorción de los metales pesados tóxicos.• El principal microorganismo encontrado pertenece al género Pseudomonas. El proceso involucra dos pasos biológicos. El primero, incluye la ruptura oxidativa del cianuro y thiocianato y la captura de los iones metálicos en una biopelícula. •El segundo paso, convierte el amonio producido a nitrato mediante una nitrificación biológica.

MxCNy + 2 HxO + ½ O2 = M-biopelícula + HCO3 + NH3 (Me: Fe, Cu, Zn)SCN- + 2 H2O + 5/2 O2 = SO4

-2 + HCO3-1 + NH3

NH4+ + 3/2 O2 = NO2

-1 + 2 H+ + H2ONO2

-1 + ½ O2 = NO3-1

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