ENZO BARRERA LUNA

TECNICO ENMETALURGIAEXTRACTIVA

INTRODUCCION A LA LIXIVIACIION

BACTERIANA

Un hito en la historia cuprfera se comenz a gestar en 1947, con el descubrimiento de un microorganismo presente en las aguas de drenaje de una mina de carbn espaola donde se oxidaba fierro y azufre. Esta era la Thiobacillus ferrooxidans, bacteria que forma parte del proceso de obtencin de cobre.

Una vez descubierta, se determin que era la responsable de la oxidacin de los minerales sulfurados que contenan el metal rojo, acelerando su lixiviacin desde minerales de baja ley, los que tradicionalmente eran sometidos a procesos ms largos, costosos y contaminantes. Las bacterias liberan fuerzas qumicas y biolgicas que se refuerzan en un plan comn que explota la biotecnologa: degradar los sulfuros a formas solubles, a velocidades de medio a un milln de veces ms rpidas que si estuvieran expuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.

ORIGENES DE LA BIOLIXIVIACION

Estas bacterias oxidan algunas formas reducidas de azufre y hierro

contenidos en los minerales, simplemente porque de esa reaccin

obtienen la energa necesaria para su reproduccin y crecimiento.

Adicionalmente requieren oxgeno y dixido de carbono, los que

obtienen del aire, y otros nutrientes necesarios para su crecimiento,

como pequeas cantidades de nitrgeno y fsforo.

QU ES LO QUE HACEN?

PARA QUE SE HACE?A consecuencia de sus propiedades metablicas resultan

fuerzas qumicas y biolgicas que se refuerzan en un plan

comn que explota la biotecnologa: degradar los sulfuros

metlicos a formas solubles, a velocidades

de a lo menos medio a un milln de veces ms rpidas

que si estos minerales estuvieran expuestos al aire y al

agua en ausencia de bacterias.

CON QUE TIPO DE MINERAL SE REALIZA?

Antes de explicar el proceso de extraccin se debe aclarar que el

cobre es un metal que no existe en estado puro, sino que est

combinado en una gran variedad de minerales los que se dividen

en tres clases: en la primera categora estn los xidos que se

disuelven muy fcilmente en un cido suave, permitiendo una rpida

extraccin del cobre; en segundo lugar estn los sulfuros secundarios,

como la Calcocina y la Covelina, que slo se disuelven por oxidacin

mediante el uso de un cido muy fuerte y un agente oxidante; y

finalmente estn los sulfuros primarios, minerales insolubles o muy

lentamente solubles en el tratamiento cido, que por lo anterior no se

lixivian sino que son tratados mediante Pirometalurgia.

COMO SE TRABAJA EL MINERAL?

El mineral se trabaja en pilas mediante la cual el mineral

est dispuesto en un lecho de dos, tres o seis metros de altura, y que

posteriormente es regado con cido, esta innovacin fue una parte

clave para el desarrollo de la aplicacin industrial controlada de la

lixiviacin bacteriana, ya que el mineral no est inundado como en

las piscinas, sino que hay aire y solucin lixiviante que permite el

crecimiento bacteriano.

DE LA LIXIVIACION A LA BIOLIXIVIACION

En 1980 comenzaron a lixiviar xidos y ms tarde intentaron

explotar los sulfuros secundarios, descubriendo que la

lixiviacin era tambin aplicable a estos minerales

Al principio no estaba muy claro a qu se deba la oxidacin

observada en sulfuros, pero al realizar una serie de anlisis

encontramos que las bacterias eran responsables en parte de ella,

y digo en parte, porque hay oxidacin qumica y biolgica, y la

segunda nunca haba sido considerada fundamental en el proceso

Romilio Espejo

POR QUE SE TRABAJA EN PILAS?

Para mejorar la parte biolgica se utiliz la experiencia que

la minera tena en el diseo y construccin de pilas para que

el mineral fuera permeable al lquido y al aire, debido a que

se necesita que el cido atraviese toda la pila sin que sta se

tape ni se inunde. Esto, aunado con nuestra experiencia en la

parte bacteriana, permiti desarrollar un proceso que no era

nuevo en su concepto, pero s en la forma, donde se planeaba

explotar un yacimiento de cobre en funcin nicamente de

biolixiviacin

EL MEDIO AMBIENTEPara el ambiente, la introduccin de una tecnologa basada en

biolixiviacin representa un importante adelanto, ya que produce

un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnologa clsica

de Pirometalurgia. En esta ltima, los sulfuros tratados en

fundiciones, producen humos de chimeneas con altos

contenidos de SO2 y arsnico.En la disolucin de minerales sulfurados participan bacterias que

requieren slo de compuestos inorgnicos muy simples para

multiplicarse, los mismos que se encuentran comnmente en las

aguas de los procesos Hidrometalrgicos. Otra de las caractersticas

especiales de estas bacterias es su capacidad de crecer en soluciones

extremadamente cidas para el comn de los

microorganismos (pH entre 1,5 y 3,5).

MICROORGANISMOS

THIOBACILLUS THIOOXIDANS

BACTERIAS

CLASIFICACION

THIOBACILLUS FERROOXIDANS

PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS

ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LAS

BACTERIAS

ADAPTABILIDAD

OBTENCION DE ENERGIA

MEDIO AMBIENTE

ADAPTABILIDAD

Las bacterias junto con las cianobacterias (algas veriazules) son organismos unicelulares inferiores conocidos como procariontes. Estos organismos no tienen un ncleo verdadero por lo que el DNA se encuentra libre en el interior de la clula. La forma y estructura, aunque relativamente limitadas, esferas (cocos), varillas rectas (bacillos) o varillas curvas (espirales), se ven compensadas por la inmensa diversidad de caractersticas metablicas y por su gran adaptabilidad.

OBTENCION DE ENERGIA

Los organismos quimiolittrofos obtienen su energa mediante la oxidacin de materiales inorgnicos, los auttrofos utilizan el CO 2 del aire como nica fuente de carbono (auttrofos obligados), y los hetertrofos lo obtienen metabolizando compuestos orgnicos. Algunos hetertrofos tienen la facultad de ser auttrofos en determinadas condiciones (auttrofos facultativos).

MEDIO AMBIENTE

Hay especies de bacterias que se desarrollan mejor en determinados intervalos caractersticos de temperatura. Algunas, las crifilas, en fro (< 20C); las mesfilas, en caliente (20-40C); las termfilas moderadas, en un medio ms caliente (40-55C); y algunas, las termfilas extremas, necesitan ambientes muy calientes (> 55C).

CLASIFICACIONLos microorganismos acidfilos importantes en biolixiviacin se clasifican en tres grupos:

TIPO DE MICROORGANISMOS GENERO

MESOFILOS

TERMOFILOS MODERADOS

TERMOFILOS EXTREMOS

THIOBACILLUS YLEPTOSPIRILLIUM

SULFOBACILLUS

SULFOLOBULOS ACIDANUSMETALODPAHERAYSULFUROCOCCUS

MESOFILOSThiobacillus ferrooxidans (Tf) es la bacteria ms importante utilizada en la extraccin de varios metales a partir de sus minerales. Es un bastoncillo Gram negativo de 0.3 a 0.5 micras de dimetro y de 1.0 a 1.7 micras de longitud. Es una bacteria quimiolitoautotrfica, obtiene su energa de las especies reducidas de hierro (Fe 2+ ) y azufre (S 2-) de los minerales y utiliza el bixido de carbono del aire como nica fuente de carbono, oxida prcticamente a todos los sulfuros minerales conocidos. Crece en un rango de pH de 1.0 a 6.0, siendo el ptimo entre 2.0 y 2.5. Sobrevive en un intervalo de temperatura de 2 a 40C, siendo el ms favorable de 28 a 35C. Prolifera por fisin binaria en cuestin de horas. En un sistema en actividad alcanza poblaciones de 10 9 a 10 10 10 clulas/mL. Thiobacillus thiooxidans (Tt) es una bacteria semejante al Tf, sin embargo no tiene capacidad para oxidar al Fe 2+ . Posee un flagelo polar que le da mayor movilidad respecto al Tf, crece en condiciones ptimas a una temperatura cercana a los 30C.Leptoespirillium ferrooxidans (Lf) por su forma de espiral es fcilmente diferenciable de Tf y de Tt. Sus clulas son ligeramente ms delgadas, de longitud variable y de mayor movilidad debido a la presencia de un flagelo polar. Su fuente de energa es el Fe 2+ .

TERMOFILOS MODERADOS

Estas especies de bacterias pueden tener una gran variedad de formas con tamaos de 0.8 a 6.0 micras. Cuando crecen autotrficamente en Fe 2+ en ausencia de levaduras, son ms pequeas. Todas ellas presentan una tincin Gram positiva y tienen una versatilidad de nutrientes mucho ms amplia que las autotrficas obligadas. Sulfobacillus thermosulfidooxidans su forma se ha descrito como esporas sin movilidad. La temperatura ptima de crecimiento asociada a la oxidacin del hierro est entre los 45 y 50C, aunque estn activas dentro de un amplio rango de temperatura.

TERMOFILOS EXTREMOSSulfolobus acidocaldarius es de forma esfrica, oxida al hierro y al azufre, es extremadamente termoflica, su temperatura ptima de crecimiento en medio rico en Fe 2+ es de 70C y para un medio que contenga azufre es de 65 a 80C. Sulfolobus brierleyi crece en medios que contengan minerales piritosos y/o Fe 2+ en solucin, en presencia de extractos de levadura. La oxidacin de minerales es ms lenta que en el caso de Sulfolobus A.C.

THIOBACILLUS FERROXIDANS

ESTA BACTERIA ES PROPIA DEL MINERAL, POR LO CUAL

SOLO BASTA CON DARLE LAS CONDICIONES NESESARIAS

PARA SU REPRODUCCION Y DESARROLLO, ESTA BACTERIA

OXIDA O REDUCE COMPUESTOS DERIVADOS DE AZUFRE Y

MINERALES SULFURADOS.

THIOBACILLUS THIOXIDANS

ESTA BACTERIA ES CAPAS DE OXIDAR EL AZUFRE ELEMNTAL DE LOS MINERALESSULFURADOS

PROPIEDAES* Son QuimioautroficasLa energa que usan para su crecimiento y mantenimiento la obtienede sustancias inorgnicas tales como Fe+2 y S y compuestos deazufre.Son Aerbicas:

Requieren O2 para reaccionar con el catin H+ y el electrnliberado por la oxidacin de Fe+2, para formar agua dentro de laclula. Adicionalmente se requiere O2 para la oxidacin qumica delos sulfuros.* Son Acidoflicas:

Crecen y sobreviven en rangos de pH de 1.0 a 4.5 ptimosestn entre 1.5 y 2.5. Normalmente estos microorganismos nosoportan pH sobre 6.5 y bajo 1.0.

MECANISMO DE LIXIVIACION

LA LIXIVIACION BACTERIANA SE DIVIDE EN DIEZ PARTES :

LIXIVIACION DIRECTA

LIXIVIACION INDIRECTA

LIXIVIACION MIXTA

LIXIVIACION POR CONTACTO

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATOMECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO

OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE

LIXIVIACION COOPERATIVA

LIXIVIACION DIRECTA

Las bacterias ferroxidantes tambin pueden lixiviar sulfuros metlicos directamente sin la participacin del sulfato frrico producido biolgicamente.

LIXIVIACION INDIRECTA

El sulfato frrico es oxidante muy fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurado. La lixiviacin con Fe2(SO4)3recibe el nombre de lixiviacin indirecta por que se realiza en ausencia del oxigeno o de las bacterias y, es responsable de la disolucin de varios minerales sulfurados de cobre de importancia econmica

MIXTA

La combinacin de ambos mecanismos, es decir, un ataque directo e indirecto al mineral por uno o varios microorganismos activos.

LIXIVIACION DE CONTACTO

El mecanismo directo se ha redefinido, puesto que para que exista un ataque biolgico a la superficie del mineral, es indispensable la existencia de una capa de lipopolisacridos o sustancias extrapolimricas excretadas por la bacteria, EPS (entre la bacteria y el mineral), las cuales sirven como almacn temporal del S producido.

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA THIOSULFATO

El Fe(III) contenido en la capa de EPS ataca de forma indirecta al sulfuro metlico produciendo Fe2+ y S2O3. El tiosulfato reacciona con el Fe

(III) formando varios intermediarios hasta llegar al SO4

2-.

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO VIA POLISULFURO

Los protones atacan la red cristalina de algunos sulfuros metlicos. El ataque indirecto del H+/Fe3+

al mineral produce Fe2+ y polisulfuro, y finalmente SO4. El papel de las bacterias es el de producir H2SO4 para abastecer de H

+ y Fe3+ al medio, para que se lleve a cabo el ataque qumico.

LIXIVIACION COOPERATIVA

El mecanismo mixto se ha redefinido tambin como lixiviacin cooperativa

OXIDACION DE HIERRO Y AZUFRE

Los iones ferrosos son oxidados en la superficie de la bacteria por la transferencia de su electrn a la terminal citocromooxidasa en la membrana citoplasmtica.La oxidacin bacteriana del azufre de los minerales sulfurados se realiza a travs de la accin de la enzima sulfurooxidasa.

FeS2

Th F

Th F

Th F

Th F

THIOBACILLUS

FERROOXIDANS

O2

CO2

1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERAL

ES NECESARIO.

2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE

CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2

FeS2Th F

Th F

Th F

THIOBACILLUS

FERROOXIDANS

Fe2

SO4

3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES

FeS2Th F

Th F

Th F

Th F

4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS

Th F

Th F

Th F

Th F

CuS

Fe 3

1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE

Cu 2

SO4

2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2Y SULFATO

Fe 2

Th F

CuS

Fe 2 Th F

CO2

O2

3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3

Th F

CuS

Fe 3

4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO

COMO SON LAS BACTERIAS?

MORFOLOGIA YESTRUCUTURA

Las bacterias son microorganismos procariotas de organizacin

muy sencilla. La clula bacteriana consta:

citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central

aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN

bacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de

ADN con informacin gentica , dispersos por el citoplasma:

son los plsmidos.

La membrana plasmtica presenta invaginaciones, que son los

mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en

la sntesis de ATP, y los pigmentos fotosintticos en el caso de

bacterias fotosintticas.

En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza

qumica.

Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rgidos,

implantados en la membrana mediante un corpsculo basal . Pueden

poseer tambin, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden

servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una clula a otra.

Poseen ARN y ribosomas caractersticos, para la sntesis de proteinas.

pared celular es rgida y con molculas exclusivas de bacterias.

NUTRICIONEl xito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su

versatilidad metablica.

Todos los mecanismos posibles de obtencin de materia y energa

podemos encontrarlos en las bacterias.

Segn la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen

en auttrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2 , y

hetertrofos cuando su fuente de carbono es materia orgnica.

Por otra parte segn la fuente de energa, los seres vivos pueden

ser fototrofos, cuya principal fuente de energa es la luz, y los

organismos quimiotrofos, cuya fuente de energa es un compuesto

qumico que se oxida.

CATEGORIAS

QUIMIOHETEROTROFO

QUIMIOAUTOTROFO

FOTOHETEROTROFO

FOTOAUTOTROFO

Las bacterias quimiohetertrofas, utilizan un compuesto

qumico como fuente de carbono , y a su vez, este mismo

compuesto es la fuente de energa. La mayor parte de las

bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patgenas

son de este grupo.

QUIMIOHETEROTROFO

QUIMIOAUTOTROFO

Las bacterias quimioauttrofas, utilizan compuestos

inorgnicos reducidos como fuente de energa y el

CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo,

Nitrobacter, Thiobacillus.

Las bacterias fotoauttrofas, utilizan la luz como fuente

de energa y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas.

FOTOAUTOTROFRAS

FOTOHETEROTROFASLas bacterias fotohetertrofas, utilizan la luz como

fuente de energa y biomolculas como fuente de carbono.

Ejemplos como Rodospirillum y Cloroflexus.

REPRODUCCIONGeneralmente las bacterias se reproducen por biparticin, como se

ve en el siguiente esquema:

Tras la duplicacin del ADN, que esta dirigida por la ADN-

polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana

crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos

nuevas bacterias.

RESUMENLA BIOLIXIVIACION DE MINERALES SE PRESENTA COMO

UNA ALTERNATIVA ECOLOGICA PARA LA EXTRACCIONDE MINERALES SULFURADOS DE BAJA LEY.

LA GRAN RENTABILIDAD QUE PROVOCA EN LA EMPRESAMINERA POR SU BAJO COSTO Y ALTO RENDIMIENTO.

UNA VES ACTIVADA LA BACTERIA POR SI MISMA GENERA SU AMBIENTE

RESUMEN

BIOLIXIVIACION

VENTAJAS DE LA:

TRATAMIENTO DEMINERALES QUE POROTROS METODOS

SERIA IMPOSIBLETRATAR EL APROVECHAMIENTO

DE RECURSOS NATURALES PRESENTES EN EL MEDIO

EL CUIDADO DEL MEDIOAMBIENTE DURATE