Biolixiviacion

I.

ABSTRACTO

La biolixiviación es una tecnología simple y eficaz para la extracción de metales a partir de menas de baja ley y concentrados minerales. La recuperación de metales a partir de minerales de sulfuro se basa en la actividad de las bacterias quimiolitotróficas, principalmente Thiobacillus ferrooxidans y T. thiooxidans, que convierten sulfuros metálicos insolubles en sulfatos metálicos solubles. En la actualidad la biolixiviación se utiliza básicamente para la recuperación de cobre, uranio y oro, y las principales técnicas empleadas son pilas, botaderos y lixiviación in situ. Tanques de lixiviación se usan para el tratamiento de minerales de oro refractarios. La biolixiviación tiene también algunas posibilidades de recuperación de metales y la desintoxicación de los desechos industriales, lodos de depuración y el suelo contaminado con metales pesados.

II.

INTRODUCCION

Métodos de lixiviación microbiana están siendo cada vez más aplicados para la recuperación de metales a partir de menas de bajo grado y concentrados que no pueden ser procesados económicamente por métodos convencionales. Como es el caso con muchos procesos biotecnológicos tales métodos pueden haber sido utilizados desde tiempos prehistóricos y, probablemente, la Griegos y romanos extraían sus minerales con métodos similares. Sin embargo, se sabe solamente hace aproximadamente unos 50 años que las bacterias son los principales responsables en el enriquecimiento de metales en el agua de los depósitos de minerales y minas. El proceso de solubilización se llama biolixiviación y se produce en la naturaleza siempre que se encuentren las condiciones adecuadas para el crecimiento omnipresente de los microorganismos.

III.

MICROORGANISMOS

Thiobacillus Las bacterias más activas en biolixiviación pertenecen a las del género Thiobacillus. Estos son Gram-negativas, es decir, que no producen esporas y que crecen bajo condiciones aeróbicas. La mayoría de los Thiobacillus son especies quimiolitótrofos que utilizan el dióxido de carbono del medio ambiente como fuente de carbono para la síntesis de material celular nuevo. La lixiviación bacteriana se lleva a cabo en un ambiente ácido a valores de pH entre 1,5 y 3 en el cual la mayoría de los iones metálicos permanecen en solución. Por lo tanto las especies acidófilas Thiobacillus ferrooxidans y thiooxidans son de particular importancia. Otros thiobacilos también son capaces de oxidar el azufre y los sulfuros, pero crecen sólo a valores de pH superiores en que los iones metálicos no se mantienen en solución. T thiooxidantes, aislados en 1922 por Waksman y Joile, son bien conocidos por su rápida oxidación de azufre elemental. Otros parcialmente compuestos de azufre reducido también son utilizados y el ácido sulfúrico se genera, disminuyendo el pH en el medio de 1,5 a 1 e incluso inferiores. El ácido sulfúrico en producción intensiva conduce a una rápida descomposición de las rocas de modo que, ácidos solubles en compuestos de metal pueden pasar a la solución como sulfatos. La lixiviación está representada por los T ferrooxidans. Esta bacteria fue aislada por primera vez en 1947 por Colmer y Hinkle de drenaje ácido de las minas de carbón. Morfológicamente, las células son idénticas a T. thiooxidans, pero difieren de este último por el curso mucho más lento de la oxidación de azufre elemental. T. ferrooxidans difiere de todos los otros Thiobacillus por el hecho de que, además de obtener energía a partir de la oxidación de azufre reducido, el hierro ferroso se puede utilizar como un donador de electrones. En ausencia de oxígeno, el T. ferrooxidans es todavía capaz de crecer en la componentes inorgánicos reducidos de sulfuros utilizando hierro férrico como una alternativa de electrones aceptadores. Una excelente revisión de los conocimientos actuales de esta especie fue proporcionada por Leduc y Ferron. Dos nuevas especies de Thiobacillus acidófilas han sido descritos por Huber y Stetter:  

T. prosperus representa un nuevo grupo de metal-halotolerante la movilización de las bacterias. T. cuprinus es una bacteria chemolithoautotrophic que oxida facultativamente sulfuros de metal, pero no se oxida el hierro ferroso.

Este microorganismo se describe como la movilización de cobre preferentemente de calcopirita. Debido a sus particularidades fisiológicas ambas cepas pueden tener algún potencial en biolixiviación.

Ejemplo de bacteria utilizada en biolixiviación y sus diferentes órganos.

Leptospirillum Leptospirillum ferrooxidans es otra bacteria acidófila hierro-ferrosa oxidante obligatoriamente quimiolitotrófica, que aisló por primera Markosyan de aguas de mina en Armenia. Esta microorganisrno tolera los valores más bajos de pH y altas concentraciones de uranio, molibdeno y plata que los T. ferrooxidans, pero es más sensible al cobre y no puede oxidar los sulfuros o componentes de sulfuros. Por lo tanto, por sí mismo, LA ferrooxidans no puede atacar sulfuros minerales. Esto sólo se puede hacer en conjunto con T. ferrooxidans o T thiooxidans. T. thiooxidans, T. ferrooxidans y LA ferrooxidans, son bacterias mesófilas que crecen mejor a temperaturas de 25-35 ° C.

Bacterias termófilas Los Thiobacillus como bacterias, son llamados bacterias-Th, son bacterias moderadamente termófilas y crecen en pirita, calcopirita y pentlandita a temperaturas en el rango de 50 ° C. El hierro ferroso se utiliza como fuente de energía. Bacterias extremadamente termofílicas, crecen a temperaturas superiores a 60 ° C. Fueron aisladas por Brierley, Norris Karavaiko. Acidianus Brierley, anteriormente relacionado con el género Sulfalobus, es un chemoylithoautotrophic archaea facultativamente aeróbico, extremadamente acidófilo, creciente en hierro ferroso, sulfuro elemental y sulfuros metálicos. Bajo condiciones anaeróbicas, el sulfuro elemental es utilizado como un receptor de electrones y se reduce a H2S. Criófilas: en frío (< 20°C) Mesófilas: en caliente (20-40°C)

TIPO DE MICROORGANISMO MESOFILOS TERMOFILOS MODERADOS TERMOFILOS EXTREMOS

GENERO THIOBACILLUS Y LEPTOESPIRILLIUM SULFOBACILUS SULFOLOBUS ACIDANUS, METALLOSPHAERA Y SULFUROCOCCUS

Organismo autótrofo

Microorganismos Helerotrophicos Bacterias y hongos heterótrofos que requieren suplementos orgánicos para el crecimiento y el suministro de energía puede contribuir a la lixiviación de metales. Como en el caso de la lixiviación de manganeso, la solubilización de metal puede ocurrir debido a la reducción enzimática de compuestos metálicos altamente oxidados o se efectúa mediante la producción de ácidos orgánicos (por ejemplo, ácido láctico, ácido oxálico, ácido cítrico, ácido glucónico) y por compuestos con al menos dos grupos hidrófilos derivados reactivos (por ejemplo, fenol), que se excretan en el medio de cultivo y se disuelven los metales pesados por desplazamiento directo de iones metálicos de la matriz mineral por los iones de hidrógeno y por la formación de complejos metálicos solubles y quelatos. Los microorganismos heterótrofos no tienen ningún beneficio de la lixiviación de metales. Entre las bacterias, los miembros del género Bacillus son más eficaces en la solubilización del metal, con respecto a los hongos de los géneros Aspergillus y Penicillium que son los más importantes. La más conocida es la “Acidithiobacillus ferrooxidans”, su nombre nos indica varias cosas: “Acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido, es “thio” porque es capaz de oxidar compuestos de azufre, es un “bacillus” porque tiene forma de bastón y “ferrooxidans”, porque además puede oxidar el hierro. Estos microorganismos se alimentan principalmente de dos impurezas que hay que extraer del mineral para producir cobre: el azufre, que las bacterias pueden oxidar y convertir en ácido sulfúrico y el hierro, el cual es precipitado sobre el mineral de descarte, lo que permite lograr una disolución más barata y simple

Las figuras representan el Thiobacillus Ferrooxidans

Las imágenes representa el Thiobacillus thiooxidans

V.

MECANISMOS DE BIOLIXIVIACIÓN

Los procesos de biolixiviación de la actualidad se basan más o menos exclusivamente en la actividad de T. ferrooxidans, L. ferrooxidans y T. zhiooxidans que convertir sulfuros metálicos solubles en gran medida a través de reacciones de oxidación bioquímica en sulfatos metálicos solubles en agua. Las etapas de reacción más importantes se resumen en una forma simplificada en las ecuaciones que se dan a continuación. En principio se puede liberar metales a partir de minerales sulfuros por lixiviación bacteriana directa e indirecta.

Lixiviación bacteriana directa En la lixiviación bacteriana directa, hay contacto físico entre la célula bacteriana y la superficie del mineral de sulfuro, y la oxidación de sulfato se lleva a cabo a través de varios pasos catalizada enzimáticamente. En este proceso, la pirita se oxida a sulfato de hierro (III) de acuerdo con las siguientes reacciones:

La oxidación bacteriana directa de la pirita se resume en la reacción:

Las investigaciones de Torma han demostrado que los siguientes sulfuros metálicos no ferrosos pueden ser oxidados por T. ferrooxidans en interacción directa: covelina (CUS), calcosina (Cu2S), blenda (ZnS), galena (PbS), molibdenita (mosq), estibina (Sb2S3), cobaltita (COS), millerita (NIS). Por lo tanto la lixiviación bacteriana directa se puede describir de acuerdo con la siguiente reacción:

Donde MeS es un sulfuro metálico. Existe evidencia de que las bacterias tienen que estar en íntimo contacto con la superficie del mineral. El mecanismo de unión y el inicio de la solubilización del metal no se comprenden completamente. Obviamente, las bacterias no se adhieren a la superficie del mineral conjunto pero prefieren sitios específicos de la imperfección de cristal, y la solubilización de metal se debe a interacciones electroquímicas.

Pasos de la lixiviación bacteriana directa

Lixiviación bacteriana indirecta En la biolixiviación indirecta las bacterias generan un lixiviante que químicamente oxida el sulfuro de mineral. En esta solución de ácido lixiviante es hierro férrico, y la solubilización metalica puede ser descrita de acuerdo con la siguiente reacción:

Para mantener suficiente hierro en la solución de la oxidación química de sulfuros metálicos, debe tener lugar un medio ácido por debajo de pH 5,0. El hierro ferroso, que surge en esta reacción, puede ser re-oxidado a hierro férrico por T. ferrooxidans o L. ferrooxidans y como tal puede tomar parte en el proceso de oxidación de nuevo. En la lixiviación indirecta las bacterias no necesitan estar en contacto con la superficie del mineral. Ellos sólo tienen una función catalítica, porque aceleran la re-oxidación del hierro ferroso que tiene lugar muy lentamente en la ausencia de bacterias. Como se muestra por Lacey y Lowson, en el intervalo de pH 2-3 la oxidación bacteriana del hierro ferroso es de aproximadamente 105106 veces más rápido que la oxidación química del hierro ferroso. El sulfuro causado simultáneamente (Ec. 5) se puede oxidar a ácido sulfúrico por T. ferrooxidans, pero la oxidación por T zhiooxidans que ocurre con frecuencia junto con T. ferrooxidans es mucho más rápido.

El papel de T. thiooxidans en la biolixiviación, obviamente, consiste en la creación de condiciones favorables de ácido para el crecimiento de las bacterias oxidantes de hierro ferroso tales como T. ferrooxidans y L. ferrooxidans. Un ejemplo bien conocido de un proceso de biolixiviación indirecta es la extracción de uranio a partir de minerales, cuando el uranio tetravalente insoluble se oxida a la fase de agua hexavalente soluble de uranio:

El lixiviante puede ser generado por T. ferrooxidans por la oxidación de la pirita (Ec. 3) que es muy a menudo asociado con el mineral de uranio. Además de la lixiviación indirecta de uranio hay alguna evidencia de que T. ferrooxidans puede oxidar UIV a UVI enzimáticamente y utiliza parte de la energía de esta reacción para la asimilación de CO2. En total, de una forma clásica, la biolixiviación se basa en la interacción de los procesos de oxidación biológica y química. Particular importancia debe atribuirse al ciclo de hierro ferros. En la naturaleza y en la aplicación técnica ambos mecanismos, biolixiviación directa y biolixiviación indirecta, sin duda se producirán en forma simultánea.

Sin embargo, al referirse a las publicaciones más recientes de Sand, hay una cierta duda sobre si un mecanismo de lixiviación directa existe en absoluto. Los autores tienen indicios de que la pirita se degrada a través de sulfato a tiosulfato en un mecanismo cíclico. La degradación está mediada o al menos iniciado por el hierro férrico está formando complejos en los compuestos exopoliméricos de T. ferrooxidans y L, ferrooxidans. Además, estos iones hierro (III) permiten que las bacterias se adhieren a la superficie de pirita por un mecanismo electroquímico. La función de las bacterias de lixiviación, se cree que es en el mantenimiento de un alto potencial redox, manteniendo el hierro férrico en el estado oxidado a optimizar el ataque indirecto en el sulfuro metálico

Pasos de la lixiviación indirecta

Cuando la lixiviación indirecta es incompleta, se generan Fe2+ y S°, en cuyo caso la bacteria oxida también el S° a SO4-2, regenerando el medio H2SO4

V.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA BIOLIXIVIACIÓN

La eficacia de la lixiviación depende en gran medida de la eficiencia de los microorganismos y de la composición química y mineralógica del mineral a ser extraído. Los rendimientos máximos de extracción de metales se pueden lograr sólo cuando las condiciones de lixiviación se corresponden con las condiciones óptimas de crecimiento de la bacteria.

Nutrientes Los microorganismos utilizados para la extracción de metales a partir de materiales de sulfuro son bacterias quimiolitótrofos y por lo tanto sólo los compuestos inorgánicos son necesarios para el crecimiento. En general, los nutrientes minerales se obtienen del medio ambiente y del material a ser lixiviado. Para un crecimiento óptimo de hierro y compuestos de sulfuro puede complementarse junto con sales de amonio, fosfato y magnesio.

02 y C02 Un suministro adecuado de oxígeno es un requisito previo para un buen crecimiento y la alta actividad de la lixiviación bacteriana. En el laboratorio se puede lograr mediante la aireación, agitación o agitación. En una escala técnica, en particular en el caso de descarga o lixiviación en pilas, suministro suficiente con oxígeno puede causar algunas dificultades. El dióxido de carbono es la única fuente de carbono requerido, pero no hay ninguna necesidad de adición de CO2.

pH El ajuste del valor de pH correcto es una condición necesaria para el crecimiento de las bacterias de lixiviación y es decisiva para la solubilización de los metales. Valores de pH en el rango de 2.0-2.5 son óptimos para la oxidación bacteriana del hierro ferroso y sulfuro. A valores de pH por debajo de 2,0, una inhibición considerable de T. ferrooxidans se producirá pero T ferrooxidans se puede adaptar a valores de pH más bajos, incluso mediante la adición creciente de ácido

Fuente de Energía Los T. ferrooxidans utilizan como fuente primaria de energía los iones ferroso y azufre inorgánico.

Luz La luz visible y la no filtrada tienen un efecto negativo sobre algunas especies de Thiobacillus.

Temperatura La temperatura óptima para el hierro ferroso y la oxidación del sulfuro por T. ferrooxidans es entre 28 y 30 ° C [33,34]. A temperaturas inferiores, una disminución de la extracción de metal se producirá, pero incluso a 4 º C solubilización bacteriana de cobre, cobalto, níquel y zinc pueden ocurrir. Se observó, a temperaturas más elevadas (50-80 ° C), que bacterias termófilas se pueden utilizar para los propósitos de lixiviación.

Mineral sustrato La composición mineralógica del sustrato de lixiviación es de primordial importancia. El alto contenido de carbonato del material de mineral de ganga o el pH en el líquido de lixiviación aumenta y se produce la inhibición o supresión completa de la actividad bacteriana. Valores bajos de pH, necesarios para el crecimiento de las bacterias de lixiviación, se puede lograr mediante la adición de ácido externo, pero esto no sólo puede causar la formación y precipitación de yeso, pero también afectará el costo del proceso. La velocidad de lixiviación también depende de la superficie total del sustrato. Una disminución en el tamaño de partícula significa un aumento en el área superficial total de partícula de manera que un mayor rendimiento de metal se puede conseguir sin un cambio en la masa total de las partículas. Un tamaño de partícula de aproximadamente 42 um es considerado como el óptimo. Una ampliación de la zona mineral de la superficie total se puede obtener también por un aumento de la densidad de la pulpa. Un aumento en la densidad de la pulpa puede resultar en un aumento en la extracción de metal, pero la disolución de ciertos compuestos que tienen un efecto inhibidor o incluso tóxico sobre el crecimiento de las bacterias de lixiviación también aumentará.

Los metales pesados La lixiviación de sulfuros metálicos se acompaña de un aumento de la concentración de metales en el lixiviado. En general, los organismos de lixiviación, especialmente la Thiobacillus, tiene una alta tolerancia a los metales pesados y diversas cepas pueden incluso tolerar 50 g / l de Ni, 55 g / l Cu o LL2 g / l Zn. Las distintas cepas de la especie que algunos pueden mostrar sensibilidad

completamente diferentes a los metales pesados. Muy a menudo es posible la adaptación de las cepas individuales a mayores concentraciones de metales o sustratos específicos, aumentando gradualmente la concentración de metales o sustratos.

Surfactantes y extractores orgánicos Surfactantes y extractores orgánicos utilizados en la extracción de disolvente, en general tienen un efecto inhibidor sobre las bacterias de lixiviación, principalmente debido a una disminución de la tensión superficial y la reducción de la transferencia de masa de oxígeno. Disolvente de extracción se prefiere actualmente para la concentración y recuperación de metales de la solución enriquecida. Cuando la lixiviación bacteriana y la extracción por solvente se acoplan, los solventes se enriquecen en la fase acuosa y tienen que ser eliminados antes de que la solución estéril se haga recircular a la operación de lixiviación.

Funcionamiento de las moléculas surfactantes

VI.

TÉCNICAS DE LIXIVIACIÓN

La biolixiviación de minerales es una tecnología simple y eficaz para el tratamiento de los minerales de sulfuro y se utiliza en una escala técnica principalmente para la recuperación de cobre y uranio. La eficacia y economía de procesos de lixiviación microbiana dependen en gran medida de la actividad de las bacterias y de la composición química y rnineralógica de la mena. Por lo tanto, los procesos ensayados en los distintos tipos de minerales no se pueden transferir a los otros. Antes de que una aplicación técnica sea posible, las condiciones óptimas de lixiviación tienen que ser elaborados para cada tipo de mineral.

Investigaciones de laboratorio Lixiviación por percolación Los detalles de los métodos de ensayo de laboratorio se describen por Bosecker y Rossi. Los primeros experimentos de lixiviación bacteriana se llevaron a cabo en percoladores de transporte aéreo. En el caso más sencillo, el percolador se compone de un tubo de vidrio provisto en su parte inferior con un sieveplate y lleno de partículas de mineral. El embalaje mineral es de regadío o inundada con un nutriente inoculado con bacterias. El líquido de lixiviación goteando a través de la columna se bombea por aire comprimido estéril a la parte superior de la columna para la recirculación. Simultáneamente la corriente de aire se encarga de la aireación del sistema. Para controlar el curso de las muestras de proceso de lixiviación de líquidos, se toman a intervalos y el estado del proceso de lixiviación se determina sobre la base de las mediciones de pH, investigaciones microbiológicas y análisis químico de los metales que han pasado a la solución.

Lixiviación sumergida Debido a que el suministro de oxígeno es a menudo insuficiente y la relación de superficie desfavorable, la lixiviación por percolación no es muy eficiente, bastante lento y una serie de experimentos que duran 100 a 300 días no son inusuales. Por lo tanto, la lixiviación percolación, ha sido desplazada por lixiviación sumergida, usando el material de grano (tamaño de partícula 100 um) que está suspendido en el líquido de lixiviación y la mantienen en movimiento por sacudimiento o agitación. Mayores tasas de aireación y un seguimiento más preciso y control de los diversos parámetros, favorece el crecimiento y la actividad de las bacterias de modo que los tiempos de reacción se acortan considerablemente y la extracción de los metales aumenta considerablemente. La lixiviación de suspensión puede ser realizada en matraces de Erlenmeyer o, de una manera más sofisticada, en un biorreactor. Además de los sistemas agitados mecánicamente, un reactor de aire comprimido ha demostrado ser adecuado para el tratamiento de concentrados de

mineral, los productos industriales de desecho y para la biodesulfuración de carbón.

Lixiviación bacteriana de minerales de uranio en tanques de agitación. La extracción de uranio durante la lixiviación con T. ferrooxidans, T, thiooxidans, y un cultivo mixto de las cepas. (Tamaño de partícula 600 tlm, densidad de pulpa 5% (W / v))

Columna de lixiviación La lixiviación de columna opera sobre el principio de lixiviación por percolación y se usa como un modelo para los procesos de lixiviación en pilas o en vertedero. Dependiendo de su tamaño, las columnas pueden ser de vidrio, plástico, revestido de concreto, o de acero. Sus capacidades van desde varios kilos a varias toneladas. En varias longitudes, la mayoría de los sistemas de columna tienen dispositivos para tomar muestras o para la instalación de instrumentos especiales para medición de la temperatura, pH, humedad, oxígeno o dióxido de carbono. Esto le da información sobre lo que tiene que esperar en la lixiviación de pilas y vertedero y cómo las condiciones de lixiviación pueden ser optimizadas.

Biolixiviación con hongos Varias especies de hongos se pueden utilizar para la biolixiviación. Los hongos pueden crecer en muchos sustratos diferentes, tales como residuos de componentes electrónicos, convertidores catalíticos, y cenizas volantes de incineración de residuos municipales. Los experimentos han mostrado que dos cepas de hongos (Aspergillus niger, Penicillium simplicissimum) fueron capaces de movilizar Cu y Sn en un 65%, y Al, Ni, Pb y Zn en más de un 95%. Aspergillus niger puede producir algunos ácidos orgánicos tales como ácido cítrico. Esta forma de lixiviación no se basa en la oxidación microbiana de metal sino que usa el metabolismo microbiano como fuente de ácidos que disuelven directamente el metal.

Procesos industriales de lixiviación Actualmente, la biolixiviación se utiliza a escala industrial para el tratamiento de menas de bajo grado que generalmente contienen concentraciones de metales por debajo de 0,5% (W / W). La forma más sencilla de llevar a cabo la lixiviación microbiana es apilar el material en pilas, dejar que el agua escurra a través de la pila y recoger las filtraciones de agua (lixiviada). Puesto que la oxidación bacteriana de sulfuros es mucho más lenta que otros procedimientos biotecnológicos, el lixiviado se recircula. Hay tres procedimientos principales en uso: lixiviación en vertederos, lixiviación en pilas y lixiviación subterránea.

Lixiviación en botadero La lixiviación en botaderos es el más antiguo de los proceso. El tamaño de los botaderos varía considerablemente y la cantidad de mineral puede estar en el rango de varios cientos de miles de toneladas. La parte superior del botadero se esparce de forma continua o temporalmente inundada. Dependiendo del mineral, el lixiviante puede ser agua, agua o solución sulfatada de ácido férrico de otras operaciones de lixiviación en la misma propiedad minera. Antes de la recirculación, el lixiviado puede pasar a través de una cuenca de oxidación, en el que las bacterias y hierro férrico se regeneran.

Lixiviación en pilas Este procedimiento se utiliza principalmente para minerales de grano fino que no pueden ser concentrados por flotación. La lixiviación se practica en grandes cuencas que contienen hasta 12.000 toneladas de mineral. El procedimiento es similar a la de la lixiviación en botadero. En algunas operaciones de lixiviación en pilas, se colocan tubos en posiciones estratégicas dentro de los pilas, durante su construcción para proporcionar a las partes más profundas de la pila cantidades suficientes de oxígeno.

Procesos de una lixiviación en botadero y en pilas

Lixiviación subterránea Lixiviación subterránea se realiza generalmente en minas abandonadas. Las galerías son de mineral no explotado o de rellenos mineros. Los túneles son rociados o lavado a presión. El agua se acumula en los pozos y en las galerías más profundas, luego se bombea a una planta de procesamiento en la superficie. La utilización más conocida de este procedimiento es en la mina de uranio Stanrock en el lago Elliot en Ontario, Canadá. Depósitos de mineral que no pueden ser extraídos por métodos convencionales porque son demasiado bajo grado o porque son demasiado pequeñas pueden ser lixiviados in situ. Las soluciones que contienen las bacterias apropiadas se inyectan en pozos de sondeo en el yacimiento fracturado. Después de un tiempo suficiente para la reacción, el lixiviado es bombeado de pozos vecinos o recogidos en surcos. El procedimiento requiere la permeabilidad suficiente de la veta y la impermeabilidad de la roca de ganga de manera que cualquier filtración de la solución de lixiviación se impide.

Lixiviación en tanques Considerando los altos rendimientos en la extracción de metales por lixiviación sumergida, el cambio de tambores de agitación a biorreactores fue probado muy tempranamente. Se encontró que la lixiviación en tanques era más eficaz para el tratamiento de concentrados de mineral, más de 80% del zinc total fue extraído a partir de un concentrado de sulfuro de zinc. La lixiviación en tanques es más cara de construir y de operar que en botadero, en pilas, o en procesos de lixiviación in situ, pero la velocidad de extracción del metal es mucho más alta y en la actualidad esta técnica se utiliza con éxito para la biolixiviación de minerales de oro refractarios.

VII.

BIORRECUPERACIÓN DE METALES

Se puede realizar la recuperación de los metales presentes en las soluciones, así como el tratamiento de las aguas residuales. Existen muchos microorganismos con capacidad para realizar absorción o precipitación de metales.

Precipitación La precipitación de metales bajo la forma de sulfuros involucra el empleo de bacterias sulfato-reductoras para producir H2S, que tiene la capacidad de precipitar prácticamente la totalidad del metal contenido en una solución. Debemos hacer notar que el proceso se realiza en ausencia de oxígeno (anaerobiosis) en contraposición a la biooxidación de sulfuros, que requiere de oxígeno

Biosorción La habilidad de los microorganismos permite recuperar hasta el 100% de plomo, mercurio, zinc, cobre, níquel, cobalto, etc., a partir de soluciones diluidas. El empleo de hongos hace posible recuperar entre 96% y 98% de oro y plata. La biosorción de metales conduce a la acumulación de éstos en la biomasa. El mecanismo involucra a la pared celular. Por otro lado, el cobre puede ser recuperado a partir de óxidos, por hongos que producen ácidos orgánicos que forman complejos con el cobre.

Reducción La reducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal. En algunos casos la reducción es parcial, mientras que en otros, el ion metálico es reducido a su estado libreo metálico.

VIII.

APLICACIONES INDUSTRIALES

Durante los últimos 25 años, la biolixiviación de minerales ha tenido una apertura a nuevas oportunidades para metalurgia extractiva y biohidrometalurgia, ahora está siendo utilizada en la industria del cobre, uranio, especialmente en el tratamiento de minas de baja ley.

Cobre En la década de 1970 la mayor planta de lixiviación microbiana, que fue por lixiviación en botadero, fue la de Kennecott Copper Corporation en Bingham, Utah, EE.UU... El contenido de los botaderos almacenados allí se estimaron en más de 3.9*106 toneladas, cerca de 200 toneladas de cobre se recuperaban todos los días por biolixiviación. Torma sugirió que en ese momento hasta el 25% de la producción de cobre EE.UU. se recuperó por lixiviación bacteriana. Mientras tanto, Chile es el país del mundo con mayor producción de cobre, e incluso a 4200 sobre el nivel del mar (Quebrada Blanca), la biolixiviación está funcionando y producirá 75 000 toneladas de cobre al año. Se espera que en los próximos años, diferentes aplicaciones industriales de lixiviación bacteriana sean realizadas, produciendo 250.000 toneladas de cobre catódico por año que será igual a aproximadamente el 16% de la producción total de cobre presente en Chile.

Uranio La aplicación comercial de biolixiviación de uranio en minas de baja ley se ha practicado desde la década del ´60. La más conocida, es la lixiviación in situ en las minas de uranio bajo tierra en el distrito de Elliot Lake de Canadá, incluyendo las minas Stanrock, Milliken y Denison. En ese momento la producción anual de uranio de la mina Stanrock era de unos 50.000 kg de U3O8, mientras que 60000 kg de U3O8 se produjeron en la mina de Milliken después de la mejora de las condiciones de lixiviación. Al comienzo de los 80, se produjo una disminución en la producción de uranio. Con la presente reducción en la demanda mundial de uranio, los precios están a un nivel bajo y Denison Mines ha dejado de producir.

Oro Durante los últimos 10 años, el biotratamiento de minerales refractarios de oro, que contienen partículas de oro finamente diseminadas, asociados con minerales de sulfuro incluyendo arsenopirita, pirita y pirrotita, ha sido desarrollado para una aplicación industrial, varias operaciones de lixiviación en tanques se ejecutan en el sur de África, Brasil y Australia. Minerales refractarios de oro son recalcitrantes a los procesos de cianuración directa y la descomposición de la matriz de sulfuro de mineral es requerido antes de que el oro pueda ser extraído. Hay varios métodos tradicionales para el tratamiento de minerales refractarios, pero se encontró que la biolixiviación era una nueva alternativa, de baja energía. Sin pre-tratamiento generalmente menos de 50% del oro es recuperado por cianuración. Después de la biolixiviación, más de un 95% del oro se extrae en función de la composición mineral de la mena y de la extensión del tratamiento previo. La primera planta industrial comenzó en Fairview, Sudáfrica, en 1986. La capacidad de la planta se informa que es de 300 toneladas / mes de concentrado de pirita que contiene 100-150 g de Au / ton. Una planta biooxidación en Ghana, construida en 1994, tiene una capacidad de 720 toneladas de concentrado aurífero por día. Debido a que el precio del oro ha aumentado, muchas compañías minerales han comenzado a evaluar, en un segundo vistazo, los depósitos que antes se consideraban anti-económicos. Muchos de estos depósitos son refractarios y tienden a resistir la cianuración. La biolixiviación ofrece una nueva alternativa de bajo costo para la oxidación de estos minerales refractarios.

IX.

ASPECTOS FUTUROS

En la actualidad, la biolixiviación se está utilizando comercialmente sólo para la recuperación de cobre, uranio y oro. En el futuro, sin embargo, estos procesos serán importantes también para el zinc, níquel, cobalto y recuperación de molibdeno. Los costos de inversión y operación son mucho menores que para los procesos convencionales de pirometalúrgicos e hidrometalúrgica. La planta de procesamiento puede ser construida en la vecindad inmediata de la mena, generando un ahorro de costos de transporte. Los procedimientos no son complicados y son fáciles de controlar, amplio conocimiento técnico no es necesario. Esta tecnología debería ser de gran interés para los países en desarrollo. Además de los metales recuperados en la lixiviación, hay un creciente interés en los metales insolubles que quedan por ejemplo en los residuos de sulfuro de plomo.

X.

EJEMPLOS

Mecanismo Directo CuFeS2+ 9/2 O2+ H+ → Cu2++ 2 SO42-+ Fe3++ 1/2 H2O

Oxidación-biológica

Mecanismo indirecto completo CuFeS2+ 16Fe3+ + 8H2O → Cu2++ 2SO42-+ 17Fe2++ 16H+ Oxidación-química 17Fe2++ 17/4 O2+ 17H+ → 17Fe3++ 17/2 H2O

Oxidación-biológica

Mecanismo indirecto incompleto CuFeS2+ 4Fe3+ → Cu2++ 2Sº + 5Fe2+

Oxidación-química

5Fe2++ 5/4 O2+ 5H+ → 5Fe3++ 5/2 H2O

Oxidación-biológica

2Sº + 3 O2+ 2H2O → 2H2SO4

Oxidación-biológica

XI.

COMPARACIÓN CON OTRAS TÉCNICAS DE EXTRACCIÓN

Otros métodos implican muchos pasos costosos tales como tostación y fundición, que requieren una concentración suficiente de elementos minerales y son ambientalmente hostiles. Las bajas concentraciones no son un problema para las bacterias, ya que simplemente ignoran los residuos que rodea a los metales, generando rendimientos de extracción de más del 90% en algunos casos. Estos microorganismos realmente ganan energía al descomponer los minerales en sus elementos constitutivos. La compañía simplemente recoge los iones de la solución después de que las bacterias han terminado. Existe una cantidad limitada de minerales

Bacterias asociadas a la lixiviación de minerales

Proceso de la biolixiviación

XII.

VENTAJAS

Algunas de las ventajas asociadas con la biolixiviación 

Económica: la biolixiviación es, en general, más simple y, por lo tanto, más económica, para operar y mantener que los procesos tradicionales, ya que se necesitan menos especialistas para operar plantas químicas complejas.



Ambiental: El proceso es más respetuoso con el medio ambiente que los métodos tradicionales de extracción. Para la empresa esto puede traducirse en beneficios, ya que la necesaria limitación de las emisiones de dióxido de azufre durante la fundición es cara. Se produce menos daño al paisaje, ya que las bacterias implicadas crecen de forma natural, y la mina y sus alrededores se pueden dejar relativamente intactos.



Polución: ausencia de polvos dañinos, tanto para la salud como para el medio ambiente.



Permite un tratamiento creciente de stock de minerales de baja ley, que no pueden ser económicamente procesados por otros métodos.



Concentración de mineral: la biolixiviación puede extraer metales a partir de minerales que son pobres en ley, para otras tecnologías. Se puede utilizar para reemplazar parcialmente la trituración y molienda extensa que se traduce en un costo prohibitivo y el consumo de energía en un proceso convencional.

XIII.

DESVENTAJAS

Algunas de las desventajas asociadas con la biolixiviación son: 

Anti-económico por tiempo de exposición: el proceso de lixiviación bacteriana es muy lenta en comparación con la fundición. Esto hace que en menos beneficios, así como la introducción de un retraso significativo en el flujo de caja para las nuevas instalaciones.



Daño del medio ambiente: productos químicos tóxicos a veces se producen en el proceso. Ácido sulfúrico y H + iones formado pueden filtrarse en el suelo y las aguas superficiales convirtiéndose en ácido, causando daños al medio ambiente. Iones pesados como el hierro, zinc, arsénico y fugas durante el drenaje ácido de las minas. Cuando el pH de esta solución se eleva, como resultado de la dilución por el agua dulce, estos iones se precipitan, formando la contaminación llamada "Yellow Boy". Por estas razones, la configuración de biolixiviación debe ser cuidadosamente planeada, ya que el proceso puede llevar al fracaso de la bioseguridad.

Actualmente es más económico fundir el mineral de cobre en lugar de utilizar la biolixiviación, ya que la concentración de cobre en el mineral es generalmente bastante alta. El beneficio derivado de la velocidad y el rendimiento de fundición justifica su costo. Sin embargo, la concentración de oro en el mineral es generalmente muy bajo. El costo más barato de lixiviación bacteriana en este caso es mayor que el tiempo que se necesita para extraer el metal

Planta de biolixiviación (la zona azul son las piletas de biolixiviación)

XIV.

CONCLUSIONES

XV.

BIBLIOGRAFIA

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