Universidad San Martín de Panamá

Escuela de Biotecnología

Impacto y repercusiones de la biotecnología en la

minería a nivel latinoamericano en la aplicación de

la biolixiviación como herramienta de la biomineria.

Presentado por:

Thiago Enrique Vial Campis

Cédula: 8-805-2239

República de Panamá

Mayo, 2011

“En los momentos de crisis, sólo la imaginación es más importante que

el conocimiento.”

Albert Einstein

ÍNDICE

1. Antecedentes

2. Introducción

2.1 Biominería

3. Minerales cupríferos

3.1 Recursos y reservas minerales de cobre

3.2 Proceso productivo del cobre

4. Biotecnología en el proceso productivo del cobre

5. Minerales sulfurados

6. Características de la tecnología de biolixiviación

6.1 Definición de biolixiviación

6.2 Características de los microorganismos utilizados

6.2.1 Características de los microorganismos utilizados

6.2.2 Diversidad de microorganismos en un sistema de biolixiviación

6.2.2.1. Bacterias lixiviantes de minerales.

6.2.2.2. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales

6.2.2.3. 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 microorganismos

6.2.4 Factores que afectan el desarrollo bacteriano.

7. Mecanismos

7.1 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 biolixiviación

8.1 Ventajas y desventajas de su aplicación

8.2 Procesos basados en el riego

8.2.1 Biolixiviación en pilas

8.2.2 Biolixiviación en botaderos

8.2.3 Biolixiviación in situ

8.3 Procesos basados en la agitación

8.3.1 Biolixiviación en tanques agitados

9. Aplicación de la biolixiviación

9.1 Desarrollo de la región latinoamericana

9.2 Investigación y desarrollo

9.2.1 Patentes y marcas

9.2.2 Investigación

10. Conclusiones y recomendaciones

11. Bibliografía

12. Anexos

12.1 Glosario

ÍNDICE DE FIGURAS Y ESQUEMAS

Figuras

2.1. a. Proceso de extracción del cobre por pirometalurgia.

2.1. b. Acidithiobacillus ferrooxidans

5. El proceso de la hidrometalurgia.

6.2.1. Colonia de Acidithiobacillus ferrooxidans

6.2.2.1 Thiobacillus thiooxidans

7.2 a Thiobacillus adherida a una zona de concentración de azufre.

7.2 b Actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita

8.2.1 Etapas del proceso de biolixiviación en pilas.

8.2.2 Biolixiviación en botaderos

8.2.3 biolixiviación in situ

8.3 Biolixiviación in situ

Esquemas

6.2.2.2. Condiciones de crecimiento para el cultivo de Thiobacillus ferrooxidans

y archeabacterias adaptables al mineral sulfurado concentrado refractario.

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1. Antecedentes

A finales del siglo XIX S. Winogradsky describió un grupo de bacterias de

diversos ambientes: suelo, agua y mina, que crecen por oxidación de minerales

con azufre, hierro, cobre, cobalto, níquel y otros metales, lo que además

asimilan el CO2 y/o carbonatos como fuente de carbono. Por este tipo

de metabolismo bioquímico les definió como "bacterias quimiolitotróficas y

postuló que la energía derivada de la oxidación del ión ferroso a férrico sirve

para su crecimiento y asimilación de CO2" (Sánchez-Yáñez y col., 2000; Harvey

y Crundwell, 1997). A finales de 1979 se les conocían como bacterias

autotróficas del hierro, entonces sólo se describían dos géneros: Ferrobacillus y

las especies F. ferrooxidans y F. sulfooxidans y Thiobacillus Thioxidans, está

última se aisló de un suelo pobre en materia orgánica y en agua de mina;

(Lindstrom y col., 1992; Olson, 1991). La lixiviación bacteriana (LB) es

una estrategia biológica que se emplea para la concentración y extracción de

metales de minerales sulfurados refractarios de baja ley ó SMBL (Álvarez

y Jerez, 1990; Janssrn y col., 1996).

En hidrometalurgía la LB es sencilla, barata y ecológica, sus productos no

contaminan el ambiente (Navarrete y col., 2001). Una de sus principales

ventajas es la económica, al aprovechar menas de minerales sulfurados

metálicos de baja ley (SMBL), considerados así porque la concentración del

metal de interés es mínima (10mg/ton del mineral) y porque la extracción

por métodos químicos tradicionales no es rentable, por ello no se explotan a

pesar de que contienen oro, plata, cobre y metales radiactivos: uranio, radio,

etc. (Ballesteros y col., 2001; Fowler y Crundwell, 1998).

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El primer informe sobre la LB de SMBL, se publicó en 1922 con una bacteria

quimiolitotrofica desconocida, está investigación describió una forma biológica

de extracción de metales como alternativa barata para la explotación de SMBL,

durante 30 años este informe se ignoró hasta el redescubrimiento

T. ferrooxidans tolerante a alta concentración de metales pesados (g L-1): 10 de

zinc, 72 de níquel, 30 de cobalto, 55 de cobre y hasta 160 de hierro

fundamental en el incremento del costo de fundición de minerales, la que

obliga 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 de

minerales: lixiviación química en autoclave, tostación de sulfuros y LB. En base

al 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 la

separación de estos metales.

La lixiviación de sulfuros en autoclave (proceso Sherrit-Gordón), se realiza a

elevada temperatura y presión del oxígeno para la oxidación y solubilización del

azufre y su eliminación, como la variante de Homestake en Nevada, E.U.A. Por

esta técnica el producto de autoclave, es una solución ácida en la que los

metales del mineral son solubles. En tanto un lodo atrapa las especies inertes

como arcillas y sílice, en la siguiente etapa; la cianuración se aplica para

separar: plomo, cobre y zinc, la técnica se usa en yacimientos de minas de oro

con o sin concentración de sulfuros, la desventaja de este tratamiento es el

alto consumo de oxígeno proporcional a la concentración de azufre en el

mineral además los metales de los minerales deben ser resistentes a

la corrosión (Sand y col., 1993; Sugio y col., 1990).

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La tostación es un proceso industrial para la conversión de sulfuros en sulfatos

solubles en solución ácida acuosa, que permite cianuración normal, después

del lavado de residuos. No obstante la tostación genera dióxido de azufre (SO2),

no recuperable en pequeña o mediana escala, que contamina el ambiente por

ello 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 en

agua de minas. En 1947 cuando T. ferrooxidans se aisló por primera vez del

drenaje 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 Río

Tinto, hasta 1970 se confirmó que esto fue derivado de la actividad de

Thiobacillus sobre el SMBL (Lindstrom y col., 1993; 1992; Suzuki y col., 1990).

Cuando la microbiología avanzó, se reportó que Thiobacillus como es clave en la

recuperación de metales de valor comercial a partir de SMBL. Por ello existen

patentes 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 es

también una de las actividades industriales que mayor incidencia provoca

sobre el medio ambiente y la calidad de vida de las personas que habitan en las

zonas aledañas a una explotación. Con el fin de mitigar este impacto, se aboga

por 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 tomada

en cuenta. La idea es utilizar microorganismos en los diferentes aspectos de la

explotación de los minerales.

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El proceso de tratamiento de los metales abarca desde la concentración de las

especies de interés (a través de la bioflotación), pasando por la recuperación de

los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción

en tareas de remediación ambiental.

Este avance tecnológico y ecológico propuesto gracias a la biotecnología viene

a acompañar la creciente resistencia popular a la instalación de minas

contaminantes, como fue el caso de los habitantes de varios países

latinoamericanos en contra de la explotación de oro en la región. Del otro lado,

las empresas solían argumentar que estudios de riesgo ambiental y la

aplicación de métodos preventivos o remediadores de las emisiones, desechos y

residuos, solían encarecer sustancialmente las operaciones, hasta hacerlas

inviables en muchos casos.

2.1 Biominería

El término se empezó a usar, en torno de uno de los metales cuyo uso

intensivo por la humanidad lleva más de 4000 años: el cobre, que tiene

múltiples aplicaciones, como la de ser conductor eléctrico. Este metal, debido a

su uso intensivo durante tantos años, pocas veces se encuentra en la

naturaleza bajo forma metálica; en general se lo localiza como parte de

diferentes minerales, como aquellos a los cuales está asociado el azufre

(sulfuros).

La explotación clásica de este tipo de minerales se realiza a través de la

pirometalurgia donde el mineral es tostado a altas temperaturas y

posteriormente reducido al metal (Fig.2.1.a). Esta metodología no sólo es

inviable económicamente para minerales con bajo contenido en metal, sino que

es altamente contaminante, ya que libera enormes cantidades de dióxido de

azufre, que es uno de los gases involucrados en la llamada "lluvia ácida".

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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 soluciones

acuosas capaces de extraer el metal de los minerales -lixiviar- es claramente

preferible 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

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biohidrometalurgia ya que se aislaron microorganismos cuya presencia se

mostró esencial para que el proceso de recuperación de cobre fuera eficaz.

En los primeros tiempos, una bacteria aeróbica llamada Acidithiobacillus

ferrooxidans (fig.2.1.b) fue identificada como la responsable de la actividad

lixiviante. El mecanismo de acción bacteriana consiste básicamente en

transformar sulfuros, que no se solubilizan en medios acuosos, en sulfatos que

se disuelven fácilmente en soluciones acuosas. La capacidad de aquella

bacteria para crecer en presencia de ácidos y de altísimas concentraciones de

metales, sumado a que no necesita fuentes orgánicas para procurarse carbono

y que crece a temperaturas moderadas, la hace ideal para los procesos de

recuperación de metales a partir de minerales.

Fuente: L.G. Leduc

Figura 2.1.b Acidithiobacillus ferrooxidans

Con el advenimiento de las nuevas técnicas de la biología molecular, se ha

comprobado que existen varias decenas de otras bacterias y de arqueas

asociadas al proceso en el cual interviene el Acidithiobacillus ferrooxidans. Por

este 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 mineral

previamente triturado) con soluciones de ácido sulfúrico; las bacterias

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existentes en los minerales liberan al metal del mineral que finalmente es

recuperado a partir de las soluciones que emergen de la parte inferior de la

pila.

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 el

30 por ciento por biolixiviación (CIMM, 2010). De todos modos, la más

importante aplicación comercial de la biominería es la biooxidación. Este

proceso es aplicable a minerales refractarios de oro en los cuales éste se

encuentra incluido dentro de una matriz mineral de sulfuros, lo cual dificulta

su posterior recuperación.

La acción de las bacterias elimina esta matriz liberando al oro y haciendo así

más eficaz su recuperación y con una marcada disminución del gasto en

cianuro que, en caso contrario, es consumido por hierro y cobre que suelen

estar presentes en la matriz de sulfuros. "La biooxidación se realiza

frecuentemente en grandes tanques agitados a los cuales se agregan los

microorganismos, las soluciones acuosas, con un mínimo de sales requeridas

por los microorganismos, y el mineral. Posteriormente, el mineral es expuesto a

cianuraciones para lixiviar el oro", explicó Donati.

Los procesos biológicos que en conjunto se denominan biorremediación, son de

variada naturaleza; los más relevantes son la bioprecipitación -formación de

compuestos no solubles entre metales y metabolitos generados por ciertos

microorganismos- y liosorción -retención de los metales a diferentes partes de

los microorganismos a través de diferentes fenómenos.

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Obviamente, también pueden utilizarse para el tratamiento de contaminaciones

con metales generados en otros procesos industriales. Donati concluye

observando que, en forma simultánea o independiente a la biorremediación, es

posible utilizar plantas para la estabilización o la extracción de metales desde

suelos contaminados, tecnología conocida como fitorremediación.

3. Minerales cupríferos

La complejidad de los procesos geológicos que ocurren en la corteza

terrestre, hacen que la distribución de los elementos químicos sea heterogénea,

generando su enriquecimiento o empobrecimiento. Estos fenómenos pueden

originar la concentración selectiva de ciertos elementos en determinadas zonas,

con valores que superan la media respecto a la distribución normal de los

elementos en la corteza terrestre. A estas zonas de concentración se les conoce

como yacimientos de mineral.

El origen de los yacimientos de cobre se asocia al magma que asciende

introduciéndose en las capas superiores de la corteza, en forma de intrusivos.

Este ascenso se relaciona a los diferentes fenómenos que han ocurrido en la

corteza desde millones de años atrás, como el fluido de aguas termales y el

movimiento de la placa oceánica –Nazca- bajo la continental –Sudamericana-. A

partir de estos procesos geológicos se irán formando dos tipos de material

mineralizado para los yacimientos de cobre: los sulfuros y los óxidos.

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Inicialmente los minerales se encuentran como sulfuros en las capas

profundas de la corteza, al ascender, y debido a la acción del oxígeno

atmosférico, se produce una oxidación de estas especies, formando una capa

de mineral oxidado, lo que explica que este mineral se encuentre a un nivel

más superficial que los sulfurados.

Bajo la capa de mineral oxidado se encuentra una zona llamada secundaria o

Supérgeno, donde los minerales sulfurados han sido alterados por efecto de la

circulación de aguas superficiales, lo que produce la disolución de algunos

minerales, generando a la vez el enriquecimiento de sulfuros y con ello el

aumento del contenido de cobre. La zona más profunda del yacimiento donde

se preservan las características de su formación original, se ubica por debajo

de la zona secundaria y se llama zona primaria de sulfuros o hipógena. Los

minerales asociados a estas zonas se llaman minerales secundarios y primarios

respectivamente de este modo, el cobre se encuentra asociado

mayoritariamente a minerales sulfurados, y en una menor parte a minerales

oxidados. Para su extracción desde los minerales que lo contienen y, debido a

que los minerales sulfurados y oxidados tienen características distintas, se

requieren procesos productivos diferentes.

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3.1 Recursos y reservas minerales de cobre

La explotación del cobre en Latinoamerica comenzó desde tiempos

inmemorables, pero siempre a pequeña escala. La explotación más industrial

comenzó con la llegada del siglo XIX, estimulada por la apertura de la

economía intercontinental debido a los avances de la Revolución Industrial.

La producción de cobre se había basado hasta entonces, sólo en el

procesamiento de minerales con una ley alta de corte, y los minerales bajo esta

ley eran acumulados cerca de los yacimientos, al igual que los residuos de

flotación o relaves.

Estos recursos minerales, debido a las grandes cantidades acumuladas junto

con su contenido de cobre, comenzaron a ser considerados como una

alternativa atractiva de reservas minerales las que podían ser aprovechadas

económicamente.

En el caso de los sulfuros de cobre, la existencia de importantes recursos de

baja ley, remanentes de la explotación de minerales más ricos, sumado a los

primeros indicios de agotamiento de las reservas minerales oxidadas, impulsó a

los investigadores a buscar técnicas rentables y eficientes de recuperación del

cobre. Esto los llevó a encontrar que ciertas bacterias catalizaban 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 es de baja ley o tiene menos de un 0,5% de cobre,

situación en la que el proceso productivo tradicional de pirometalurgia deja de

ser rentable, y se buscan nuevos procesos, más baratos y eficientes. (CIMM,

2005).

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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 la

recuperación de cobre a partir de minerales oxidados y sulfurados. Sin

embrago, 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.

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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.

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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 sistemas

biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación

de productos o procesos, para usos específicos” (CNDBT, 2003b).

La Biotecnología presenta la ventaja de ser una tecnología específica que

permite elegir el campo de aplicación más apropiado a las necesidades y

requerimientos del país. Así en el sector minero, la aplicación biotecnológica

con más inmediata utilidad es el trabajo con bacterias que participan en la

biolixiviación de minerales con contenido de cobre. (CNDBT, 2003)

La rama de la biotecnología que busca el estudio y la aplicación del potencial

Económico, 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 metales

por tecnologías de biolixiviación; y la neutralización y purificación de aguas

provenientes de los procesos mineros por medio de tecnologías de

bioremediación. El objeto de este estudio es el campo de la recuperación de

metales, por ello solo será analizada la tecnología de biolixiviación.

La palabra biohidrometalurgia significa: “bio” porque usa microorganismos

como bacterias y arqueas, “hidro” por llevarse a cabo en medio acuoso y

metalurgia que es la ciencias que se ocupa de la producción de metales y el

tratamiento de materiales y soluciones que contengan metales.

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5. Minerales sulfurados

En el caso de minerales sulfurados se realiza explotación subterránea

por la profundidad de los yacimientos y también a rajo abierto para los

minerales que se encuentran más cercanos a la superficie. Al igual que para

los minerales oxidados, se hacen varias etapas de chancado y además la etapa

de molienda donde se reduce el tamaño de las partículas de mineral hasta un

máximo de 0,18 mm. El menor tamaño de mineral para los sulfurados se debe

a que las partículas deben ser livianas para el proceso de flotación. En la

flotación se logra separar el cobre de la ganga, al agregar reactivos que

favorecen la adherencia del cobre a burbujas de aire que emergen desde el

fondo de una piscina de flotación y la rebasan para luego ser recuperado y

secado, antes de ser llevado a la fundición.

La fundición es un proceso pirometalurgico, en el que el concentrado de cobre

pasa del estado sólido al líquido en hornos a 1.200°C, provocando que los

elementos más livianos queden en la parte superior del fundido – llamado

escoria-, y los pesados como el cobre, se concentren en la base. De la fundición

se obtienen ánodos de cobre, que son refinados o purificados por un proceso de

electrorrefinación en el que se aplica corriente eléctrica. Se utilizan ánodos de

cobre que son consumidos en la reacción, por lo que deben ser repuestos

constantemente y cátodos de cobre puro reutilizables, sobre los que se forman

los nuevos cátodos de alta pureza (Víves, H. 2009).

En la actualidad, la hidrometalurgia (fig.5) es aplicada a ambos minerales. El

inconveniente es que para los minerales sulfurados la cinética de disolución es

mucho más lenta que la de minerales oxidados. Por lo tanto, no basta sólo una

solución ácida para lograr su disolución, por fuerte que ésta sea, sino que

también se requiere un catalizador de la reacción, rol que asumen las bacterias

al aplicar la biotecnología para la extracción del cobre, en un proceso llamado

biolixiviación.

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Fuente: UNCTAD

Figura 5. El proceso de la hidrometalurgia.

6. Características de la tecnología de biolixiviación

6.1 Definición de biolixiviación

La biolixiviación es un proceso en el cual se emplean microorganismos para

disolver los minerales, liberando un metal de valor presente en un mineral o en un

concentrado, que con métodos convencionales sería muy difícil de extraer. La

biolixiviación es el proceso convencional de lixiviación, catalizado biológicamente

pero aplicado a los minerales sulfurados, ante la necesidad de aumentar la

cinética de su disolución. De esta manera la biolixiviación es un proceso químico,

mediado por el agua y oxígeno atmosférico y un proceso biológico, mediado por

microorganismos.

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La biolixiviación generalmente se refiere a la tecnología de biominería aplicada

a metales base. Los metales base son los metales relativamente fáciles de

oxidar o corroer y en el área industrial se refiere a los metales no-ferrosos, que

incluye prácticamente a todos los metales a excepción del mismo hierro y su

aleación, el acero. 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, que recibe el nombre de biooxidación.

La tecnología de biolixiviación también ha sido probada en laboratorios para

sulfuros de cobalto, galio, molibdeno, níquel, zinc y plomo (Brierley J.A.,

2001).

6.2 Características de los microorganismos utilizados

6.2.1 Características de los microorganismos utilizados

Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación son

generalmente autrótofas, aeróbicas y quimiosintéticas. Esta última

característica, las hace capaces de oxidar minerales para producir el ión férrico

y ácido sulfúrico, necesarios para las reacciones de biolixiviación. El ión férrico,

es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los minerales de sulfuro

de cobre a sulfato de cobre que es soluble. Debido a esto, también se les llama

microorganismos sulfo y ferro-oxidantes.

Su capacidad autótrofa les permite sintetizar sus componentes celulares a

partir de compuestos inorgánicos, como la fijación del CO2 de la atmósfera. Se

alimentan de los minerales de los que obtienen energía y realizan esta tarea

como parte de sus procesos metabólicos. También se caracterizan por ser

organismos que viven en condiciones extremofilas.

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Son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su

metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su

nutrición no necesitan de otros seres vivos.

Todas estas características les confieren la clasificación de bacterias y arqueas

Quimilitoautotróficas ferro-sulfo oxidantes. Uno de sus principales exponentes

es la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, aislada por primera vez desde las

aguas 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 primera

bacteria identificada capaz de lixiviar el cobre.

La Acidithiobacillus ferrooxidans (Fig.6.2.1), ha sido la bacteria más estudiada

para biolixiviación y por consiguiente de la que existe mayor información, sin

embargo existen otros microorganismos identificados que solubilizan minerales

sulfurados.

Fuente: www.blogodisea.com

Figura 6.2.1. Colonia de Acidithiobacillus ferrooxidans

24

6.2.2 Diversidad de microorganismos en un sistema de biolixiviación

En los ambientes naturales asociados a la minería, es posible encontrar

una variedad de microorganismos como bacterias y arqueas, pero en su

mayoría bacterias, cuya población se encuentra fuertemente influenciada por

la 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 esta

situación es posible encontrar bacterias de las especies Acidithiobacillus

ferroxidans (A.f.), Acidithiobacillus Thioxidans (A.t.) y Leptobacillus ferroxidans

(L.f) que son las más prevalentes. Respecto a los nutrientes, en un medio con

ión 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 mineral

biolixiviado, por lo que las condiciones óptimas de operación podrían no ser

exactamente las mismas para todos los recursos mineros, para ello es

importante conocer su composición mineralógica (Vásquez, L. M., 1997).

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. Así por

ejemplo los compuestos que no son oxidados por una especie, pueden ser

oxidados por la otra, evitando una acumulación que podría resultar tóxica.

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6.2.2.1. Bacterias lixiviantes de minerales.

T. thiooxidans (Fig.6.2.2.1) es una bacteria Gram negativa

quimiolitotrofica obligada, cosmopolita. Existe información sobre técnicas de

aislamiento e identificación (Brigmon y col, 1995). Además su potencial en

biohidrometalurgía para la extracción de minerales de: cobre, oro, plata, uranio

y radio, se limita por inhibición por metales que lixivia (Goebel y Stckebrandt,

1994; Bronwyn y col, 2000). Otras especies de Thiobacillus son sensibles a la

acidez como T. thioparus y T. novellus no oxidan azufre elemental, pero si sus

sales 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 Thiobacillus thiooxidans

T. denitrificans crece en anaerobiosis con nitrato como aceptor final de

electrones. T. ferrooxidans oxida sales de azufre con hierro, T. novellus es

quimiolitotroficó 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).

26

6.2.2.2. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales

Las técnicas de aislamiento para Thiobacillus y

las herramientas moleculares revelan su distribución en ambientes de mina y

suelo. Existen otros procariotes que lixivian SMBL, investigación "in situ" en

minas para extracción de oro generan resultados similares Thiobacillus

(Kanishi y Sataru, 1992), estas bacterias nativas de minas, toleran

concentraciones subletales del metal que lixivian, de esa forma aumentan el

rendimiento del metal que se extrae sin elevar el costo del proceso, es

ambientalmenteseguro, investigación sobre la ecología de éstas bacterias las

clasifica en base a su temperatura de lixiviación de SMBL. Se reporta que

bacterias termófilas y mesófilas lixivian minerales "in situ" en minas para la

extracción oro en Sudáfrica (Lovley, 2000; Olson, 1991). De la naturaleza es

posible aislar archeabacteria hipertermofilas y adaptadas a elevada

temperatura para la LB de SMBL con cobre, plata y oro, y aquellas bacterias

empleadas donde la temperatura es un factor limitante para la extracción de

metales (Golovacheva et al, 1992).

El siguiente esquema (Esq.6.2.2.2) muestra las principales características

fisiológicas y bioquímicas de Thiobacillus requeridas para su explotación

(Lópezarchilla y Amils, 19943), T. ferrooxidans crece por oxidación de ión

ferroso y azufre inorgánico forma sulfato como producto derivado del ácido

sulfúrico y asimila CO2 como fuente de carbono, su morfología es semejante a

T. thiooxidans, no oxida el ión ferroso, ni lixivia SMBL insolubles.

Las variables fisiológicas del cuadro 1 se adaptan para optimizar la actividad

lixiviante de T. ferrooxidans en función del mineral (Lloyd y Macaskie, 2000).

27

Esquema 6.2.2.2. Condiciones de crecimiento para el cultivo de

Thiobacillus ferrooxidans y archeabacterias adaptables al mineral

sulfurado concentrado refractario.

Variable Valor recomendado

Temperatura

Potencial de hidrógeno (pH)

Eh

Concentración del ión ferroso

(Fe2+)

Concentración sulfuro metálico

(%)

Densidad de inóculo bacteriano

Fuente de Nitrógeno (N)

Fuente de Carbono (C)

Fuente de Oxígeno

Fuente de energía y/ó azufre

35o C, 100° C*

2.3

-500 mV

10 g-1

10-25

5-7 % (v/v)

(NH4)2SO4 3.0 g-1 (p/v), inclusive N2

(molecular)

CO2 0.2% (v/v), inclusive carbonatos.

O2 intensivo.

Azufre mineral, con tamaño menor que 32

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 de

compuestos reducidos de azufre, que incluye el ión ferroso soluble y cobre

(Mossman et al., 1999).

28

6.2.2.4. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus.

T. ferrooxidans fija de dióxido de carbono o carbonatos, para suplir

su demanda de carbono, común en quimiolitotroficos por inyección

de aire para proveer de CO2 y O2. La demanda de nitrógeno se satisface con N o

con formas reducidas de N como amonio y/o nitratos incluye N2 (Harvey y

Crundwell, 1997; Suzuki et al., 1990).

6.2.3 Cultivo de microorganismos

Bacterias y arqueas, son organismos “procariontes” o carentes de núcleo

y unicelulares, pero con diferencias tan fundamentales a nivel molecular, que

se clasifican en grupos distintos.

El remanente de la explotación del mineral de mayor ley y los relaves de

flotación quedan cerca de los yacimientos, expuestos a las condiciones

ambientales, lo que crea un ambiente propicio para el desarrollo de

microorganismos. De los drenajes ácidos que se generan naturalmente, se

puede aislar microorganismos para su cultivo en laboratorio ya sea una especie

en particular o una comunidad. Sin embargo, existe consenso en que los

métodos que utilizan cultivo son inadecuados para estudiar la composición

microbiana de una comunidad, pues solo permiten observar una pequeña

fracción de los microorganismos que crecen en el sistema natural. El cambio de

medio distinto al original, hace que los cultivos sean selectivos y con ello se

subestime el número y variedad de microorganismos de una muestra (Vasquez,

L. M., 1997).

29

Para estudiar los microorganismos presentes en el medio natural, últimamente

se ha optado por el análisis de ADN extraído directamente del sistema, lo que

es independiente de la facultad del microorganismo para crecer en un medio de

cultivo (Vasquez, L. M., 1997). Tarea que se ve facilitada por la existencia y

disponibilidad del secuenciamiento del código genético de las especies

bacterianas 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 el

rendimiento de la extracción de metales por biolixiviación. El control de estos

factores es muy importante para asegurar las condiciones óptimas de pH,

humedad, temperatura, nutrientes, fuentes de energía que deben existir junto

con la ausencia de inhibidores, que permitan obtener el máximo rendimiento

de cobre.

Los factores que influyen en la respuesta de los microorganismos encargados

de 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.

30

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.

31

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.

32

7. Mecanismos

7.1 Extracción de metales por lixiviación bacteriana.

Los metales se liberan del mineral por solubilización con el ácido

sulfúrico derivado de la oxidación del azufre en la membrana Thiobacillus, al

igual que la del hierro, al igual que en los minerales de uranio que existen

como óxidos insolubles aunque no se sabe a detalle el mecanismo de la LB; el

uranio se asocia a pirita y se disuelve por actividad indirecta de Thiobacillus al

formar sulfato férrico, como se expresa en la siguiente ecuación. El sulfato de

uranio se recupera de la solución lixiviante por intercambio iónico o con

solventes orgánicos (Tuovinen et al., 1991).

Bacteria

UO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4

7.2 Mecanismo directo de biolixiviación bacteriana por Thiobacillus.

Existen bacterias quimiolitotróficas oxidan directamente minerales

sulfurados concentrados. Investigación por microscopio electrónica de

transmisión y barrido revela que estas bacterias se adhieren a la zona de

concentración del azufre (Fig.7.2 a) para usarlo como fuente de energía y

generan el MPS con el que se asegura la unión física cápsula-mineral para la

oxidación del azufre inorgánico que produce el ácido sulfúrico, en consecuencia

se causa la solubilización del metal del mineral y la desintegración de

su estructura cristalina. (Mossman et al., 1999).

33

Estas observaciones al microscopio electrónico probaron que Thiobacillus

disuelve la superficie del cristal del mineral en la zona de concentración del

azufre. Se sabe que la naturaleza química de cápsula de Thiobacillus es clave

cuando atacan SMBL pues durante está acción se sucede simultáneamente la

oxidación del hierro y el azufre. Se sabe que Thiobacillus oxida hidróxidos

metálicos mediante dos mecanismos para solubilizar el mineral sulfurado de

baja ley. Una implica el ciclo férrico-ferroso o mecanismo indirecto. La otra

depende del contacto físico bacteria-cristal del mineral independiente del ciclo

férrico-ferroso. Los SMBL se solubilizan por la oxidación de Thiobacillus en

ausencia 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 y

el hierro reducido ello facilita la lixiviación del metal de interés. Se reporta que

Thiobacillus detecta el lugar exacto de oxidación y por quimiotaxis se dirige a

ese sitio donde se concentra el azufre del mineral. Por la oxidación del sulfuro

causa perforaciones en la superficie del cristal del SMBL cuya profundidad

depende del mineral y varia de acuerdo con su composición química.

34

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 sulfúrico

derivado 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 explica

en las siguientes reacciones:

FeS2 + 3½ 02 + H20 FeS04 + H2SO4

Bacteria

2FesO4 + ½ 02 + H2SO4 Fe(SO4)3 + H20

FeS2 + 302 +2H2O 2H2SO4 + 2S

Bacteria

2S + 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

35

Mientras que la actividad quimiolitotrofica de Thiobacillus sobre la calcopirita

se expresa:

Bacteria

2CuFeS2 +8 ½ O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe(S04) + H2O

CuFeS2 + 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). Se

conoce el papel catalítico de Thiobacillus en está transformación del SMBL. La

actividad de los metabolitos derivados de la oxidación del azufre requiere un

número 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 básicos

en 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). En

general se reporta que el ión férrico sólo ó en mezcla es la especie química de la

lixiviación de SMBL por Thiobacillus. El ión férrico influye indirectamente actúa

sobre SMBL. Las reacciones siguientes representan el mecanismo en fases

aeróbica/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

36

Cuando Thiobacillus oxida el ión ferroso a férrico es cíclico por: 1) la interacción

del ión férrico con SMBL y 2) Por regeneración del ión férrico a ferroso por el

ácido sulfúrico liberado, disminuye el pH el ión férrico se reduce a ión ferroso

para mantener el ciclo en acidez extrema (Fowler y Crundwell, 1998).

7.4 Lixiviación Bacteriana de CuFeS2.

Thiobacillus lixivia directa e indirectamente minerales por reducción de

ión férrico. Normalmente ambos fenómenos son simultáneos en la naturaleza.

De los minerales los de cobre la calcopirita se lixivia biológicamente. Se reporta

que T. ferrooxidans oxida cobre monovalente el hierro y el azufre. La bacteria

oxida directamente estos elementos que son parte de la calcopirita con valencia

reducida con hierro ferroso o sulfato ferroso. Thiobacillus oxida hierro ferroso y

azufre elemental, durante la fase inicial de la oxidación consume sulfato y el

pH aumenta lo que provoca la precipitación del sulfato férrico y las sales de

cobre como la anterita.

El sulfato férrico se disocia en una reacción lenta secundaria el hierro forma

compuestos como la jarosita con la regeneración del sulfato de acuerdo con la

siguiente reacción:

2Fe2(SO4) + 12H2O 4Fe(OH)3 + 6H2SO4

37

La lixiviación de calcopirita por T. ferrooxidans para lixiviar cobre en columna

es pobre en condición estática con una recuperación del 25% en 60 días, un

40% en 70 días, del 60% en 470 días. Amaro recobro un 45% de cobre de

calcolpirita en condición estática, en agitación se recuperó 35% en 33 días, del

72% 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 oxigenación

continua lo, que muestra que una elevada tensión de oxigeno en el bioreactor

es necesaria para máxima extracción de metales (Amaro y col, 1994).

8. Tecnologías de Biolixiviación

Las diferencias entre las tecnologías de biolixiviación dependen del lugar

de aplicación, la metodología ocupada, la ley de cobre y el tamaño de partícula

del mineral, principalmente. Una categorización amplia según Brierley (2008),

es la separación de las tecnologías según el método en que se basan para hacer

la lixiviación. En este como los procesos de lixiviación basados en el riego y los

basados en la agitación.

8.1 Ventajas y desventajas de su aplicación

El uso de estas especies de bacterias a nivel industrial está asociado

directamente a su capacidad de crecimiento en medio ácido (carácter acidófilo),

a los escasos requerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios, debido

a que no requieren fuentes orgánicas de energía ni mantenimiento de

temperaturas elevadas.

38

Otras ventajas de la tecnología microbiana sobre los métodos convencionales

son:

- Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a

partir de aguas ácidas de minas.

- Presenta bajos costos en las operaciones biohidrometalúrgicas, en

comparación con los procesos convencionales.

- 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 ahorrar en tecnología de abatimiento, como sistemas o chimeneas de

alto costo, al bajar los índices de azufre y arsénico asociados a hornos de

fundición.

- Permite el tratamiento de los recursos y reservas crecientes de minerales con

baja ley de cobre que no pueden ser económicamente procesados por los

métodos tradicionales.

- Se pueden tratar concentrados que contengan altos niveles de metales con

efectos negativos para la fundición de cobre como de zinc.

- La acción de las bacterias permite lixiviar los minerales sulfurados a

temperatura y presión ambiente en la presencia de oxígeno, obtenido del aire.

39

- Durante el proceso se genera parte del ácido y el calor requeridos en la

lixiviación. El ácido se genera como producto de las reacciones de oxidación y

el calor se libera por la oxidación de la pirita, a veces presente en la matriz de

mineral, lo que aumenta cerca de 7°C la temperatura en el medio.

- Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de adicionar

una fuente de carbono, pues la obtienen del dióxido de carbono del aire.

Entre las desventajas propias de la tecnología aplicada son los impactos

ambientales que esto genera, reflejado en la alta producción de ácido por parte

de las bacterias (en particular contaminando fuentes de aguas subterráneas).

Este hecho, junto con la búsqueda por hacer más eficientes los procesos de

biolixiviación, ha impulsado la búsqueda de soluciones a nivel genético de la

bacteria.

- A bajas temperaturas la acción de las bacterias disminuye y con ello la

recuperación de cobre. Sería 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.

40

8.2 Procesos basados en el riego

8.2.1 Biolixiviación en pilas

Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y

mineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios y

primarios. 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.

Generalmente las pilas se construyen con material previamente chancado, de

19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al área o patio de

acopio, lugar 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 también para fijar las

partículas finas a las partículas más grandes de mineral.

Luego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que están

especialmente diseñadas. Los patios son revestidos con polietileno de alta

densidad (HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberías de plástico

perforadas, que permiten capturar la solución lixiviada desde la base. También

se instala una red de líneas de aire de plástico perforado, mediante la cual el

aire es forzado por ventiladores externos a la pila, lo que asegura la

disponibilidad de aire a los microorganismos.

41

Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladores

automatizados, formando un terraplén o pila de 6-8 m de altura. Las pilas

pueden ser dinámicas si después de la lixiviación, el mineral se remueve para

enviarlo al botadero y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si las

nuevas pilas se cargan sobre las anteriores. El sistema de pilas permanentes

permite no trasladar el material ya lixiviado a un botadero final, ya que el área

de 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 que

riegan la pila con una solución de acido sulfúrico, agua y microorganismos. Los

microorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar el

rendimiento de la operación, es que en una etapa previa de laboratorio se

aíslan los microorganismos más adecuados a las necesidades.

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. Aquí se recupera el cobre de la solución para luego

formar los cátodos en la etapa de electroobtención, y el ácido es refinado y

recirculado para el riego de las pilas. Se estima que para lograr 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.

42

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 y

primarios. Como el contenido de cobre en estos minerales es tan mínimo como

para cubrir los costos de la flotación y fundición, los grandes fragmentos de

mineral son arrojados a los botaderos. Estos tienen una base impermeable

desde 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 condiciones

óptimas para su crecimiento.

43

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.

Los minerales son lixiviados donde fueron colocados para su eliminación, y

desde la base la solución de lixiviación es dirigida a los procesos de extracción

con solvente y electroobtención para la posterior producción de cátodos de

cobre. Al igual que la biolixiviación en pilas, el ácido también es refinado y

recirculado a la parte superior del botadero.

Fuente: http://www.creces.cl/images/articulos/1q14d1-2.jpg

Figura: 8.2.2 Biolixiviación en botaderos

44

8.2.3 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:

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

45

8.3 Procesos basados en la agitación

8.3.1 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.

Fuente: http://www.voces.antahualan.com.ar/lix5.JPG

Figura 8.3 Biolixiviación in situ

46

9. Aplicación de la biolixiviación

9.1 Desarrollo de la región lationamericana.

En 1986 se inició la aplicación comercial de la biolixiviación a minerales

sulfurados remanentes de la lixiviación primaria de minerales oxidados y

mixtos de cobre, en la mina Lo Aguirre de la Sociedad Minera Pudahuel Ltda.

Al comienzo de sus operaciones, los minerales oxidados y mixtos de cobre

caracterizaban el yacimiento de la mina, pero paulatinamente comenzó a

disminuir el contenido de óxidos del mineral recién extraído, hasta que en

1987 éste era tan bajo que desde ese mismo año, se comenzó a aplicar la

biolixiviación ya no como una lixiviación secundaria, sino como la única

alternativa de lixiviación para los minerales extraídos por la minera, por tener

un alto contenido de sulfuros de cobre.

La mina se clausuró en 1996 debido al agotamiento del yacimiento. Luego en

los años 1993 y 1994 nacen 2 proyectos mineros en la Región: Cerro Calado,

Chile y Quebrada Blanca, Chile respectivamente, con ellos se impuso el desafío

de implementar la biolixiviación en condiciones adversas de altura geográfica y

de temperatura ambiente. (Domic E., 2001).

La planta Cerro Colorado, de BHPBilliton, desde un principio fue diseñada para

realizar biolixiviación de minerales oxidados y sulfurados, compuestos

principalmente de crisocola y calcosina respectivamente. El proceso de

producción en Cerro Colorado incluye la extracción de mineral a rajo abierto,

chancado, aglomeración, lixiviación en pilas dinámicas, extracción por

solventes y electro-obtención, así el mineral sulfurado se disuelve por acción

bacterial y el mineral oxidado por la acción de la solución acida. (Minergía,

2006)

47

La planta Quebrada Blanca, inició sus operaciones para la biolixiviación de

sulfuros secundarios de cobre, siendo calcosina mayoritariamente. Su proceso

de producción incluye las mismas etapas que se hacen en Cerro Colorado, pero

para hacer la aglomeración y el riego de pilas las soluciones se calientan con el

objetivo de aumentar la temperatura de las pilas, que se ve favorecida con las

cubiertas de plástico. Para seguir cumpliendo con las metas de producción, en

el año 2003 incorporaron la lixiviación en botaderos, que aporta con el 25% de

la producción por biolixiviación (Hydro Copper, 2007).

La factibilidad técnica y económica del proceso de biolixiviación fue un tema

importante de probar en el año 1997, a raíz de esto Codelco y BHPBilliton se

unieron en una alianza estratégica –join venture- y formaron una sociedad

constituida en partes iguales llamada Alliance Copper Limited, ACL. Codelco

aportó con su experiencia en extracción con solvente y electroobtención,

mientras que BHPBilliton contribuyó con su conocimiento en la tecnología de

biolixiviación con marca BioCop, de concentrados de cobre en tanques

agitados.

El principal logro fue encontrar una solución a la explotación de yacimientos

con un alto contenido de arsénico, pues esta tecnología deja el arsénico en una

especie estable como para ser dispuesto como relave (Minería Chilena, 2005).

Con la tecnología probada, el paso siguiente fue la creación de una planta

prototipo de biolixiviación con una capacidad de producción de 20.000

toneladas de cátodos por año, la que obtuvo la resolución de calificación

ambiental favorable por parte de la Corema- II Región, el 2005.

El próximo objetivo era la creación de una planta a escala industrial, con

capacidad de 100 a 150 mil toneladas de cátodos de cobre por año.

48

El año 2006 se disolvió la alianza ACL y Codelco compró las acciones a BHP

Billiton, por lo que la empresa pasó a llamarse EcoMetales Limited. Como la

tecnología BioCOP está patentada por BHP, en la venta se retiró la licencia

BioCOP, los equipos y tecnologías asociados a este proceso, quedándose

Codelco con los demás activos de la planta, los que podía emplear para

desarrollar otros procesos distintos a BioCOP, tecnología que según el acuerdo

de fin de la alianza, no podría ser utilizada por Codelco hasta el año 2016.

Actualmente EcoMetales procesa polvos de fundición de las fundiciones

Chuquicamata y Ventanas (EcoMetales, 2009).

En un esfuerzo del Gobierno de Chile por implementar la biotecnología en los

sectores económicos claves como la minería, nace el programa Genoma Chile el

año 2001 para financiar parte de los proyectos de investigación presentados en

este 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$ 2

millones, esta alianza realizó un proyecto de investigación de biolixiviación que

abarcaba desde su optimización hasta estudios genéticos de los

microorganismos involucrados. Uno de los resultados obtenidos de la

investigación hasta el 2006, fue el aislamiento, secuenciamiento e

identificación del genoma de 3 bacterias altamente eficientes en la oxidación de

hierro y azufre de los minerales de cobre, lo que optimiza los tiempos para la

recuperación de cobre.

La inversión inicial fue de US$ 2 millones el Estado de Chile, US$ 2 millones

CODELCO y US$ 1 millón Nippon Mining Ltda. Hoy BioSigma está avaluada

en US$ 40 millones.

49

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 la

investigación de laboratorio. En conjunto con CODELCO, ha venido

desarrollando en los últimos dos años una aplicación piloto en la División

Andina para el tratamiento de una pila de 50.000 toneladas de mineral de baja

ley (95% de calcopirita), alcanzando con la tecnología aplicada por BioSigma

tasas 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 esa

línea, se espera para el 2010 la puesta en marcha de una aplicación a gran

escala, sobre una pila de más de 20 millones de toneladas de minerales mixtos

(oxidos y sufuros secundarios y primarios, en particular calcopirita), lo que

significará 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 minera

produjo 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 acumulado

1.500 millones de toneladas de mineral sulfurado de baja ley, con lo que se

estima una vida útil de 20 años para el nuevo proyecto de biolixiviación, que

necesitó una inversión de US$ 870 millones que considera además la

construcción de una nueva planta de electroobtención, una planta

desalinizadora de agua de mar y el tendido de cañerías para transportar el

agua obtenida a la planta de biolixiviación (Minera Escondida, 2006).

Otras compañías mineras también han desarrollado con éxito la biolixiviación

en susplantas, y/o desarrollan investigación en la materia.

50

Los microorganismos con que trabaja la minería provienen de la naturaleza y

para acceder a ellos existen dos formas. La primera es usar los ceparios

internacionales que poseen los archivos de microorganismos de países como

Japón y Estados Unidos. La segunda opción es realizar una búsqueda por

cuenta propia.

Parte de la labor de Biosigma ha sido buscar microorganismos en fuentes

termales, azufreras y yacimientos.

Cuando hay resultados, las bacterias se prospectan e identifican, para luego

seleccionarlas y separarlas. En el caso de Wenelen, Licanantay y Yagán se

buscaron microorganismos en yacimientos o lugares donde hay escurrimientos

de aguas ácidas provenientes de minas abandonadas.

9.2 Investigación y desarrollo

9.2.1 Patentes y marcas

Una patente es un derecho de propiedad industrial, que permite al titular

utilizar y explotar su invención e impedir que terceros la utilicen, fabriquen,

distribuyan o vendan, sin su consentimiento. Este derecho exclusivo para

proteger una invención lo concede el Estado, a través del Instituto Nacional de

Propiedad Industrial (INAPI). Las patentes se otorgan a nivel nacional por un

período de 10 ó 20 años, dependiendo de la patente solicitada, periodo que

comienza desde la fecha de presentación de la solicitud. (INAPI) Una vez

concedida la patente en el país donde se realizó la invención, esta se puede

patentar en otros países, como el caso de la bacteria wenelen que luego de ser

patentada en Chile se patentó en Estados Unidos.

51

El resumen de la patente obtenida por Biosigma dice: “la presente invención se

relaciona con una bacteria aislada, quimiolitotrofica de la especie

acidithiobacillus ferrooxidans denominada wenelen, su uso en la lixiviación de

minerales o concentrados de especies metálicas sulfuradas y procesos de

lixiviación basados en el uso de la bacteria, o mezclas que la contengan. Esta

cepa wenelen tiene una actividad oxidante aumentada, especialmente en el caso

de la calcopirita, en comparación con otras bacterias conocidas. Debido a lo

anterior, esta bacteria presenta un gran interés para aplicaciones de la

biominería”. (INAPI) Al igual que una patente, una marca también es un

derecho de propiedad industrial.

Por marca se entiende a “todo signo -palabra, etiqueta con diseño o su

combinación utilizado para distinguir en el mercado, productos, servicios,

establecimientos industriales y comerciales” (INAPI). Tener registrada una

marca le da al titular el derecho exclusivo de utilizarla para identificar bienes o

servicios, durante un periodo de 10 años renovables indefinidamente por

periodos iguales. Para permitir su uso por parte de terceros, el titular de la

marca puede hacer contratos de licencia, por los que obtiene ganancias.

Una marca asociada al área de la biominería es BioCOP, un proceso

desarrollado por BHP Billiton en Sudáfrica y aplicado en Chile. Su objetivo es

procesar concentrados de minerales sulfurados de cobre con un contenido

importante de arsénico, impureza que impide la vía de la pirometalurgia, y se

utilizan bacterias termófilas que disminuyen los tiempos de recuperación de

cobre.

52

9.2.2 Investigación

El éxito de la aplicación de una nueva tecnología depende claramente de

su eficiencia, la que puede ser aumentada mediante el manejo de diferentes

factores. Este objetivo ha sido perseguido en las investigaciones destinadas a

mejorar el proceso de biolixiviación.

Una de ellas ha sido la dirigida por el Dr. David Holmes en el Centro de

Bioinformática y Biología Genómica de la Universidad de Santiago. Su

investigación se basa en el estudio de fragmentos del genoma de la bacteria

Acidithiobacillus ferrooxidans, tarea facilitada por el conocimiento de la

secuencia completa de su genoma, realizada en Estados Unidos. Con la ayuda

de programas computacionales se hace la identificación de algunos genes, para

luego determinar su función en el comportamiento de la bacteria.

Conociendo la función de un determinado gen sería posible cambiar y

aumentar la capacidad de biolixiviación de la bacteria, lo que favorecería la

producción 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, en

lapsus breves de tiempo, procesos de identificación y diagnóstico de los micro-

organismos (BioID), control de las funcionalidades de los mismos (Planta de

Biomasa), y control de las condiciones de operación de éstos en el

medioambiente. Estos dos últimos procesos, son considerados fundamentales y

diferenciadores en los procesos de la biolixiviación, puesto que no solo se

identifica el micro-organismo que se busca, sino que se logra controlar sus

funcionalidades y se logra reproducir lo que realmente se requiere para un

proceso determinado.

53

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.

54

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.

55

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.

56

11. Bibliografía

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62

12. Anexos

12.1 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.

63

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.

64

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.

65

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

66

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.