LA BIOLIXIVIACIÓN O LIXIVIACIÓN BACTERIANA

JACK BRAYAN ABARCA BERNARDO“UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SANCHES CARRION”INGENIERÏA METALURGICA - EXTRACTIVA II

LA BIOLIXIVIACION HA SIDO OBJETO DE MUCHAS INVESTIGACIONES Y ANALOGIAS RESPECTO A LA LIXIVIACION QUIMICA, TANTO EN SU COSTE COMO EN EFECTIVIDAD Y PRODUCCION, Y SE PUEDE AFIRMAR CON CERTEZA QUE LO SEGUIRA SIENDO EN PRO DE SU PERFECCIONAMIENTO.

ACTUALMENTE EXISTEN MUCHAS PLANTAS DE OBTENCION DE METALES APLICANDO LA BIOLIXIVIACION, QUE HAN LOGRADO EXCELENTES RESULTADOS AMBIENTALES Y ECONOMICOS.

VISION MUNDIAL ACTUAL

BIOLIXIVIACION O BACTERIANA

La Biolixiviación o lixiviación bacteriana es un proceso natural de disolución, ejecutado por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos.

• Por mucho tiempo, se pensó que la lixiviación de metales era un proceso netamente químico. El descubrimiento de bacterias acidófilas, ferro ysulfooxidantes, ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizado biológicamente.

El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene metal en su forma soluble.

¿Cómo se realiza?

Se produce por la catálisis que los organismos ejercen durante la disolución de algunas menas por diferentes mecanismos, de modo que el microorganismo se sirve del mineral como combustible, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin requerir una aplicación externa de energía.

FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR EL PROCESO

TEMPERATURA NUTRIENTES

OXIGENO TAMAÑO DE LA PARTICULA

FUENTE DE ENERGIA PRESENCIA DE INHIBIDORES

Ph LUZ

 LA BACTERIA

Son organismos que viven en condiciones extremas, en este caso; pH ácido y altas concentraciones de metales, condiciones normales en los minerales.• Estas bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para generar todos los componentes de la célula. Esta capacidad metabólica es la que se aprovecha para solubilizar cobre.

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 organismos 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.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGIA MICROBIANA

1. Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

2. Presenta bajos costos en las operaciones hidrometalúrgicas, en comparación con los procesos convencionales.

3. Ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

4. Permite el tratamiento de creciente stock de minerales de baja ley que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales.

• La técnica de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos, se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato y para oxidar el ion ferroso a ion férrico.

• La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus ferrooxidans es el ion Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre en sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismo a base de N, P, K, y como elementos de trazo, Mg y Ca.

• Actualmente, los siguientes procesos microbiológicos son de importancia en la hidrometalurgia:

1. Oxidación de sulfuros, azufre elemental y hierro ferroso.

2. Producción de compuestos orgánicos, peróxidos, etc., por microorganismos organotróficos, los que atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable.

3. Acumulación de elementos químicos o en su precipitación por microorganismos.

OXIDACION DEL FIERROLa reacción de oxidación del Fe2+ es:

4Fe+2 + O2 + 4H+ = 4Fe+3 +2H2O

 Esta reacción es importante pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones, además de obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros.

Pirita y Marcasita : FeS2 Petlandita: (Fe, Ni)9S8 Pirrotita: FeS Violadita: (Ni, Fe)3S4 Calcopirita: CuFeS2 Bravoíta: (Ni, Fe)S2 Bornita: CuFeS4 Milerita: NiS Covelina: CuS Polidimita: Ni3S4 Tetrahedrita: Cu12SB4S13 Antimonita:Sb2S3 Enargita: CuAsS2 Molibdenita:MoS2 Arsenopirita: FeAsS Escalerita: ZnS Realgar: As4S4 Marmatita: (Zn,Fe)S Orpimentra: As2S3 Galena: PbS

MECANISMOS DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA

Lixiviación Indirecta:Este tipo de lixiviación se realiza con Fe2(SO4)3 en ausencia de oxígeno o de bacterias, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de importancia económica.

Dentro de este mecanismo, son importantes dos reacciones 1. Pirita FeS2 + ½ O2 + H2O == FeSO4 + H2SO42. 2FeSO4 + ½ O2 + H2SO4 == Fe2(SO4)3 + H2O3. Calcopirita CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 == CuSO4 + 5FeSO4

+ 2S04. Calcocita Cu2S + 2Fe2(SO4)3 == 2CuSO4 + 4FeSO4 +

S0

El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 2).

El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans según:

2S0 + 3O2 == 2H2SO4 Este ácido sulfúrico mantiene el pH del

sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.

Lixiviación Directa:• Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente, sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente. El proceso se describe en la siguiente reacción, donde M representa un metal bivalente:

MS + 2O2 == MSO4  Bacteria 2FeS + H2O == Fe2(SO4)3 + H2SO4 Bacteria CuFeS + 8.5O2 + H2SO4 == 2CuSO4 + Fe2(SO4)3

+ H2O 

Dado que el hierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.

DESARROLLO BACTERIANO

El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias juega un papel importante dentro del proceso de lixiviación bacteriana:

 1. pH: En general los T. ferrooxidans se desarrollan bien

en medios ácidos.2. Oxígeno y CO2: La disponibilidad de oxígeno es un

factor que controla la extracción de metales por bacterias. El dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular.

3. Nutrientes: Los T. ferrooxidans requieren amonio, fosfato, azufre, iones metálicos (como Mg+), etc.

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

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

6. Temperatura: el rango sobre el cual se desarrollan se encuentra entre los 25 ºC y 35 ºC.

BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS Muchos sulfuros metálicos pueden ser atacados por acción

bacterial, dando lugar a la producción de los correspondientes sulfatos solubles. 

Oxidación de la Pirita: La pirita se puede hallar en asociación con muchos metales. Su oxidación da lugar a la formación de sulfato férrico y ácido sulfúrico. 

Sulfuros de Cobre: El cobre se disuelve transformándose en sulfato de cobre. La calcopirita es el sulfuro de cobre más difícil de oxidar. Bajo la influencia de los T. ferrooxidans, la velocidad de oxidación de este sulfuro se incrementa hasta en 12 veces más que el proceso netamente químico.

Sulfuros de Metales Preciosos: La lixiviación bacteriana se emplea para romper la matriz del sulfuro en la que se encuentra la partícula aurífera, permitiendo la posterior recuperación de la misma por cianuración convencional. En realidad, el proceso resulta un pre tratamiento antes que una disolución directa del metal.

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 adsorción 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 (Proceso aeróbico).

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 es parcial, mientras que en

otrosreducción microbial de metales implica una disminución en la valencia del metal. En algunos casos la reducción , el ion metálico es reducido a su estado libre o metálico.

VENTAJAS La disminución de la contaminación provocada por los desechos de

la lixiviación en los diferentes procesos mineros, como por ejemplo la reducción de lixiviados del proceso de extracción de oro por medio de cianuro.

Disminución de los costos de operación química, ya que no se necesitaran los diversos compuestos químicos que realizan la común lixiviación, como por ejemplo el cianuro usado en la extracción de oro o el acido sulfúrico usado en la extracción de cobre. Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

DESVENTAJAS 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 el metal requerido.

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.

GRACIAS ._./