Indice
1.
Introducción
2. Microrganismos y su
aplicación en la biogeotecnología de
metales.
3. Composición de medios
nutrientes
4. Adosamiento Bacteriano Y Mejoramiento
De Cepas
5. Concentración Por
Flotación
La biolixiviación de minerales,
concentrados y relaves sulfurados que contienen Au y Cu
encapsulados es un concepto
relativamente nuevo en comparación a los procesos de
tostación, oxidación a presión
y/o oxidación química, y
rápidamente fue establecido como un pre-tratamiento
alternativo de oxidación viable.
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
ión ferroso a ión férrico. El Thiobacillus
Ferrooxidans es eficaz en ambiente
ácido, aeróbico, móvil y
quimioautotráfico y se presenta en forma de bastoncitos de
1-2 ìn de largo por 0.5-1.0 ìn de ancho, gran
negativas. Presentan punto isoeléctrico entorno de 4.0 –
5.0 y se desenvuelven en el intervalo de temperatura de
28 – 35 ° C.
La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus
Ferrooxidans es el ión Fe+2, pudiendo ser
utilizados también el azufre y sus formas reducidas. Usa
nutrientes básicos para su metabolismo a
base de N, P, K, y Mg, Ca, como elementos de trazo.
La biolixiviación de sulfuros como proceso
biohidrometalúrgico involucra un conjunto de reacciones
químicas, metabólicas, enzimáticas y no
enzimáticas, en el cuál el mineral insoluble es
oxidado y otros metales de
interés
son liberados en solución.
2. Microrganismos y su
aplicación en la biogeotecnología de metales.
Microorganismos y áreas de aplicación en
hidrometalurgia
Hasta ahora los siguientes procesos
microbiológicos son de importancia en la
hidrometalurgia.
a) Oxidación de sulfuros, azufre elemental y fierro
ferroso.
b) Producción de compuestos
orgánicos, peróxidos, etc. por microorganismos
organotróficos, los cuales atacan minerales oxidando o
reduciendo los elementos con valencia variable.
c) Acumulación de elementos químicos o su
precipitación por microorganismos.
Rol de la bacteria en la oxidación de
Fe2, S°
y sulfuros.
La oxidación de Fe3, S° y sulfuros esta mediada
básicamente por las bacterias del
género
Thibacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus y
Acidianus. Especialmente importante para la hidrometalurgia son
las bacterias
acidofílicas, a bajos valores de
pH los metales
son solubilizados y pueden eventualmente recuperarse como un
producto
comercial.
Oxidación de Fe2+, S° .
Tabla Nº 1. Microorganismos de importancia en
Hidrometalurgia (Anexo)
Ferroxidans y otras bacterias. La reacción de
oxidación se realiza probablemente de acuerdo al esquema
siguiente:
bacteria
4Fe2 + O2 + 4H4 ———->
4Fe3+ + 2H2O (1)
G300° C = -38.0
Kj.mol-1
Esta reacción es importante para
lixiviación de metales pues permite la acumulación
de biomasa bacteriana en minerales y soluciones;
obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir
un alto potencial redox en el medio.
Oxidación de los sulfuros.
La bacteria es capaz de oxidar los siguientes sulfuros
– Pirita y Marcasita (FeS2)
– Pirrotita (FeS)
– Chalcopirita (CuFeS2)
– Bornita (Su,FeS4)
– Covelita (Cu2S)
– Tetrahedrita (Cu8SB2S7)
– Enargita (3Cu2,S.AS2S5)
– Arsenopirita (FeAsS)
– Realgar (AsS)
– Orpimenta (As2S3)
– Cobaltita (CoAsS
– Petlandita (Fe,Ni)9S8
– Violarita (Ni2FeS4)
– Bravoita (Ni,Fe)S2
– Milerita (NiS)
– Polidimita (Ni3S4)
– Antimonita (Sb2S3)
– Molibdenita (MoS2)
– Esfalerita (ZnS)
– Marmatita (ZnS)
– Galena (PbS)
– Geocronita Pb5(Sb,As2)S8,Ga2S3
Mecanismos de oxidación bacterial de
Fe2 +, S° y sulfuros
La oxidación de Fe2+ y compuestos reducidos de
azufre; por la bacteria es en extremo complejo y un proceso de
múltiples etapas las cuales no han sido profundamente
investigadas.
Involucra la adhesión bacteriana a minerales, su
destrucción, solubilización de azúfre,
transporte de
S° ,
Fe2+ o iones de otros metales hacia la célula
y su oxidación.
Como ha sido demostrado por la oxidación de la pirita, por
T. ferrooxidans, el potencial electrodo mineral (EP) es
considerablemente bajo mientras que el potencial redox del medio
(Eh) es alto, produciendo un medio oxidante.
En ausencia de bacterias, mientras EP de la pirita y Eh del medio
tienen similares valores, la
oxidación no se realiza.
Este modelo ha sido
también propuesto para otros minerales. En una mezcla de
diferentes sulfuros formando parejas galvánicas la
bacteria preferencialmente oxida a aquellos con un bajo EP, por
ejemplo: sulfuroanodo.
Obviamente, la dirección de oxidación
microbiológica de los sulfuros coincide con la
oxidación electroquímica. Por lo tanto puede ser
considerado como un proceso electroquímico
biológicamente intensificado o corrosivo. También
un ataque bacteriano al sulfuro aumenta la deformación de
la estructura
cristalina facilitando el proceso de oxidación. Ver tabla
3. (Anexo)
Características de las bacterias oxidantes de
Fe2+, S° y sulfuros.
Género
Thiobacillus
Pequeños bacilos gran negativos. Móviles por medio
de un flagelo polar. No forman esporas, estrictamente aerobios
(excepto Thiobacillus denitrificans, que es aerobio
facultativo).
T. ferrooxidans.- Es fácilmente aislado de los drenajes de
las minas.
Crecen sobre medio líquido con Fe2+ y Sulfuros,
como en medio solido de sílica gel o poliacrilamida.
Características de Thiobacillus
acidofílicos quimiolitoautotróficos obligados
(Anexo)
Características de los Thiobacillus
acidofílicos quimiolitoautotróficos facultativos
(Anexo)
Características de las especies del género
Sulfobacillus (Anexo)
Características de las especies del género
Leptospirillum ferrooxidans (Anexo)
Características de los termoacidofílicos que
participan en los ciclos del azufre y fierro (Anexo).
Otros heterotróficos contaminantes de T. Ferrooxidans
Asociación sintrófica de bacterias fierro y azufre
oxidantes
3. Composición
de medios
nutrientes
Aislamientos sucesivos de nuevos y ya conocidos
microorganismos activos en el
proceso biogeoquímico y una alta velocidad de
lixiviación de metales depende de la calidad del medio
nutritivo. A continuación veremos la composición de
los medios
nutritivos probados para el aislamiento y cultivo de los
microorganismos más importantes en la
biogeotecnología de metales.
Metodos de enumeracion de microorganismos
Método de
dilución en serie.
Este método es
el más antiguo de todos. Aún es muy usado para
numerar células
viables de microorganismos autotróficos y
heterotróficos.
Con la finalidad de obtener la dilución final
(1010) se usa el medio nutritivo adecuado en vez del
agua. En la
práctica para enumerar bacterias en 1 ml de
solución ó 1 gr de mineral se usan tablas basadas
en la variación estadística de métodos.
Enumeración de colonias
Las colonias son obtenidas por inoculación de medio
sólido o por fijación sobre un filtro de membrana
después de filtración.
El número óptimo de colonias estimadas por placa
está entre 30 – 300.
Enumeración usando un microscopio
La enumeración directa de células es
realizada en porta-objetos al microscopio o
usando diferentes tipos de cámaras de conteo, por ejemplo:
Thoma, Petrov, Hauser, etc. A continuación detallaremos
varios métodos
modernos para enumeración de T. ferrooxidans. Estos
métodos son viables para numerar a estas bacterias sino
también para numerar diferentes especies de thiobacillus.
Esto es en extremo importante ya que el mismo medio puede ser
usado para cultivar bacteria de diferente taxonomía
haciendo difícil su identificación.
Método indirecto de tinción de anticuerpos
fluorescentes.
Este método viable para la identificación de T.
ferrooxidans es un medio mixto de varias horas. Para lo cual se
necesita:
a) Filtros del tipo policarbonato;
b) Suero de conejo FITC conjugado comercialmente viable.
c) Suero de conejo anti-T.ferrooxidans sin purificar.
Determinacion de la actividad
bacterial
Determinación la fijación de co2
La
actividad del crecimiento bacteriano de los
quimiolitoautotróficos en botaderos, tanques de
lixiviación puede ser determinado por la intensidad de
fijación de CO2. Describiremos algunos ejemplos
de la aplicación de este método. Agua
ácida de mina conteniendo bacterias y Fe2+
(volumen de
muestra 10 ml)
es colectada y colocada en frascos de 12 – 15 ml y selladas con
tapas de goma.
Otros métodos de determinación de
actividad bacterial
En la lixiviación de botaderos y módulos es posible
determinar la velocidad de
oxidación bacterial del Fe2+ solo en la
solución. La actividad de las bacterias oxidantes de
Fe2+ en soluciones se
ha demostrado, no ser siempre favorable, y el número de
células es frecuentemente bajo variando de 2.5 x
104 a 2.5 x 106
células/ml.
La muestra de agua
también difieren en actividad bacterial.
Por lo tanto, la eficiencia de
oxidación de Fe2+ debe ser determinada en
diferentes lugares de la operación de lixiviación.
Muestras de agua de mina (30 ml) son colocadas en un frasco
Erlenmeyer de 100 ml, cubiertos con papel de
aluminio y las
muestras son colocadas en su temperatura
natural.
Fundamentos Electroquimicos De La Biolixiviacion
La bacteria del tipo "Thiobacillus" además de propiciar la
formación de sulfato ferroso, azufre elemental y
compuestos solubles de azufre inorgánico, también
puede oxidar muchos minerales sulfurados utilizándolos
como donadores de electrones. Simultáneo al proceso de
oxidación, la bacteria utiliza el CO2 como su
fuente de carbono.
Electroquimica De Minerales Sulfurados
Los minerales nobles son los menos suceptibles a oxidación
y por ende los más activos son
fácilmente oxidables. Cuando dos sulfuros entran en
contacto con un medio lixiviante se establece una celda
galvánica dentro de la cual el sulfuro más activo
se corroe mientras que el más noble se protege
catódicamente.
La energía para el proceso de disolución
galvánica es la diferencia de potencial entre el par
galvánico, mientras que la velocidad de oxidación
anódica es la corriente galvánica que fluye a
través de este circuito.
Influencia Del Potencial Y Ph
El potencial de oxidación, Eh, de un sistema de
lixiviación es tan importante como el potencial de reposo.
Debe existir una gradiente entre el potencial (Eh) del medio y el
potencial de los sulfuros para que produzca una
disolución.
Los dos parámetros más importantes que controlan
las reacciones de biolixiviación son el potencial y el
pH puesto que
influyen directamente en la actividad metabólica de la
bacteria.
Mecanismos De Reaccion Electrobioquimicos
Las probables reacciones involucradas en la biolixiviación
de sulfuros complejos son:
1. Pb – Zn – Cu:
ZnS = Zn2+ + 2e- + S° (Oxidación anódica de la
esfalerita)
PbS = Pb2+ + 2e- + S° (Oxidación anódica de la
galena)
(PbSO4 precipita en un medio biolixiviante)
CuFeS2 = Cu2+ + Fe2+ + 4e- +
S°
(Oxidación anódica de la chalcopirita)
O2 + 4H+ + 4e- =
2H2O (Reducción catódica del oxígeno
en la superficie de los minerales más nobles, tales como
pirita y chalcopirita)
La oxidación de la esfalerita será una
reacción prominentemente anódica, mientras que la
reacción anódica de la chalcopirita sucede
solamente si ésta entra en contacto con la pirita.
2. Cu – Ni – Fe;
FeS = Fe2+ + S° + 2e- (Oxidación anódica de
la pirrotita)
(FexNi1-x)9S8 =
9xFe2+ + 9(1-x)Ni2+ + 8S° + 18e-
(Oxidación anódica de la pentladita)
La reacción total generalizada puede expresarse de la
siguiente forma:
2MS + O2 + 4H+ = 2M2+ +
2S° +
2H2O
El azufre elemental producto de la
oxidación anódica se acumula en la superficie
lixiviada y puede actuar como una barrera difusional disminuyendo
la velocidad de lixiviación.
4. Adosamiento Bacteriano
Y Mejoramiento De Cepas
Los siguientes factores deben tomarse en cuenta para un
proceso de biolixiviación eficiente en el tratamiento de
minerales complejos.
1. El adosamiento bacteriano en áreas selectivas de los
sulfuros y el ataque directo.
2. Uso de cepas especialmente adaptadas a minerales
específicos y tolerantes a metales.
3. Uso de bacterias genéticamente preparadas.
El adosamiento bacteriano a superficies minerales ha sido
estudiado ampliamente, microfotografías demuestran que la
mayor parte de las bacterias se encuentran en el sustrato
sólido fuertemente adosadas.
Tratamiento De Minerales Refractarios De Oro
Minerales refractarios o más apropiadamente, minerales
problema, se presentan en diferentes formas. Estas incluyen al
oro químicamente combinado (teluros), oro encapsulado o
finamente diseminado en minerales sulfurados: pirita y
principalmente arsenopirita; y el oro lixiviable pero que es
readsorbido en materiales
carbonosos que contiene el mineral.
El oro encapsulado o finamente diseminado en minerales sulfurados
es el mas común existiendo numerosos depósitos
alrededor del mundo con esta problemática: Campbell
Red Lake Mines,
The Giant Yellowknife Mines, Dickenson Joint Venture y The Kerr
Addison Mines en Canadá, otros depósitos incluyen
Cortez, Getchell, y McLaughlin, Carlin, Bald Mountain, Jardine y
Mercur Mines en U.S.A., Dacasun, Mindyak y Kazakhstan en
U.S.S.R., Barberton, Eastern Transval y Witwatersrand en South
Africa,
Pórgera en Pagua New Guinea, y otros depósitos en
Australia, Brasil y
Perú.
Procedimientos Técnicos De Recuperación
Del Au A Partir De Minerales Refractarios
Cuando el oro es encapsulado o asociado con sulfuros, su
procesamiento generalmente comienza con flotación de un
concentrado. Actualmente existen tres alternativas para el
tratamiento de estos productos:
tostación, lixiviación a presión y
lixiviación bacteriana.
5. Concentración
Por Flotación
Los relaves provenientes de la flotación de
valores polimetalicos: Pb-Ag y Zn, son previamente acondicionados
para posteriormente flotar los valores de
Py y Aspy auríferos.
La obtención del concentrado Aspy es factible por 2
métodos de Flotación Diferencial:
1ro.A partir del concentrado Bulk Py-Aspy, flotando la Py
deprimiendo la Aspy con Na2S(sulfuro de sodio), el
Concentrado Aspy viene a ser las colas de la flotación
Py.
2do.A partir del Relave Final, por Flotación Diferencial
Directa, flotando 1ro la Py y deprimiendo la Aspy co n
Na2S, para posteriormente acondicionar y flotar
los valores de
Aspy.
Apendice
Ecuaciones
usadas para los cálculos de biolixiviación
1. Cambio de masa
durante biolixiviación
2. Adición de ácido para estabilizar la pulpa de
biolixiviación.
3. Consumo de cal
durante biolixiviación
4. Cantidad neta de ácido generado/consumido durante la
biolixiviación.
5. Remoción de sulfuros
6. Disolución de cobre
El trabajo lo tenemos completo.
Intercambiamos temas afines
También contamos con otros trabajos de diferentes
especialidades de ingeniería: patentes, eia, química, contaminación
ambiental, industria
alimentaria, etc.
Autor:
Jorge
Tlf. 5 74-2812
Lima-Perú.