- Resumen
- Introducción y
antecedentes - Resistencia bacteriana a los
metales pesados - Materiales y
métodos - Resultados y
discusión - Literatura
citada
Los minerales
sulfurados concentrados refractarios argentíferos (MSRP),
se tratan por diversos métodos
como: la tostación, la lixiviación con agentes
químicos quelantes, la autoclave y la oxidación
química.
Estos métodos tienen una eficiencia
relativa, un elevado costo y
desafortunadamente un daño
ambiental; por ello, se buscan alternativas como la
biolixiviación (BL)o lixiviación bacteriana es un
proceso
natural en la cual bacterias
quimiolitotróficas oxidan el azufre, y/o el hierro de los
minerales y con ello facilitan la extracción de los
metales de
valor
comercial a bajo costo y sin contaminar el ambiente,
aunque tiene la limitante de que la plata en la solución
lixiviante inhibe el crecimiento de los microorganismos que
participaron en el proceso, por ello se busca aumentar la
resistencia de
estas bacterias al metal. Los objetivos de
este trabajo
fueron: i) Aislar y seleccionar bacterias lixiviantes
Para ello se prepararon matraces con medio de cultivo 9K
modificado, mezclado con el MSRP como fuente de energía
para los microorganismos acompañantes de este
mineral.
Para determinar su capacidad lixiviante se midió
la concentración de sulfato producida por la
oxidación del azufre del MSRP, por una bacteria
quimiolitotrófica, el aislado con la máxima
actividad de lixiviación del mineral, se adaptó a
concentraciones crecientes de plata, lo que nuevamente se
midió por la producción de sulfatos en presencia de una
concentración elevada de nitrato de plata.
Los resultados indican que los MSRP contienen como
acompañantes microorganismos quimiolitotróficos
capaces de lixiviar este mineral para extraer la plata. Una de
estas bacterias se adaptó, a una elevada
concentración de plata. Por el tipo de actividad de
lixiviación y las características
fisiológicas de la bacteria, se sabe que pertenece a una
especie del género
Thiobacillus sp.
Se concluye que la lixiviación es una alternativa
económicamente viable para la extracción de metales
preciosos a partir de MSRP y no causa daño
ambiental.
Palabras clave: Thiobacillus, bacterias
quimiolitotróficas, azufre.
Los concentrados minerales sulfurados refractarios de
oro y de
plata, son miembros de la familia 1 B
de la tabla
periódica de los elementos. Ambos se obtienen como
subproductos de la extracción de Ni, Pb, Zn, Cu y Pt por
procesos de
purificación como la cianuración, la
tostación y la electrólisis (Brierley y Briggs,
1997).
Para mejorar la explotación de minerales de
plata, se buscan alternativas para el aprovechamiento de los MSRP
que por los procesos convencionales de concentración de
valores no
tienen un mercado atractivo
para su comercialización (Bañuelos,
1994).
La BL es un método en
biohidrometalúrgica en el que bacterias
quimiolitotróficas, oxidan el azufre de los minerales
refractarios, con producción de sulfatos derivados del
ácido sulfúrico que se generó por vía
bacteriana y que aumenta la solubilidad (Murr, et al.,
1978; Lynn, 1997; Isamu et al., 1999; Edwards et
al., 2000; Orrantia et al.,
2000).
La BL tiene la ventaja de que no es contaminante ya que
no genera dióxido de azufre a la atmósfera y el
rendimiento en el caso de la extracción de la plata es
mayor que por los métodos tradicionales (Guerrero 1998a).
Además de que se aprovecha principalmente para la
recuperación de este metal a partir del MSRP (Brierley y
Briggs, 1997; Guerrero, 1998b; Trupti et al.,
1999).
La aplicación de la BL consiste en cargar el
mineral concentrado piritoso como el MSRP, en un tanque de
repulpado, en donde se diluye entre un 20 a 30 % de
sólidos, después la pulpa se pasa por bombeo a un
tanque de reacción con agitación mecánica y aireación para inocularse
con Thiobacillus spp.
Esta bacteria al oxidar el azufre. del mineral genera
ácido sulfúrico, el que disminuye
drásticamente el pH y con ello
el por ciento de los sólidos al 20% ese pH facilita la
solubilización del metal unido al mineral. Concluida la BL
del mineral, el producto se
filtra para lavar y se repulpan los sólidos,
posteriormente con la cianuración se continúan con
el proceso de purificación final del metal por lo
métodos conocidos (Brierley y Briggs, 1997; Guerrero et
al., 1998 y Ballesteros et al., 2001).
Se sabe que esta bacteria quimiolitotrófica
interviene indirectamente en la BL de piritas y en la
oxidación de ión ferroso a férrico al usar
ambas como fuente de energía durante su crecimiento
(Guerrero, 1998b; Appia-Ayne et al., 1999;
Sánchez-Yáñez y
Farías-Rodríguez, 2000). Un ejemplo de este
grupo de
microorganismos es el género Thiobacillus que
pertenece principalmente al consorcio de bacterias
quimiolitotróficas que se pueden encontrar en un ambiente
de minas y suelo semejante
al género de Leptospirillium bacteria de reciente
descubrimiento y hoy en proceso de explotación a nivel de
planta piloto (Schrenk et al., 1998; Rawlings et
al., 1999).
La especie de Thiobacillus; más conocida
es T. ferrooxidans (Trupti et al., 1999; Wielinga
et al., 1999; Navarrete et al., 2001 a) la cual
libera el ión férrico durante la BL lo que genera
la condición altamente oxidante para solubilizar la pirita
por la elevada acidez, derivada de la actividad bacteriana sobre
el azufre del mineral que genera ácido sulfúrico
(Lawrence, 1983; Guerrero, 1998a; Bond et al.,
2000). Por lo anterior, se investiga la fisiología de estas bacterias tolerantes a
la acidez extrema así como a concentraciones subletales de
plata. Como en el caso de Leptospirillum y
Thiobacillus para mantener su capacidad de BL a este pH,
lo cual es clave en biohidrometalurgia para la
recuperación eficiente de metales preciosos como la plata
(Sánchez-Yáñez, 1998; Ballesteros et
al., 2001).
Resistencia
bacteriana a los metales pesados.
Los iones plata actúan sobre la superficie
celular bacteriana, específicamente causan daños
drásticos en su pared y en su membrana citoplásmica
lo que conduce a la muerte de
la
célula (Goodman y Gilman, 1982; Tuovinen et
al., 1971,1985).
La forma soluble de este metal es la más
tóxica para las bacterias; sin embargo, en el ambiente
como en los medios de
cultivo la toxicidad del metal 'disminuye significativamente
porque forma complejos con los sulfatos (SO-24)' los fosfatos
(PO-34) o los cloruros (CI") que son constituyentes
químicos del ambiente o d!31 medio de cultivo, la plata
elimina bacterias por que inhiben su respiración y desacoplan su síntesis
de ATP (Belliveau, et al., 1987;Schrenk et al.,
1998). Sin embargo, en el caso de las bacterias
quimiolitotróficas la tolerancia a
metales se logra por adaptación de su metabolismo a
una concentración elevada del metal un ejemplo es T.
ferrooxidans que en general requiere de altas concentraciones
de cationes y aniones para crecer (Brierley, 1978; Lundgren y
Silver, 1980; Edwards et al.,2000), pues está
demostrado que la oxidación del ión ferroso se
realiza principalmente a elevados niveles de diversos metales
como: de zinc (0.15 M), de níquel (0.17 M), de cobre (0.16
M), de cobalto (0.17 M), de manganeso (0.18 M) Y de aluminio (0.37
M). No obstante la plata es tóxica a concentración
tan baja como 0.5 mM, Tuovinen et al., (1971,1985)
señalan su efecto inhibitorio a valores inferiores a los
reportados (Lynn, 1997; Orrantia et al., 2000;
Sánchez-Yáñez y
Rodríguez-Farías, 2000). Además de conocer
que su tolerancia al metal en el caso de Thiobacillus
depende de la especie y de su estado
fisiológico, así como de su previa exposición
a la plata en solución (Cervantes,
1992).
Se reporta que los niveles de tolerancia a la plata se
incrementan al resembrar el microorganismo
lixiviante en concentraciones graduales del metal; de esa forma
es posible desarrollar su resistencia por adaptación
fisiológica (Cervantes, 1992; BacelarNicolau y Johnson,
1998; Edwards et al., 2000).
La susceptibilidad del microorganismo al metal es mayor
durante la oxidación del MSRP que durante la
oxidación del ión ferroso; esto sugiere la
variabilidad en la respuesta de cada bacteria al usar como fuente
de energía diferentes elementos minerales o compuestos
inorgánicos que contienen metales (Tuovinen et al.,
1971; Belliveau et al., 1987; Isamu et al., 1999;
Wielinga et al., 1999; Bond et al., 2000). Por lo
anterior, los objetivos de este trabajo fueron: i) aislar y
seleccionar microorganismos lixiviantes de un MSRP ii) adaptar
estos microorganismos a una elevada concentración de
plata.
1. Análisis del mineral sulfurado refractario
de plata.
Se realizó un análisis de
difracción de rayos X para
determinar la concentración de plata y según
describen Bacelar-Nicolau y Johnson, (1999) y Ballesteros et
al., (2001).
2. Aislamiento de Thiobacillus spp.
Se realizó en matraces Erlenmeyer con 500 mi de 9
K con 5% y 10% w//v del MSRP; los matraces se incubaron en
agitación a 200 rpm por 15 días
(Sánchez-Yáñez, 1998).
3. Medio de cultivo
El mineral MSRP se obtuvo de la mina "La Guitarra"
Temascaltepec, Edo. de México. Se
mezcló con el medio de cultivo 9K con la siguiente
composición en g/L: NaCO3 1.0;
NH4CL, 1.0; MgS04, 0.7;
K2HP04, 0.5 ; FeS04 100 ppm o
con la del medio 9K modificado, g/L;
NH4S04, 8.0 y 7.0; NH4Cl, 5.0;
NH4NO3 5.0; KCL, 1.5; MgSO4,
3.0; ZnSO4, 0.1; MgCl2, 4.0 ;
CaNO3 5.0; CaSO4, 1.5; NaC1, 1.5;
K2HPO4, 2.0; FeSO4, (121
°C/15 min) 2.0; pH=1.5 ajustado con
H2SO4 o NaOH según el
caso.
4. Determinación de la BL del MSRP.
La capacidad de lixiviación de las bacterias se
analizó durante el período de incubación
para establecer la cantidad del azufre oxidado del MSRP, por
cuantificación de la concentración del sulfato
(determinación indirecta), en comparación con el
matraz con el 9K con el MSRP esterilizado sin inocular con
Thiobacillus, éste se consideró como el
control
absoluto.
Las bacterias con la máxima capacidad de
lixiviación se usaron como base para aumentar como
inóculo para la prueba de adaptación y resistencia
al nitrato de plata, en este caso por determinación de la
plata lixiviada se realizó por absorción
atómica y/o la concentración de sulfatos por
Thiobacillus (Touvinen et al., 1971; Murr et
al., 1978; Lundgren y Silver, 1980; Lawrence 1983; Touvinen
et al.,1985; Schrenk et al., 1998; Rawlings et
al., 1999).
5. Adaptación bacteriana a la elevada
concentración de Ag.
Esta selección
de la resistencia Thiobacillus a la plata se logró
en matraces de 250 mL con 30 mL de 9K; 30 y 35 mg/mL de nitrato
de plata (AgNO3) Los matraces se incubaron a 30°C
en un agitador rotatorio a 200 rpm/14 días para determinar
la concentración de sulfatos (SO24)
producida como medida de que la plata no inhibió la BL
(Lynn, 1997).
La figura 1 muestra la
eficiencia de la bacteria quimiolitotrófica
acompañantes del MSRP para lixiviar la plata, lo que
indica que en la naturaleza
existe el potencial en los microorganismos que habitan en
ambientes de minas y que son parte a los minerales de diversa
ley
(Bañuelos, 1994; Guerrero, 1998a;
Sánchez-Yáñez 1998, Trupti et
al.,1999), estas bacterias nativas de zonas mineras son
fácilmente aisladas, adaptables a diferentes condiciones
de cultivo y dada su flexibilidad bioquímica
para crecer con relativa rapidez en la condición
artificial del medio de cultivo, por tanto, es posible mediante
una selección cuidadosa emplear aquellos con el mayor
potencial de lixiviación (Schrenk et al., 1998;
Orrantia et al., 1999; Rawlings et al.,1999;
Sánchez- Yáñez y Farías
Rodríguez, 2000).
En base a que las principales características de
estos microorganismos son: su abundancia en ese ambiente por
adaptación fisiológica derivada de propiedades
genéticas intrínsecas que les permite sobrevivir en
principio y luego usar el mineral como fuente de energía
para posteriormente crecer, son relativamente sencillos para
obtener con eficiencia la explotación de MSRP
(Sánchez-Yáñez, 1995; Ballesteros et
al., 2001).
En la figura 2 se muestra la producción de
sulfatos por Thiobacillus sp, género que de acuerdo
con el análisis de su comportamiento
bioquímico fue el grupo bacteriano más abundante en
el ambiente de la mina y en el MSRP (Bacelar-Nicolau, Johnson,
1999; Bañuelos).
En esta figura la cantidad de sulfato generada por la
oxidación del azufre del MSRP, causó un incremento
en la concentración de plata en solución y como
resultado el Thiobacillus original sin previa
adaptación a este metal fue incapaz de crecer (Cervantes,
1992 y Guerrero, 1998 y 1998) mientras que el Thiobacillus
previamente seleccionado y adaptado de manera gradual a
concentraciones mayores de plata biolixiviada, el MSRP sin
problema y en mayor concentración que el
Thiobacillus no adaptado a la concentración
elevadas de plata (Cervantes, 1992 y Edwards, et al.,
2000) lo cual sugiere que es posible mejorar la extracción
de plata a partir de este tipo de mineral, sin causar daño
al ambiente o incrementar el costo de
producción.
Agradecimientos
Al CONACYT, proyecto
"Biolixiviación de minerales concentrados refractarios
sulfurados de oro y plata "No. 0944P-A9507. A la CIC-UMSNH
Proyecto 2.7 (2005-2006) por las facilidades para la
publicación de este trabajo.
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Figura 1. Lixiviación de un
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Gutiérrez O. J. J.*,
Ramírez C. J.**.,
Sánchez-Yáñez;
J.M.*+
Microbiología ambiental *
*+autor correspondiente
Instituto de Investigaciones Químico
Biológicas, Ed. B-1.
**Metalurgia
extractiva, Instituto de Investigaciones
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Universidad Michoacana de San Nicolás de
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Morelia, Michoacán México.