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Lixiviación bacteriana de un mineral sulfurado refractario argentífero




Enviado por syanez



    1. Resumen
    2. Introducción y
      antecedentes
    3. Resistencia bacteriana a los
      metales pesados
    4. Materiales y
      métodos
    5. Resultados y
      discusión
    6. Literatura
      citada

    Resumen

    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.

    Introducción y
    antecedentes

    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.

    Materiales y
    métodos

    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).

    Resultados y
    discusión

    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.

    Literatura
    citada

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    Figura 1. Lixiviación de un
    mineral argentifero por Thiobacillus sp

     

    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
    Metalúrgicas,

    Universidad Michoacana de San Nicolás de
    Hidalgo,

    Morelia, Michoacán México.

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