Bioextraccion de Metales

Bioextraccion de metales El uso de material biológico en la extracción o recuperación de metales puede realizarse de diferentes formas. La recuperación y eliminación de metales de residuos domésticos o industriales ha sido tratada en el cap. 4 una diversidad de microorganismos microorganismos tienen la capacidad capacidad de solubilizar los metales metales a partir de depósitos metálicos insolubles normalmente sulfuros. Esta capacidad conocida como Biolixiviación Biolixiviación se  se a utilizado para extraer metales a partir de menas metálicas de baa ri!ueza y en algunos algunos casos este este proceso se realiza realiza in situ "#urtin $%&'( La biolixiviacion también es un método alternativo de extraer metales de menas dif)ciles "recalcitrantes( "recalcitrantes( y ha sido utilizado para re*extraer los residuos de las las minas "+ossi. $%%,( $%%,( la biolixiviacion biolixiviacion tiene la ventaa de !ue es un proceso !ue re!uiere poca energ)a comparado con la extracción tradicional de la mena. mena. -o está afectado por el contenido metalico metalico de las menas. El cual tiene un efecto signicativo en el coste del proceso tradicional. Los residuos de las minas también sufre biolixiviacion natural no controlada !ue puede producir un lixiviado fuertemente acido !ue puede contaminar el medio ambiente. Esto puede ser eliminado con la Biolixiviación controlada controlada Esta tecnolog)a/ llamada hidrometalurgia/ es preferible desde el punto de vista de su impacto ambiental y de su rentabilidad. rentabilidad. 0or lo visto/ aun!ue algunas actividades mineras no son fácilmente reemplazables/ reemplazables/ se busca lograr !ue tengan el menor impacto ambiental posible. En este sentido/ se espera !ue los avances cient)cos en una de las áreas de la biotecnolog)a biotecnolog)a llamada llamada biominer)a/ permitan reducir reducir el impacto ambiental negativo en estas operaciones mineras.

Cómo actúan las bacterias mineras Las bacterias mineras logran hacer solubles los minerales. Los microorganismos microorganismos realizan esta tarea como parte de sus procesos metabólicos/ simplemente alimentándose de los minerales "son !uimiolitoautotrócas o !uimioautótrofos(. 1urante el proceso/ las bacterias 2comen3 electrones/ electrones/ los cuales son extra)dos de los minerales. Estos electrones forman una especie de bater)a dentro de la bacteria/ creando una diferencia de potencial !ue genera energ)a/ al igual !ue en una pila. Esta energ)a es almacenada para luego utilizarla en los distintos procesos metabólicos. demás/ estos microorganismos necesitan carbono/ pero lo obtienen del aire en forma de #56/ no de los hidratos de carbono.  este tipo de microorganismos se los llama 7bacterias oxidantes7 por!ue al obtener los electrones oxidan ciertos minerales. La utilización de bacterias permite explotar recursos minerales !ue son muy dif)ciles y costosos de lixiviar !u)micamente. En cambio estos microorganismos son muy ecientes y económicos ya !ue crecen naturalmente en estos medios. La primera bacteria identicada capaz de lixiviar fuecidithiobacillus ferrooxidans. ferrooxidans. 8ue en $%49 cuando se descubrió !ue era la responsable del gran deterioro !ue sufr)an los e!uipos metálicos en las instalaciones de una mina

espa:ola/ debido a su gran capacidad de oxidación de las aguas. 1iez a:os más tarde se encontró la misma bacteria en drenaes ácidos de minas de carbón a cielo abierto.

El nombre de esta bacteria extremóla indica varias cosas; cidithiobacillus/ es acidólo/ por!ue crece en p< ácido/ es thio/ por!ue es capaz de oxidar compuestos de azufre y es un bacillus/ por!ue tiene forma de bastón/ y ferrooxidans/ por!ue además puede oxidar el
Estas bacterias extremólas "ver #uaderno -= >9( lixivian/ es decir/ disuelven las rocas o minerales y los solubilizan. ?ediante una reacción de oxidación/ convierten al @ulfuro de #obre "#u@( !ue es sólido en @ulfato de #obre "#u@54( soluble en solución acuosa/ a partir de la cual se puede recuperar el cobre como metal. El metal se recupera utilizando electrodos de acero "planchas( sobre los !ue/ por un proceso electro!u)mico/ se deposita el cobre precipitado. s)/ se obtienen cátodos de cobre de alta pureza/ listos para ser exportados.  partir de una serie de experimentos !ue se desarrollaron en @udáfrica se descubrió !ue si se conservan estas bacterias en agua con un bao contenido de ácido y azufre a una temperatura de unos 9> grados cent)grados/ en cuatro d)as pueden convertir el mineral de cobre en un a solución de ', gramos de cobre puro por cada litro de agua/ la cual es luego enviada a una rener)a/ donde se desarrollan las etapas de extracción y puricación. El cobre es el metal !ue se recupera en mayor medida por esta metodolog)a. #hile/ !ue comparte la cordillera y sus recursos mineros con nuestro pa)s/ es el mayor exportador mundial de cobre y obtiene aproximadamente el > A por biolixiviación.

Otras bacterias que “comen” minerales demás de cidithiobacillus ferrooxidans/ existen otras bacterias !ue solubilizan minerales de sulfatos de elementos de transición "como por eemplo/ cobre(. Entre ellas se encuentrancidithiobacillus thiooxidans/ cidithiobacillus caldos y Leptospirillum ferrooxidans. El uso de estas especies de bacterias en biominer)a a nivel industrial/ está asociado directamente a su carácter de acidólos "2anes a los ácidos3( y a los escasos re!uerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios/ debido a !ue no re!uieren fuentes orgánicas de energ)a ni mantenimiento de temperaturas elevadas. Las especies correspondientes al género cidithiobacillus son capaces de catalizar la oxidación de compuestos reducidos de azufre "como sulfuro/ azufre elemental/ tionatos/ etc.( utilizando ox)geno como aceptor electrónico y

generando ácido sulfrico como producto nal/ segn la siguiente ecuación !u)mica;

1e este modo/ estas bacterias pueden ser utilizadas en forma directa/ para la recuperación de metales asociados a sulfuros "en la medida !ue los sulfatos respectivos sean solubles(. s)/ si ? representa a un metal asociado a sulfuros/ estos microorganismos catalizan la siguiente reacción;

demás/ cidithiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans son capaces de catalizar la oxidación de hierro "CC( también en condiciones aeróbicas;

Estas bacterias hierro*oxidantes/ pueden contribuir a la disolución de los sulfuros metálicos por v)a indirecta/ ya !ue el 8e'D generado en la reacción anterior/ es un agente oxidante !ue puede atacar !u)micamente a los sulfuros;

Este segundo mecanismo "denominado indirecto( es especialmente interesante dado su carácter c)clico "el 8e6D obtenido en "4( es nuevamente utilizado en "'((.

El desafío de la biotecnología El gran desaf)o de la biotecnolog)a es incrementar signicativamente la obtención de metales mediante este proceso de bao costo y más amigable con el medio ambiente. Esto se podrá conseguir conociendo meor estas bacterias y haciendo su función más eciente en el proceso tecnológico. La biotecnolog)a a escala productiva/ permitirá aumentar signicativamente la extracción del cobre y otros metales/ y hará viable técnica y económicamente la explotación de metales en baa concentración dentro del mineral.

@on varias las ventaas de la tecnolog)a microbiana "biominer)a( sobre los métodos no biológicos/ entre ellas;  +e!uiere de poca inversión de capital "las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas(.  Baos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalrgicas.  +elativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.  0ermite el tratamiento de minerales con bao contenido de metal en las minas/ los !ue no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales y habitualmente se acumulan sin ningn tipo de tratamiento.  0ermite explotar los recursos mineros en forma más limpia y más económica siendo esta otra ventaa competitiva.

Benefcio de Minerales @e trata de procesos microbianos destinados a aumentar la calidad y por ende el valor económico de distintos minerales a través de transformaciones microbianas de compuestos contenidos en dichos minerales. 0or eemplo; Decoloración de talcos y caolines . @e ha aplicado a talcos y caolines !ue contienen hierro el cual les conere coloración. La reducción microbiana de hierro férrico a ferroso permite separarlo/ beneciando as) materias primas destinadas a la producción de porcelana. Benefcio de minerales de manganeso. En minerales de manganeso es posible aumentar la ley de manganeso "concentrarlo(/ transformar distintos óxidos de manganeso en pirolusita/ liberar el hierro y liberar el fósforo contenido/ paara cumplir con las caracter)sticas del mineral de manganeso re!ueridas por la industria del acero. Detección de yacimientos de azure nativo . El %% A del azufre nativo presente en la corteza terrestre es de origen microbiano. El trazado de mapas a partir de las concentraciones de los microorganismos involucrados permite detectar y acotar la zona de yacimientos de azufre nativo. Desarrollo de procesos para producir azure a partir de sulatos . Están en desarrollo procesos llevados a cabo con los mismos microorganismos de la aplicación anterior/ imitando y optimizando lo !ue sucede en la naturaleza.

Recuperación de metales de los residuos de minería La investigación sobre bacteria !ue oxidan el hierro y azufre en $%6,*$%', da lugar al nacimiento d ela biolixiviacion Bryner et al. "$%>4( describieron con las piritas de hierro y el sulfuro de cobre pod)an ser oxidados por la bacteria acida thiolacillus. En la mina a cielo raso de Fennecott Binghan #anyon. Este trabao dio lugar a la primera patente en $%>& "Gimmerley et al. $%>&(. La miner)a dea atrás grandes cantidades de menas de baa calidad !ue son demasiado baas en contenido metálico para usticar la extracción convencional. Esta es una perdida considerable de metal y cual!uier proceso para extracción económica de ese material será de un valor considerable. @e ha demostrado !ue los microorganismos pueden extraer cobalto/ ni!uel/ cadmio antimonio/ cinc/ plomo/ galio/ indio/ magnesio/ cobre y esta:o de menas de sulfuros. 1esarrollos recientes han demostrado !ue se puede extraer oro de menas piritas @e ha aislado diferentes bacterias de la biolixiviacion natural y comercial !ue son capaces de degradar sulfuros metálicos. Hna extensa lista de los organismos !ue se sabe !ue tienen capacidad de biolixiviacion ga sido publicada en Frebs et al "$%%9(/ se han clasicado segn su temperatura optima de crecimiento "Iabla 9.'( los importantes mesolos. Jue crecen a 6>* '>K# son !uimiolitotrofos y altamente acidolos "p< $/>*6/,( e incluyen thiobacillas ferrooxidaus. Ihiobacilius thiooxidans y leptospiritium ferrooxidans

5rganismo

Iemperatura optima de

@ustratos utilizados

?esolos  Ihiobacillus ferrooxidous Leptospirillus ferroocidaus  Ihiobacillus

crecimiento "K#( ', ', ',

1esuifovibrio spp

',

cidopillium cryptum

',

 Ihiobacillus neopolirames  Iermólos

', ',

@alfalobus bnerleyi  Ihiobacillius I<*$

9, >>

@ulfabacilius thermosuldooxidans

>,

5xida 8e/@/ 6 5 4 @HL8H+5@ ?EILC#5@ 5xida 8e pero no @ 5xida @/ @/6 5 ' pero no 8e o sulfuros metálicos +educe @/ 6 5 4 forma sulfuros metálicos #rece en sustratos organicos 5xida @ a 0<., 5xida 8e/ @/ ?o@ 6 / #u8e@' 5xida 8e/ @ulfuros metalicos pero precisa un sustrato organico 5xida 8e/@

C!"RO #.$ Los !uimiolitotrofos obtienen la energ)a necesaria para su crecimiento compuesto de la oxidación de amonio/ nitratos/ hidrogeno y azufre El carbono necesario para la s)ntesis de los componentes celulares proviene de la ación de dióxido de carbono. lgunos eemplos son thiobacillus y Beggiatoa "+aMlings and @ilver/ $%%>( I. thiooxidans puede utilizar solamente compuestos de azufre reducido y ferrooxidaus puede utilizer solamente iones ferrosos de este modo/ aun!ue ninguno de ellos de forma aislada piede reducir sulfuros metálicos/ untos degradan rápidamente las piritas "8e@ 6(. Las Bacterias termólas tluobacillius I<*$ y sulfulobus crecen en calcopiritas "#u8e@( la mayor)a de estas bacterias re!uieren algn tipo de sustratos orgánicos para un crecimiento vigoroso @. brierleyi es un termólo ectremo !ue puede crecer a 9>K# y puede metabolizar piritas/ calcopiritas y pirroritas "8e@( . ?uchos de los metales de interés comercial se encuentra como su lfuros y a partir de las menas de sulfuro los microorganismos pueden eliminar los metales por lixiviación directa o indirecta. La bacterias implicadas en este tipo

de biolixiviacion son principalmente !uimiolitotrofos y la biolixiviacion directa e indirecta pueden funcionar al mismo tiempo.

%ixi&iación bacteriana Estos procesos también se conocen como Biolixiviación o Biometalurgia y se basan en la capacidad de un grupo de microorganismos de oxidar sulfuros metálicos insolubles a sulfatos metálicos solubles u óxidos insolubles a óxidos solubles "caso del uranio( y por ende extra)bles.  partir de esta propiedad se vienen desarrollado aplicaciones en; La extracción de diversos metales/ fundamentalmente cobre/ a partir tanto de minerales como de concentrados. Bio*deshydrometallurgy Purifcación de metales preciosos/ particularmente oro. plicable al tratamiento de oro refractario a la cianuración por estar en!uistado en sulfuros metálicos. Desulurización de carbón. La combustión de carbones conteniendo azufre como sulfuros o azufre nativo/ produce óxidos de azufre con la consecuente formación de lluvias ácidas. 0rocesos de solubilización de compuestos de azufre contenidos en carbones por lixiviación microbiana están siendo analizados.

#.'.( %ixi&iación )ndirecta Esta lixiviación depende de la capacida de los !uimiolitotrofos para generar iones férricos mediante oxidación de los iones ferrosos solubles. Los iones férricos !ue son agentes oxidantes. 0ueden oxidar el sulfuro metalico/ liberando el emtal como sulfato soluble. El proceso ocurre segn las siguientes ecuaciones ya !ue la mayor)a de las menas contienen pirita "8E@ 6( 6 8E@6 D 956 D 6<65

 68e@54 D 6<6@54



4 8e@54 D 56 D 6<6@54

 68e 6"@54('D6 < 65



mbas reacciones estan catalizadas por la bacteria thiobacillus ferroxidans el ion ferrico oxida el sulfuro a sulfato y el azufre se oxide acido sulfrico generando energ)a en el proceso 8E@6 D 8e 6"@54('D6 < 65

 '8e@54 D6@



6@ D '5 6 D 6< 6 5

 6 <6@54



El ion ferrico formado es un agente oxidante !ue puede reaccionar con otros fulfuros/ como :ps fulfuros de cobre #u8e@6 "calcopirita( #u6@ "calcocita(/ #u8e@ "boronita (y #u@ "covelia ( el acido sulfrico formado mantiene el 0< del medio bao y puede realizarse la lixiviación de otros minerales de cobre. El ciclo completo de muestra en la gura 9.>

#.'.' %ixi&iacion directa En este caso I. ferrooxidans se a alas part)culas de mineral dando lugar a una reacción global mediante reacciones enzimáticas directas 48e@6 D C>56 D 6<65

 D 68e6"@54(' D 6<6@54



lguna de las bacterias implicadas en la lixiviacion de metales se indican en la table 9.6 como puede verse algunas son capaces de crecer hasta 9,K# lo cual es de gran interés ya !ue en algunos sistemas de lixiviación se generan temperaturas de ,*&,K# debido a la actividad biológica