Clase 3 Lixiviacion Microbiana

PROGRAMA DE DOCTORADO EN INGENIERIA DE PROCESOS DE MINERALES

Lixiviación Microbiana Del ADN a las aplicaciones aplicaciones industriales en la Minería

Dr. Mario Esparza Mantilla Laboratorio de Biominería. Departamento de Acuicultura & Centro de Bioinnovación de A ntofagasta (CBIA). Facultad de Recursos del Mar. Universidad de Antofagasta. Chile. [email protected]

Contenidos de la Clase

Clase 3: LIXIVIACION MICROBIANA

Microbiología

Biotecnología

LIXIVIACION MICROBIANA

Bioingeniería

Ecología Molecular

A. ferrooxidans ferrooxidans


Biominería

Biodiversidad Microbiana

Biolixiviación de minerales . ) 1 0 0 2 ( s l o c y M , a z r a p s E

Biorreactores en biominería

Aplicaciones Biotecnológicas

LIXIVIACION MICROBIANA Biominería ) p o r d r a W , r e t r a C y d n A ( t n a l p e s e s a K

. ) 0 1 0 2 ( s l o c y t i m m a Z

Ventajas • • •

•

Económico ( costo-eficacia). Amigable al medio ambiente. Aplica a procesos con yacimientos de baja ley de metales. Proceso muy antiguo que a la actualidad ampliamente es usado en la industria minera.

Disciplina que estudia y aplica la utilización de microorganismos para facilitar la extracción y recuperación de metales desde yacimientos (conteniendo hierro y/o sulfuros) minerales, concentrados sulfurados en pilas o biorreactores.

LIXIVIACION MICROBIANA Biominería Planta de producción de cobre por Biominería. México (2002). Fuente MinteK

Biominería Biolixiviación Biooxidación Biomineralización

La Biominería aplica la biotecnología a la industria minero metalúrgica en tres bioprocesos (Biolixiviación, Biooxidación y biomineralización) para lograr la purificación de metales, cada uno emplea microorganismos específicos con variaciones con el sustrato (minerales) y los productos (Iones, metales, polímeros, ácidos, etc) para aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.

LIXIVIACION MICROBIANA La Biominería implica:                 

Biolixiviación / Biooxidación/biomineralización Biosorción de metales tóxicos y valiosos Bioremediación Fitoremediación Biosensores. Biomonitores. Biomarcadores. Diseño de bioreactores e Ingeniería ecológica Tratamiento biológico de efluentes y desechos: drenajes ácidos, efluentes cianurados. Mejoramiento genético Reducción pasiva y activa de sulfatos Pantanales o wetlands modificados con ingeniería Biocidas en pilas de roca estériles Ingeniería ecológica para purificación de soluciones Tapones biológicos impermeabilizar superficie de botaderos. Fosfato de origen biológico para estabilizar residuos. Tratamiento biológicos de aguas residuales. Biosurfactantes Biofiltros para tratamiento de gases tóxicos, otros mas … Ly, M (2009). Conferencia Nacional de Biot ecnología -Perú.

LIXIVIACION MICROBIANA Biominería y perspectivas         

Mayor Conocimiento científico y tecnológico Análisis de genomas Microbianos Desarrollo de procesos, diseño de reactores, modelamiento: multidisciplinario Intervención e interés de la industria Escalamiento: obtención de condiciones operativas Más Amigable con el medio ambiente Proceso eficiente y económico Mejora las oportunidad para la comunidad Desarrollo comercial. Patentes.

Ly, M (2009). Conferencia Nacional de Biot ecnología -Perú.

LIXIVIACION MICROBIANA Biolixiviación M2+ Fe2+

Fe3+

. ) 0 1 0 2 ( s l o c y t i m m a Z

SO42- +

2H+

S° Sulfuro Metálico (MFeS2)

M2+

Bacterias Biolixiviantes

Mecanismo por el cual los microorganismos o sus productos atacan o se adhieran al mineral para lograr la solubilización de metales generando ion férrico ( Fe 3+) y ácido (H2SO4).

LIXIVIACION MICROBIANA Biolixiviación “Heap” (pila) Planta de producción de cobre por Biominería. ( 20 000 Tn). Fuente MinteK

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Utilizado para minerales oxidados y/o sulfurados de cobre. Las pilas son 5 a 50 m de altura de mineral triturado. La base es permeable cubierta de polietileno de alta densidad o PVC. Existe poco control microbiológico. Bajos costos de operación.

LIXIVIACION MICROBIANA Biolixiviación “Heap” (pila)

Chuquicamata -Chile: 62 000 Tn (2003)

En las pilas de biolixiviación se realiza la transformación de un compuesto metálico insoluble a su forma soluble (oxidación de un sulfuro metálico a sulfato metálico, ej.: De CuS a Cu2SO4) por acción de microorganismos.

LIXIVIACION MICROBIANA Mecanismo celular de biolixiviación de pirita

Pirita con microorganismos

Pirita sin microorganismos

Rawlings, D.(2002). Annu. Rev. Microbiol. 56:65 –91.

Mielke, S y cols.(2003). Geobiology (2):81 –90.

LIXIVIACION MICROBIANA Pulpa de Biolixiviación • • • •

Se agrega mineral sólido Existen elementos que pueden reducir el Fe +3 generado. Las bacterias pueden adherirse a los sólidos. Se generan nuevos productos de reacción en solución y sólidos.

Mineral

Solución de bacterias

Pulpa

Discusión: balances, restricciones por déficit reactivos (ácido, O 2, CO2, impurezas), recuento bacterias adheridas.


Pilas de biolixiviación Condiciones de operación • • •

• • • • •

Disponibilidad de oxígeno. Temperatura. Permeabilidad líquida y gaseosa. Control de pH Calidad de solución. Disolución de hierro. Calidad de irrigación. Sistema de drenaje PLS. ¿Cuantas bacterias se necesitan en una pila?

LIXIVIACION MICROBIANA Efecto de los reactivos en los procesos de biolixiviación

EFECTO DE LOS REACTIVOS DE FLOTACIÓN Los reactivos de flotación pueden adherirse a los minerales, lo que impediría la adherencia de los microorganismos, impidiendo su desarrollo (crecimiento) y actividad oxidativa sobre los minerales.

EFECTO DE REACTIVOS DE EXTRACCIÓN POR SOLVENTES El efecto de estos reactivos sobre los microorganismos sería similar pero menos intensos. También serían inhibidores del crecimiento y de la generación de iones Fe(III).

LIXIVIACION MICROBIANA Del Laboratorio a escala Industrial (µg → tons )

Cu : 99-90% Tiempo: 15-60 días Bacterias: 107- 108cel/ml

Cu : 85-95% Tiempo: 60-180 días Bacterias: 106- 107cel/ml

Cu: 65-85% Tiempo: 300-700 días Bacterias: 104- 105cel/ml

Siendo las condiciones son desfavorables que microorganimos son capaces de desarrollar en dicho habitat.

LIXIVIACION MICROBIANA Biooxidación

Oro pH ácido

Antes

. ú r e P I C E ) 2 0 0 2 ( M , y L

Después

Mecanismo por el cual los microorganismos descomponen la matriz del mineral y permiten exponer el metal atrapado para lograr que un agente químico (cianuro) potencie su proceso de extracción. A diferencia de la biolixiviación no se produce férrico y ácido; puesto que , la biooxidación es un proceso en donde los microorganismos no solubilizan el metal.

LIXIVIACION MICROBIANA Biooxidación

Oro pH ácido

Antes

. ú r e P I C E ) 2 0 0 2 ( M , y L

Después

La Biooxidación involucra el pretratamiento que realizan las bacterias a minerales/concentrados refractarios de oro (arsenopirita, pirita) permitiendo que el valor metálico permanezca en la fase sólida ( insoluble) para ser recuperado a través de la cianuración y la solución es descartada previo tratamiento (neutralización).

LIXIVIACION MICROBIANA Biooxidación de arsenopirita (oro): Pasos a seguir

LIXIVIACION MICROBIANA Biooxidación de arsenopirita (oro): Cianuración

LIXIVIACION MICROBIANA Biomineralización Nano partículas de mineral

Oro

Bacteria

pH ácido EPS

Antes

. k e t n i M ) 9 0 0 2 ( P , n e d a t S n a v

Después

Mecanismo por el cual se degradan y/o digieren los minerales por acción de los microorganismos (o sus productos: enzimas o sus asociaciones: biopelículas) hasta formar nano partículas ( 10 nm) que presentan fases en solución con producción de coloides, en cuya matriz nano bioorgánica pueden presentarse compuestos como Exopolisacáridos (EPS), cápsulas orgánicas, glóbulos de politionatos, restos de cadáveres celulares, asociados al mineral.

LIXIVIACION MICROBIANA Biolixiviación en Biorreactores Tanque aireados y agitados

. ) 1 0 0 2 ( s l o c y M , a z r a p s E

Gericke, M. y cols. (2010). Hydrometallurgy . 104: 414-419.









LIXIVIACION MICROBIANA Biorreactores Tanque aireados y agitados

Rawlings. D. y cols. (2003). Trends in Biotechnology. 21(1):38-44.









LIXIVIACION MICROBIANA Biomineralización en Biorreactores Tanque aireados y agitados




Clase 3 Lixiviacion Microbiana

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