RESUMEN
El presente trabajo de investigación se realiza por motivos de que en la minería la extracción de metales como, oro, cobre, plata, etc., son muy contaminantes aplicando los diversos compuestos químicos, los cuales muchas veces han causado diversos enfermedades y ha generado la muerte de muchos seres humanos, se realizara un periodo de tiempo de 6 meses, con el objetivo de determinar la extracción de metales por medio de las planta, Determinar las propiedades de las plantas que pueden recuperar metales. Determinar si la recuperación de metal por medio de plantas es eficiente. El mecanismo de investigación que se realizara de forma cualitativa, Los estudios realizados de las plantas están referidos a la determinación de las propiedades extractivas de metales, para posteriormente establecer o proponer las plantas con las cuales podemos extraer los metales, Finalmente se realiza la determinación d las propiedades de las plantas, para así establecer un factor de seguridad para la extracción de los metales las cuales se pueden aplicarse en la minería moderna.
INTRODUCCIÓN La Fito minería es una técnica que consiste en el uso de plantas vivas para recuperar metales valiosos en desechos de mina o suelos mineralizados . Esta actividad puede ser aplicada en áreas donde la concentración de metal en el suelo no es adecuada para extraerlo usando tecnologías de minería convencional. Además, esta técnica ha sido sugerida como una posible alternativa para recuperar metales como níquel, talio y oro . De los metales anteriores, el oro captura el más grande interés y ha sido tema de diversos estudios desde 1998 . Anderson et al. (2005) reportaron resultados de una prueba de campo desarrollada en Brasil. En este estudio, un cultivo de Brassica juncea (L.) Czern. (Mostaza india) y Zea mays L. (maíz) fue usado para recuperar oro de minerales de baja concentración después de aplicar una solución de NaCN sobre el suelo para promover la solubilidad del oro y su consecuente absorción por las plantas. En México, algunas pruebas orientadas a la fitoextracción de oro, tanto a nivel de laboratorio como de campo, han sido recientemente desarrolladas para evaluar los rendimientos económicos que podrían ser generados con la implementación de la fitominería en desechos producidos por actividad minera (Wilson Corral, 2008). Los precios actuales del oro en el mercado internacional hacen que la fitominería para extracción del preciado metal esté siendo seriamente considerada como una tecnología económicamente viable y ambientemente sostenible para ser aplicada en áreas donde se depositan suelos de desecho de la actividad minera. Más estudios, tanto a nivel de campo como a nivel de laboratorio o de invernadero, son necesarios para incrementar los niveles de beneficio económico y ambiental que la aplicación de la fitominería puede generar.
MARCO TEORICO PLANTAS QUE SE ALIMENTAN DE METALES:
¿Qué es la Fitominería? Es la utilización de plantas para extraer minerales de la tierra, estas plantas son regadas con el agua de la misma zona y las raíces absorberán los nutrientes y metales, que luego serán extraídos mediante procesos diferentes para cada metal o mineral elegido. Se sabe que existen plantas que tienen estas características y que pueden acumular gran cantidad de diferentes metales, bajo un grado de especialización originado por los terrenos donde han evolucionado y que pueden acumular gran cantidad de determinado metal.
¿Por qué es necesaria esta nueva rama de la minería? La razón fundamental es que la minería irresponsable ha cambiado muchas áreas geográficas en el mundo, en las zonas de explotación mineras, convertidas en inhabitable para seres humanos y la mayoría de animales. Este problema es compartido por ambientalistas de muchas profesiones, que nos preocupamos por el medio ambiente en futuro próximo y presente en muchas zonas de nuestra patria. Ventajas
-Ofrece la posibilidad de explotar minerales o suelos mineralizados que no son económicamente viables por métodos de minería convencional. -Los “bio‐minerales” están virtualmente libres de azufre y su fundición requiere menos energía que los minerales que contienen sulfuros. -La fitominería es una tecnología verde que podría representar una alternativa para la minería a cielo abierto de minerales de baja concentración. DESVENTAJAS
- No se conocen plantas que hiperacumulen oro en forma natural. -El oro muestra escaza solubilidad en ambientes naturales.
Representación esquemática de los procesos involucrados en la Fito extracción de metales desde los suelos
Una planta hiperacumuladora Una planta hiperacumuladora es una planta capaz de crecer en suelos con grandes concentraciones de metales pesados, concentraciones que resultan tóxicas incluso para especies cercanamente emparentadas a la misma. Estas plantas extraen el metal del suelo a través de sus raíces y lo concentran hasta niveles extremadamente altos en sus tejidos, por lo cual son investigadas como agentes de fitorremediación de suelos contaminados y de fitominería (recuperación de metales obtenidos por las plantas). En las especies investigadas no se han encontrado nuevos genes “hiperacumuladores”, sino que son plantas con los mismos genes que sus parientes cercanos que poseen maquinaria genética que capta metales a una velocidad muy baja. Las plantas hiperacumuladoras son más veloces en la captación de metales por las raíces, lo transfieren más rápidamente al tejido vascular del tallo, y lo almacenan en mayores cantidades en sus hojas y raíces
Aplicación de plantas hiperacumuladoras de níquel en la fitoextracción natural: el género Alyssum L. Las plantas metalofitas han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten sobrevivir en suelos ricos en metales, tanto naturales (suelos serpentiníticos o ultramáficos) como antropogénicos. La mayoría consigue su tolerancia restringiendo fisiológicamente la entrada de metales a las raíces y/o el transporte hacia las hojas. Algunas especies, sin embargo, presentan mecanismos extremadamente especializados que les permiten acumular o "hiperacumular" metales (como Cd, Co, Ni y Zn) en sus hojas, hasta alcanzar concentraciones superiores al 2% de su materia seca: son las denominadas "plantas hiperacumuladoras". Las hiperacumuladoras de Ni son mucho más numerosas que las de otros metales. La mayoría de ellas pertenecen a la familia Brasicaceae, siendo Alyssum L. uno de los géneros más representados. La fitoextracción utiliza estas plantas para extraer los metales del suelo y acumularlos en la biomasa aérea. Tras su cosecha, los restos vegetales pueden ser reciclados o confinados de una forma poco costosa, lo que constituye una estrategia económica para la limpieza de
suelos contaminados. Una importante limitación de la aplicación práctica de la mayoría de las especies hiperacumuladoras en la fitoextracción es su reducido tamaño y escasa biomasa. Optimizar las prácticas de manejo del suelo y la cosecha, con el objeto de incrementar su productividad y la concentración de metales en la biomasa, así como cultivar especies hiperacumuladoras mejoradas, podría ser, por tanto, una combinación clave en el desarrollo último de esta técnica.
Los científicos están examinando las plantas que llevarían a cabo esta tarea. Entre ellas se encuentran las llamadas hiperacumuladoras, que en conjunto son unas 400 especies de más de 40 familias de plantas como el sauce, el maíz y la mostaza.
Una planta hiperacumuladora Una planta hiperacumuladora es una planta capaz de crecer en suelos con grandes concentraciones de metales pesados, concentraciones que resultan tóxicas incluso para especies cercanamente emparentadas a la misma. Estas plantas extraen el metal del suelo a través de sus raíces y lo concentran hasta niveles extremadamente altos en sus tejidos, por lo cual son investigadas como agentes de fitorremediación de suelos contaminados y de fitominería (recuperación de metales obtenidos por las plantas).1 En las especies investigadas no se han encontrado nuevos genes “hiperacumuladores”, sino que son plantas con los mismos genes que sus parientes cercanos que poseen maquinaria genética que capta metales a una velocidad muy baja. Las plantas hiperacumuladoras son más veloces en la captación de metales por las raíces, lo transfieren más rápidamente al tejido vascular del tallo, y lo almacenan en mayores cantidades en sus hojas y raíces
Minuartia verna, hiperacumuladora de cobre
Thlaspi caerulescens, hiperacumuladora de zinc
Solanum nigrum, hiperacumuladora de CADMIO
Aplicación de plantas hiperacumuladoras de níquel en la fitoextracción natural: el género Alyssum L. Las plantas metalofitas han desarrollado mecanismos biológicos que les permiten sobrevivir en suelos ricos en metales, tanto naturales (suelos serpentiníticos o ultramáficos) como antropogénicos. La mayoría consigue su tolerancia restringiendo fisiológicamente la entrada de metales a las raíces y/o el transporte hacia las hojas. Algunas especies, sin embargo, presentan mecanismos extremadamente especializados que les permiten acumular o "hiperacumular" metales (como Cd, Co, Ni y Zn) en sus hojas, hasta alcanzar concentraciones superiores al 2% de su materia seca: son las denominadas "plantas hiperacumuladoras". Las hiperacumuladoras de Ni son mucho más numerosas que las de otros metales. La mayoría de ellas pertenecen a la familia Brasicaceae, siendo Alyssum L. uno de los géneros más representados. La fitoextracción utiliza estas plantas para extraer los metales del suelo y acumularlos en la biomasa aérea. Tras su cosecha, los restos vegetales pueden ser reciclados o confinados de una forma poco costosa, lo que constituye una estrategia económica para la limpieza de suelos contaminados. Una importante limitación de la aplicación práctica de la mayoría de las especies hiperacumuladoras en la fitoextracción es su reducido tamaño y escasa biomasa. Optimizar las prácticas de manejo del suelo y la cosecha, con el objeto de incrementar su productividad y la concentración de metales en la biomasa, así como cultivar especies hiperacumuladoras mejoradas, podría ser, por tanto, una combinación clave en el desarrollo último de esta técnica.
Los científicos están examinando las plantas que llevarían a cabo esta tarea. Entre ellas se encuentran las llamadas hiperacumuladoras, que en conjunto son unas 400 especies de más de 40 familias de plantas como el sauce, el maíz y la mostaza.
¿EL NUEVO CAMINO HACIA LA MINERÍA VERDE? -FILIPINAS
Una nueva planta que se alimenta de níquel descubierta en las Filipinas podría ofrecer al sector de la minería una nueva forma de extraer el metal más respetuoso con el medio ambiente. Descubierta por un equipo de investigadores de la Universidad de Filipinas que trabajan en la Isla de Luzón, la nueva especie conocida como ‘Rinorea niccolifera’ (Violaceae) es capaz de absorber cantidades significativas de níquel que podrían ser extraídos para su uso comercial. En un artículo que detalla las características y el aspecto de la planta, los investigadores explicaron su capacidad para recoger niveles de hasta 18.000 partes por millón de níquel en los tejidos de sus hojas mediante la absorción de tierra rica en metales presentes en su entorno, calificándose como níquel-hiperacumulador. En referencia a este aspecto de la planta, los investigadores del Departamento Universitario de Ciencias Biológicas Forestales, aseguran que la capacidad de absorber ciertos metales y metaloides 6 del suelo para acumularlos en los tejidos en concentraciones excepcionalmente altas habitualmente tóxicas sin mostrar ninguna evidencia de estrés fisiológico, es bastante extraño entre las plantas. Este hallazgo prosigue por tanto a los descubrimientos anteriores de plantas que hiperacumulan níquel realizados en Australia Occidental y Sri Lanka. Los investigadores explicaron que la planta podría ofrecer interesantes oportunidades para la industria de la minería de metales, al usarla bien para limpiar los metales tóxicos que quedan tras la finalización de las actividades mineras o alternativamente para ser empleado de forma directa para la extracción del níquel en el lugar deseado, siendo por tanto el metal recuperado a partir de las hojas. El Doctor Agustín Doronila de la Facultad de Química de la Universidad de Melbourne, quien es coautor del artículo de investigación, afirmó que las plantas hiperacumuladoras tienen un gran potencial para el desarrollo de tecnologías verdes como por ejemplo, en la ‘fitorremediación’ y la ‘fitominería’.
La planta hiperacumuladora recién descrita científicamente, la Rinorea niccolifera
La nueva especie, descubierta por el equipo de Edwino Fernando y Marilyn Quimado, de la Universidad de las Filipinas, y Augustine Doronila, de la Universidad de Melbourne en Australia, se llama Rinorea niccolifera, un nombre que refleja su capacidad de absorber níquel en cantidades muy elevadas. La hiperacumulación de níquel es un fenómeno tan extraño que de entre las planta nativas de suelos ricos en níquel sólo hay entre un 0,5 y un 1 por ciento de ellas de las que se tenga constancia documental de que poseen esa habilidad. En todo el mundo, solo unas 450 especies son conocidas por ese rasgo inusual, lo cual es una porción minúscula de las 300.000 especies de plantas vasculares que se estima existen en la Tierra.
Hasta ahora, son algo más de 20 las especies vegetales hiperacumuladoras de este tipo descubiertas en Filipinas. Todo apunta a que este país puede ser el tercer lugar del mundo con mayor biodiversidad de plantas hiperacumuladoras de esa clase. El segundo es Nueva Caledonia con 65 especies. Y el primero, Cuba, con nada menos que 145.
Cientificos alemanes obtienen germanio de las plantas -
Un nuevo proceso desarrollado por científicos alemanes podría tener repercusiones para la industria tecnológica, al haber sido capaces de obtener germanio a partir de las plantas.
El germanio es uno de los materiales más importantes para la industria tecnológica en la actualidad. A pesar de estar presente en muchas partes del mundo, obtener del suelo es un proceso complicado y costoso, que ha terminado por concentrar la mayoría de fuentes del mismo en China. Pero la situación podría cambiar gracias a una tecnología desarrollada por investigadores de la Freiburg University of Mining and Technology , que según ellos mismos podría permitir obtener el material de las plantas. El proceso de fitominería se basa en la plantación de cosechas que se usan para la obtención de energía en terrenos donde se encuentre el material que necesitamos, para luego extraer los materiales directamente de las mismas plantas, que han ido absorbiendo poco a poco del suelo. Obtener el germanio de las plantas, en lugar de directamente desde el suelo, aunque en un principio puede parecer más complejo, a la larga es más práctico y resulta más económico, o al menos eso es lo quee indican los investigadores que han desarrollado el método. La viabilidad del proceso surge gracias a que las plantas pueden utilizarse además para la obtención de energía , de forma que las plantas producen biogás y luego pouede recuperarse el material, haciéndolo algo sostenible.
Tabla 1. Umbrales de concentración de metal en planta utilizados como criterio de hiperacumulación, y número de taxones y familias de plantas hiperacumuladoras
FITORREMEDIACION La fitorremediación aprovecha la capacidad de ciertas plantas para absorber, acumular, metabolizar, volatilizar o estabilizar contaminantes presentes en el suelo, agua o s edimentos como: metales pesados, metales radioactivos, compuestos orgánicos y compuestos derivados del petróleo.
CARACTERISTICAS DE LAS PLANTAS • Deben estar adaptadas a las condiciones ambientales y de suelo. • Deben crecer rápido
. Tener una rápida tasa de crecimiento y alta productividad. • Ser tolerantes a altas concentraciones de metales. • No concentrar tóxicos en partes comestibles. • Las plantas deben ser hiperacumuladoras de metales o ciertas substancias. • Ser especies locales , representativas de la comunidad natural. • Ser fácilmente cosechables. • Según la base de datos PHYTOREM de Canadá. Global, hay cerca de 775 especies de plantas fitorremediadoras
acuáticas y silvestres. • 400 especies son hiperacumuladoras: 75% acumulan Ni.
VENTAJAS • Es una tecnología sustentable. • Es eficiente para tratar diversos tipos de contaminantes in situ. • Es aplicable a ambientes con concentraciones de contaminantes de bajas a moderadas. • Es de bajo costo, no requiere personal especializado para su manejo ni consumo de energía. • Es poco perjudicial para el ambiente. • No produce contaminantes secundarios y por lo mismo no hay necesidad de lugares para desecho. • Tiene una alta probabilidad de ser aceptada por el público, ya que es estéticamente agradable • Tiene una versatilidad potencial para tratar una gama diversa de materiales peligrosos. • Se pueden reciclar recursos (agua, biomasa, metales. }
DESVENTAJAS
.Tienen las desventajas de ser pequeñas y tardar mucho en crecer. Esto es una desventaja ya que el objetivo es utilizar estas plantas o sus características para purificar tierras contaminadas por metales tóxicos – la Fito descontaminación
¿QUÉ SON LOS METALES PESADOS? • Son aquellos cuya densidad es por lo menos cinco veces mayor que la del agua. El término de metal pesado refiere a cualquier elemento químico metálico que tenga un relativa alta densidad y sea tóxico o venenoso en concentraciones bajas. . ¿CUÁLES SON LOS METALES PESADOS? • Arsénico (As), Cadmio (Cd), Cobalto (Co), Cromo (Cr), Cobre (Cu), Mercurio (Hg), Níquel (Ni), Plomo (Pb), Estaño (Sn) y Zinc (Zn). . ¿DÓNDE SE ENCUENTRAN LOS METALES PESADOS? • Los metales pesados proceden mayoritariamente de la contaminación ambiental producida por la industria. Una vez depositados en aire, agua y suelo, llegan a los humanos a tra vés de la agricultura. PLANTAS QUE TOLERAN O UTILIZAN METALES PESADOS La mayoría de las plantas capaces de crecer en tierras ricas en metales lo hacen excluyendo iones potencialmente tóxicos de sus sistemas de raíces. En otras plantas, los metales son utilizados como micro nutrientes, aunque a menudo aún concentraciones mínimas saturan a la planta. La habilidad de tolerar la presencia de metales pesados está determinada por el nivel de variación genética del individuo. Las plantas más tolerantes son las conocidas como "hiper acumuladores de metales".
Existen varias técnicas de fitorremediación aplicables a suelos contaminados con elementos tóxicos: .Fitoextracción .Fitoestabilización .Fitodegradación .Fitovolatilización .Fitorrestauración
La Fitoextracción o Fitoacumulación • El uso de plantas para remover metales desde el suelo, transportarlos y
concentrarlos como biomasa en la parte superficial (plantas hiperacumuladoras: Brassica y plantas con mucha biomasa). Brassica juncea – acumula selenio, sulfuro, plomo, cromio, cadmio, níquel, zinc y cobre. • Estas posteriormente se cortan o se cosechan y se incineran.
Fitoestabilización • Se basa en el uso de plantas tolerantes a metales para inmovilizarlos a través de su absorción y
acumulación en las raíces o precipitación por exudados de la planta (gomas y resinas insolubles) en la rizósfera,
disminuyendo su movilidad y biodisponibilidad para otras plantas o microorganismos en suelos donde la gran cantidad de contaminantes imposibilita la fitoextracción.
Fitodegradación • Se refiere a la degradación o eliminación de contaminantes tóxicos a través de las enzimas de las plantas, o por la acción de microorganismos rizosféricos
Fitovolatilización • Cuando los arboles absorben agua contaminada con compuestos tóxicos volátiles, eliminan la
gran mayoría del COV en la evapotranspiración de las hojas.
Fitorrestauración • Está referida a la reforestación de áreas contaminadas con especies resistentes de rápido
crecimiento, que previenen la migración de partículas contaminantes y la erosión de los suelos.
PLANTAS DE FITORREMDIACION
APROVECHAR LAS CARACTERÍSTICAS DE ESTE TIPO DE PLANTAS El objetivo es transferir la cualidad hiper acumulativa, utilizando técnicas de ingeniería genética, a especies mayores, más robustas y que crezcan más rápidamente. Hay que sobre expresar estos genes en plantas transgénicas que mostraran las características de hiper acumulación y de una gran tolerancia a metales. Para que esto sea posible es necesario un progreso en la identificación de las propiedades metabólicas clave que permiten a estas plantas tolerar concentraciones elevadas de metales pesados
PROCEDIMIENTO PARA UNA OPERACIÓN DE Y FITOMINERÍA EN EL CAMPO
