Archivos mensuales: Diciembre 2007

Buscan Suspender Faenas Mineras de MSX

En San Luis de Potosí buscan suspender faenas de la Minera San Xavier en Cerro San Pedro, donde la transnacional canadiense Metallica Resources Inc. es dueña.

San Luis cuenta con el apoyo de agrupaciones miembros de la sociedad civil de Canadá y de la Provincia de Quebec, las cuales enviaron una carta a la Comisión de los Derechos Humanos de América Latina.

Minera San Javier cuenta con una mina a cielo abierto o rajo abierto, además del proceso de ‘Lixiviación’ a través de cianuro de sodio, para la extracción de oro y plata.

Trabajos Investigativos sobre la Lixiviación

Se acaba de inaugurar una sección en Lixiviación.com que recopilará todos los Trabajos Investigativos, Tesis, etc, sobre la Lixiviación, Biolixiviación, etc.

Esta nueva sección llamada Trabajos sobre Lixiviación está abierta a todos los visitantes, sin necesidad de inscripción, ni pago alguno, ya que todos los trabajos ahí presentados fueron obtenidos de forma gratuita en la red.

Al momento de ser escrita esta noticia se pueden encontrar los siguientes Trabajos o Tesis sobre Lixiviación y Biolixiviación:

Quedan invitados a aprovechar esta valiosa recopilación, y por supuesto son bienvenidos a aportar información respecto a la Lixiviación.

Biolixiviación o Lixiviación Bacteriana

Indice
1. Introducción
2. Microrganismos y su aplicación en la biogeotecnología de metales.
3. Composición de medios nutrientes
4. Adosamiento Bacteriano Y Mejoramiento De Cepas
5. Concentración Por Flotación

1. Introducción

La biolixiviación de minerales, concentrados y relaves sulfurados que contienen Au y Cu encapsulados es un concepto relativamente nuevo en comparación a los procesos de tostación, oxidación a presión y/o oxidación química, y rápidamente fue establecido como un pre-tratamiento alternativo de oxidación viable.
La técnica de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus Ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato, y para oxidar el ión ferroso a ión férrico. El Thiobacillus Ferrooxidans es eficaz en ambiente ácido, aeróbico, móvil y quimioautotráfico y se presenta en forma de bastoncitos de 1-2 ìn de largo por 0.5-1.0 ìn de ancho, gran negativas. Presentan punto isoeléctrico entorno de 4.0 – 5.0 y se desenvuelven en el intervalo de temperatura de 28 – 35 C. La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus Ferrooxidans es el ión Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre y sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismo a base de N, P, K, y Mg, Ca, como elementos de trazo.
La biolixiviación de sulfuros como proceso biohidrometalúrgico involucra un conjunto de reacciones químicas, metabólicas, enzimáticas y no enzimáticas, en el cuál el mineral insoluble es oxidado y otros metales de interés son liberados en solución.

2. Microrganismos y su aplicación en la biogeotecnología de metales.

Microorganismos y áreas de aplicación en hidrometalurgia
Hasta ahora los siguientes procesos microbiológicos son de importancia en la hidrometalurgia.
a) Oxidación de sulfuros, azufre elemental y fierro ferroso.
b) Producción de compuestos orgánicos, peróxidos, etc. por microorganismos organotróficos, los cuales atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con valencia variable.
c) Acumulación de elementos químicos o su precipitación por microorganismos.

Rol de la bacteria en la oxidación de Fe2, S y sulfuros.
La oxidación de Fe3, S y sulfuros esta mediada básicamente por las bacterias del género Thibacillus, Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus y Acidianus. Especialmente importante para la hidrometalurgia son las bacterias acidofílicas, a bajos valores de pH los metales son solubilizados y pueden eventualmente recuperarse como un producto comercial.

Oxidación de Fe2+, S.
Tabla Nº 1. Microorganismos de importancia en Hidrometalurgia (Anexo)
Ferroxidans y otras bacterias. La reacción de oxidación se realiza probablemente de acuerdo al esquema siguiente:
bacteria
4Fe2 + O2 + 4H4 ———-> 4Fe3+ + 2H2O (1)
G300C = -38.0 Kj.mol-1
Esta reacción es importante para lixiviación de metales pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones; obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox en el medio.

Oxidación de los sulfuros.
La bacteria es capaz de oxidar los siguientes sulfuros.
– Pirita y Marcasita (FeS2)
– Pirrotita (FeS)
– Chalcopirita (CuFeS2)
– Bornita (Su,FeS4)
– Covelita (Cu2S)
– Tetrahedrita (Cu8SB2S7)
– Enargita (3Cu2,S.AS2S5)
– Arsenopirita (FeAsS)
– Realgar (AsS)
– Orpimenta (As2S3)
– Cobaltita (CoAsS)
– Petlandita (Fe,Ni)9S8
– Violarita (Ni2FeS4)
– Bravoita (Ni,Fe)S2
– Milerita (NiS)
– Polidimita (Ni3S4)
– Antimonita (Sb2S3)
– Molibdenita (MoS2)
– Esfalerita (ZnS)
– Marmatita (ZnS)
– Galena (PbS)
– Geocronita Pb5(Sb,As2)S8,Ga2S3

Mecanismos de oxidación bacterial de Fe2 +, S y sulfuros
La oxidación de Fe2+ y compuestos reducidos de azufre; por la bacteria es en extremo complejo y un proceso de múltiples etapas las cuales no han sido profundamente investigadas.
Involucra la adhesión bacteriana a minerales, su destrucción, solubilización de azúfre, transporte de S, Fe2+ o iones de otros metales hacia la célula y su oxidación.
Como ha sido demostrado por la oxidación de la pirita, por T. ferrooxidans, el potencial electrodo mineral (EP) es considerablemente bajo mientras que el potencial redox del medio (Eh) es alto, produciendo un medio oxidante.
En ausencia de bacterias, mientras EP de la pirita y Eh del medio tienen similares valores, la oxidación no se realiza.
Este modelo ha sido también propuesto para otros minerales. En una mezcla de diferentes sulfuros formando parejas galvánicas la bacteria preferencialmente oxida a aquellos con un bajo EP, por ejemplo: sulfuroanodo.
Obviamente, la dirección de oxidación microbiológica de los sulfuros coincide con la oxidación electroquímica. Por lo tanto puede ser considerado como un proceso electroquímico biológicamente intensificado o corrosivo. También un ataque bacteriano al sulfuro aumenta la deformación de la estructura cristalina facilitando el proceso de oxidación. Ver tabla 3. (Anexo)

Características de las bacterias oxidantes de Fe2+, S y sulfuros.
Género Thiobacillus
Pequeños bacilos gran negativos. Móviles por medio de un flagelo polar. No forman esporas, estrictamente aerobios (excepto Thiobacillus denitrificans, que es aerobio facultativo).
T. ferrooxidans.- Es fácilmente aislado de los drenajes de las minas.
Crecen sobre medio líquido con Fe2+ y Sulfuros, como en medio solido de sílica gel o poliacrilamida.
Características de Thiobacillus acidofílicos quimiolitoautotróficos obligados (Anexo)
Características de los Thiobacillus acidofílicos quimiolitoautotróficos facultativos (Anexo)
Características de las especies del género Sulfobacillus (Anexo)
Características de las especies del género Leptospirillum ferrooxidans (Anexo)
Características de los termoacidofílicos que participan en los ciclos del azufre y fierro (Anexo).
Otros heterotróficos contaminantes de T. ferrooxidans
Asociación sintrófica de bacterias fierro y azufre oxidantes

3. Composición de medios nutrientes

Aislamientos sucesivos de nuevos y ya conocidos microorganismos activos en el proceso biogeoquímico y una alta velocidad de lixiviación de metales depende de la calidad del medio nutritivo. A continuación veremos la composición de los medios nutritivos probados para el aislamiento y cultivo de los microorganismos más importantes en la biogeotecnología de metales.
Metodos de enumeracion de microorganismos
Método de dilución en serie.
Este método es el más antiguo de todos. Aún es muy usado para numerar células viables de microorganismos autotróficos y heterotróficos.
Con la finalidad de obtener la dilución final (1010) se usa el medio nutritivo adecuado en vez del agua. En la práctica para enumerar bacterias en 1 ml de solución ó 1 gr de mineral se usan tablas basadas en la variación estadística de métodos.

Enumeración de colonias
Las colonias son obtenidas por inoculación de medio sólido o por fijación sobre un filtro de membrana después de filtración.
El número óptimo de colonias estimadas por placa está entre 30 – 300.

Enumeración usando un microscopio
La enumeración directa de células es realizada en porta-objetos al microscopio o usando diferentes tipos de cámaras de conteo, por ejemplo: Thoma, Petrov, Hauser, etc. A continuación detallaremos varios métodos modernos para enumeración de T. ferrooxidans. Estos métodos son viables para numerar a estas bacterias sino también para numerar diferentes especies de thiobacillus. Esto es en extremo importante ya que el mismo medio puede ser usado para cultivar bacteria de diferente taxonomía haciendo difícil su identificación.
Método indirecto de tinción de anticuerpos fluorescentes.
Este método viable para la identificación de T. ferrooxidans es un medio mixto de varias horas. Para lo cual se necesita:
a) Filtros del tipo policarbonato;
b) Suero de conejo FITC conjugado comercialmente viable.
c) Suero de conejo anti-T.ferrooxidans sin purificar.

Determinacion de la actividad bacterial
Determinación la fijación de co2
La actividad del crecimiento bacteriano de los quimiolitoautotróficos en botaderos, tanques de lixiviación puede ser determinado por la intensidad de fijación de CO2. Describiremos algunos ejemplos de la aplicación de este método. Agua ácida de mina conteniendo bacterias y Fe2+ (volumen de muestra 10 ml) es colectada y colocada en frascos de 12 – 15 ml y selladas con tapas de goma.

Otros métodos de determinación de actividad bacterial
En la lixiviación de botaderos y módulos es posible determinar la velocidad de oxidación bacterial del Fe2+ solo en la solución. La actividad de las bacterias oxidantes de Fe2+ en soluciones se ha demostrado, no ser siempre favorable, y el número de células es frecuentemente bajo variando de 2.5 x 104 a 2.5 x 106 células/ml.
La muestra de agua también difieren en actividad bacterial.
Por lo tanto, la eficiencia de oxidación de Fe2+ debe ser determinada en diferentes lugares de la operación de lixiviación. Muestras de agua de mina (30 ml) son colocadas en un frasco Erlenmeyer de 100 ml, cubiertos con papel de aluminio y las muestras son colocadas en su temperatura natural.

Fundamentos Electroquimicos De La Biolixiviacion
La bacteria del tipo “Thiobacillus” además de propiciar la formación de sulfato ferroso, azufre elemental y compuestos solubles de azufre inorgánico, también puede oxidar muchos minerales sulfurados utilizándolos como donadores de electrones. Simultáneo al proceso de oxidación, la bacteria utiliza el CO2 como su fuente de carbono.

Electroquimica De Minerales Sulfurados
Los minerales nobles son los menos suceptibles a oxidación y por ende los más activos son fácilmente oxidables. Cuando dos sulfuros entran en contacto con un medio lixiviante se establece una celda galvánica dentro de la cual el sulfuro más activo se corroe mientras que el más noble se protege catódicamente.
La energía para el proceso de disolución galvánica es la diferencia de potencial entre el par galvánico, mientras que la velocidad de oxidación anódica es la corriente galvánica que fluye a través de este circuito.

Influencia Del Potencial Y Ph
El potencial de oxidación, Eh, de un sistema de lixiviación es tan importante como el potencial de reposo. Debe existir una gradiente entre el potencial (Eh) del medio y el potencial de los sulfuros para que produzca una disolución.
Los dos parámetros más importantes que controlan las reacciones de biolixiviación son el potencial y el pH puesto que influyen directamente en la actividad metabólica de la bacteria.

Mecanismos De Reaccion Electrobioquimicos
Las probables reacciones involucradas en la biolixiviación de sulfuros complejos son:
1. Pb – Zn – Cu:
ZnS = Zn2+ + 2e- + S (Oxidación anódica de la esfalerita)
PbS = Pb2+ + 2e- + S (Oxidación anódica de la galena)
(PbSO4 precipita en un medio biolixiviante)
CuFeS2 = Cu2+ + Fe2+ + 4e- + S
(Oxidación anódica de la chalcopirita)
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O (Reducción catódica del oxígeno en la superficie de los minerales más nobles, tales como pirita y chalcopirita)
La oxidación de la esfalerita será una reacción prominentemente anódica, mientras que la reacción anódica de la chalcopirita sucede solamente si ésta entra en contacto con la pirita.
2. Cu – Ni – Fe;
FeS = Fe2+ + S + 2e- (Oxidación anódica de la pirrotita)
(FexNi1-x)9S8 = 9xFe2+ + 9(1-x)Ni2+ + 8S + 18e-
(Oxidación anódica de la pentladita)
La reacción total generalizada puede expresarse de la siguiente forma:
2MS + O2 + 4H+ = 2M2+ + 2S + 2H2O
El azufre elemental producto de la oxidación anódica se acumula en la superficie lixiviada y puede actuar como una barrera difusional disminuyendo la velocidad de lixiviación.

4. Adosamiento Bacteriano Y Mejoramiento De Cepas.

Los siguientes factores deben tomarse en cuenta para un proceso de biolixiviación eficiente en el tratamiento de minerales complejos.
1. El adosamiento bacteriano en áreas selectivas de los sulfuros y el ataque directo.
2. Uso de cepas especialmente adaptadas a minerales específicos y tolerantes a metales.
3. Uso de bacterias genéticamente preparadas.
El adosamiento bacteriano a superficies minerales ha sido estudiado ampliamente, microfotografías demuestran que la mayor parte de las bacterias se encuentran en el sustrato sólido fuertemente adosadas.

Tratamiento De Minerales Refractarios De Oro
Minerales refractarios o más apropiadamente, minerales problema, se presentan en diferentes formas. Estas incluyen al oro químicamente combinado (teluros), oro encapsulado o finamente diseminado en minerales sulfurados: pirita y principalmente arsenopirita; y el oro lixiviable pero que es readsorbido en materiales carbonosos que contiene el mineral.
El oro encapsulado o finamente diseminado en minerales sulfurados es el mas común existiendo numerosos depósitos alrededor del mundo con esta problemática: Campbell Red Lake Mines, The Giant Yellowknife Mines, Dickenson Joint Venture y The Kerr Addison Mines en Canadá, otros depósitos incluyen Cortez, Getchell, y McLaughlin, Carlin, Bald Mountain, Jardine y Mercur Mines en U.S.A., Dacasun, Mindyak y Kazakhstan en U.S.S.R., Barberton, Eastern Transval y Witwatersrand en South Africa, Pórgera en Pagua New Guinea, y otros depósitos en Australia, Brasil y Perú.
Procedimientos Técnicos De Recuperación Del Au A Partir De Minerales Refractarios
Cuando el oro es encapsulado o asociado con sulfuros, su procesamiento generalmente comienza con flotación de un concentrado. Actualmente existen tres alternativas para el tratamiento de estos productos: tostación, lixiviación a presión y lixiviación bacteriana.

5. Concentración Por Flotación.

Los relaves provenientes de la flotación de valores polimetalicos: Pb-Ag y Zn, son previamente acondicionados para posteriormente flotar los valores de Py y Aspy auríferos.
La obtención del concentrado Aspy es factible por 2 métodos de Flotación Diferencial:
1ro.A partir del concentrado Bulk Py-Aspy, flotando la Py deprimiendo la Aspy con Na2S(sulfuro de sodio), el Concentrado Aspy viene a ser las colas de la flotación Py.
2do.A partir del Relave Final, por Flotación Diferencial Directa, flotando 1ro la Py y deprimiendo la Aspy co n Na2S, para posteriormente acondicionar y flotar los valores de Aspy.

Apendice
Ecuaciones usadas para los cálculos de biolixiviación
1. Cambio de masa durante biolixiviación
2. Adición de ácido para estabilizar la pulpa de biolixiviación.
3. Consumo de cal durante biolixiviación
4. Cantidad neta de ácido generado/consumido durante la biolixiviación.
5. Remoción de sulfuros
6. Disolución de cobre.

Recuperación de valores metálicos vía biohidrometalurgica

Indice
1. Introducción
2. Aspectos microbiologicos
3. Aspectos Experimentales
4. Conclusiones
5. Referencias

1. Introducción

Los microorganismos suelen tener un rol predominante en la solubilización, transporte y deposición de metales y minerales en el medio ambiente(1), lo que hace que los valores metálicos puedan ser extraídos vía la Lixiviación Microbial (6), proceso que se ha dado en llamar LIXIVIACION BACTERIANA.
La LIXIVIACION BACTERIANA puede ser definida como un proceso natural que resulta de la acción de un grupo de bacterias (principalmente Thiobacillus ferrooxidans ) quienes oxidan minerales sulfurados para liberar los metales valiosos presentes (2). Dentro de los minerales que pueden ser tratados por lixiviación bacteriana tenemos: chalcopirita, pirita, covelita, sulfuros de Zn, Pb, etc.
Por mucho tiempo se creyó que la disolución o lixiviación de metales a partir de minerales era un proceso netamente químico mediado por agua y oxigeno atmosférico. El descubrimiento de bacterias acidófilas ferrooxidantes, fue primordial en la definición de la lixiviación de metales como un proceso catalizado biológicamente(1). La tecnología microbiana presenta ventajas sobre los métodos no biológicos(3,5), entre los que podemos encontrar:

1. Requiere poca inversión de capital(las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas).
2. Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas en comparación con los procesos convencionales.
3. Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.
4. El tratamiento del creciente acumulo de minerales de baja ley en las minas los cuales no pueden ser económicamente procesados por los métodos convencionales.

2. Aspectos microbiologicos

Microorganismo Involucrado:
Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a partir de minerales principalmente son organismos quimiosintéticos y autotróficos pertenecientes al género Thiobacillus (6). De las especies de Thiobacillus que se conocen el que más atención ha recibido es T. ferrooxidans.
A comienzos de los años 50, dos investigadores, Colmer y Hinkle, demostraron que el ácido y el fierro contenido en el drenaje de una minas de carbón era el resultado de la acción bacterial sobre los sulfuros de fierro en las vetas de carbón. Ellos llamaron a esta bacteria Thiobacillus ferrooxidans.

T. ferrooxidans (4) presenta forma bacilar, algunas cepas tienen flagelos, es quimioautotrófico, capaz de oxidar compuestos inórganicos como iones ferroso (Fe(II)) y azufre, los cuales le sirven como fuente primaria de energía. El carbono necesario para su arquitectura celular lo obtiene por fijación de CO2, empleando un mecánismo semejante al utilizado por las plantas verdes(Ciclo de Calvin-Benson). Es aerobio (requiere de O2 como aceptor final de electrones), acidófilo(se desarrolla a valores de pH entre 1.5 y 3.0), y requiere de temperaturas que oscilan entre 25ºC-35ºC . Esta bacteria es considerada como el mayor contribuyente en la producción de aguas ácidas que drenan de depósitos de metales sulfurados, gracias a la capacidad que tienen de oxidar minerales de disulfuro de fierro, generando soluciones ácidas de sulfato férrico.

Fisiología de la Lixiviación(1,4)
El sistema de oxidación de fierro (II) en T. ferrooxidans está relacionado con la membrana celular. La enzima ferrooxidante clave parece ser la citocromo c-Fe+2 oxidoreductasa; en el proceso también intervienen la coenzima Q y el citocromo a , quienes realizan el transporte de electrones. Existe una proteína de cobre,que serviría como el aceptor inicial de electrones de la oxidación de Fe(II): Rusticianina, la que es facilmente reducida por Fe(II). Se ha sugerido que en la siguiente reducción la rusticianina reduce un citocromo c, el que a su vez reduce otro citocromo y este a su vez a la citocromo oxidasa.

El mecanismo de la oxidación de azufre requiere de sulfito (SO3-2)como molécula intermediaria. La energía producida de la oxidación de sulfito a sulfato involucra a las enzimas sulfito oxidasa, ADP sulfurilasa, APS reductasa, y adenilato quinasa.

Mecanismos de Lixiviación
Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana son: directa e indirecta.

a.-Lixiviación Indirecta :
Dos reacciones importantes mediadas por T. ferrooxidans son:
Pirita FeS2 + 3.5 O2 + H2O Ô FeSO4 + H2SO4 …………… 1
2 FeSO4 + 0.5 O2 + H2SO4 Ô Fe2(SO4)3 + H2O …………… 2
El sulfato férrico es un oxidante fuerte capaz de disolver una amplia variedad de minerales sulfurados. La lixiviación con Fe2(SO4)3 recibe el nombre de lixiviación indirecta porque se realiza en ausencia de oxígeno o de bacterias y, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de cobre de importancia económica:
Chalcopirita CuFeS2+ 2 Fe2(SO4)3 Ô CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 Sº ……… 3
Chalcocita Cu2S + 2 Fe2(SO4)3 Ô 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 Sº ……. 4

El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico (reacción 2). El azufre (Sº) generado en las reacciones 3 y 4 puede ser convertido en H2SO4 por T. ferrooxidans según:
2 Sº + 3 O2 + 2 H2O Ô 2 H2SO4 …………….. 5
Este ácido sulfúrico, así generado, mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.

b.- Lixiviación Directa:
Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfúros metálicos directamente sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente. El proceso se describe en la siguiente reacción :
MS + 2 O2 Ô MSO4 ……………… 6
donde M representa un metal bivalente.
bacteria
Pirita 2 FeS2 + H2O + 7.5 O2 Ô Fe2(SO4)3 + H2SO4 …… 7
bacteria
Chalcopirita 2 CuFeS2 + 8.5 O2 + H2SO4 Ô 2CuSO4 + Fe2(SO4)3+ H2O ..8

Debido a que el fierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, probablemente, tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurren simultáneamente.
Un tercer mecanismo es la denominada CONVERSION GALVANICA, que se origina por el contacto físico entre dos fases de sulfuros disimilares inmersos en un electrólito creando una celda galvánica. La contribución de la conversión galvánica a la lixiviación es desconocida.

Desarrollo Bacteriano
El efecto de ciertos factores ambientales sobre el desarrollo y crecimiento de las bacterias, juega un rol importante dentro del proceso de lixiviación bacteriana, es por ello de mucha importancia el control de estos factores. Entre ellos tenemos:

* pH: En general los T. ferrooxidans, desarrollan bien en medios ácidos, siendo incapaces de desarrollar sobre Fe(II) a un pH mayor de 3.0. Normalmente los valores sobre el que los tiobacilos se desarrollan se ubican dentro del rango de 1.5 a 2.5.
* Nutrientes: Como todos los seres vivientes, T. ferrooxidans requiere de fuentes nutricionales para su óptimo desarrollo, entre las que tenemos fuente de N2 (amonio), de fosfato, de S, iones metálicos(como Mg+), etc. El magnesio es necesario para la fijación de CO2 y el fósforo es requerido para el metabolismo energético. Los medios de cultivo empleados presentan estos requerimientos, siendo los más importantes el 9K y el TK.
* Oxígeno: La disponibilidad de oxígeno es un factor que controla la extracción de metales por bacterias. No se conoce otro oxidante que pueda ser utilizado por los microorganismos en ambientes de lixiviación.
* Luz: La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de Thiobacillus, pero el fierro férrico ofrece alguna protección a los rayos visibles.

Temperatura: El rango sobre el cual desarrrollan se encuentra entre 25ºC y 35ºC.

3. Aspectos Experimentales

La muestra, fue mineral sulfurado de las minas de Cobriza, trabajada a malla 100% menos 400. Se le corrió pruebas de consumo de ácido previo a la lixiviación bacterial. La composición química del mineral fue (%):

S Cu Fe As FeO Insol.
17.3 5.0 33.4 1.0 19.8 24.1

El estudio mineralógico reportó la presencia de ganga (45.99%), chalcopirita (30.49%), pirita (12.88%), pirrotita (4.21%), arsenopirita (0.797%), etc.

Las bacterias fueron aisladas de agua de mina de Cobriza (nivel 10), y adaptadas a medio cultivo líquido(9K+Fe(II)) previo a su adaptación y trabajo con el mineral propiamente dicho. El aislamiento de T. ferrooxidans comprende los siguientes pasos:

* Filtrado del agua de mina, utilizando papel Whatman Nº42; este líquido filtrado debe contener bacterias.
* Nuevamente se filtra la solución conteniendo bacterias, empleando filtros de membrana(Sartorius-Membrane Filter) en las cuales deben quedar retenidas las bacterias.
* Se lava el filtro de membrana con agua ácida (pH 2.0), con un volumen aproximado de 5ml. Este concentrado, homogenizado es recogido y guardado en un tubo de 13 x 100 mm y mantenido como cepario.

Para la adaptación de las bacterias a medio líquido se emplea el medio 9K de Silverman y Lundgren, cuya composición es ( g/l ): 3.0 (NH4)2SO4; 0.1 KCl; 0.5 KH2PO4; 0.5 MgSO4.7H2O; 0.144 Ca(NO3)2 y 44.2 FeSO4.7H2O. El cultivo se realiza en frascos Erlenmeyer, en agitación constante (shaker, 150-180 rpm) a 35ºC y en oscuridad.

Se hace desarrollar hasta que alcance el 70% de oxidación de Fe(II) a Fe(III) -titulación con KMnO4 -, y luego se procede a transferir cierto volumen de cultivo a otro erlenmeyer conteniendo medio fresco. Esta operación se realiza por 2 ó 3 veces. El comportamiento se observa en la fig. 2. Como se puede observar, durante el cultivo inicial se alcanza el 75% de oxidación en 65 horas; mientras que en las restantes transferencias, el tiempo se acorta debido a que las bacterias están mejor adaptadas y en su estado óptimo de desarrollo (72% en 50 horas, para la 1ª transferencia, y 78% en 42 horas para la 2ª transferencia). La prueba en blanco no tiene mayor progreso, lo que indica que la oxidación se debe a la acción bacterial.

Lixiviación Bacteriana del Mineral
El mineral molido a malla -400 fue sometido a lixiviación ácida para determinar el consumo de ácido del material, lográndose determinar un consumo de 245.2 k H+ por tonelada.
Las pruebas de lixiviación bacteriana fueron corridas para 20% de sólidos, empleando para tal efecto 30 gr de mineral y 120 ml de solución lixiviante, según se detalla a continuación:
Mineral (malla -400) 30.0 gr
9K sin Fe (II) 101.0 ml
H2SO4 conc. 4.0 ml
Inóculo bacterial 15.0 ml

Transcurrido 01 día de iniciada la prueba se procedió a inocular los frascos con inóculo bacterial. Durante la prueba se evidenció un aumento en el consumo de ácido, llegándose a valores promedio de 340 k H+/ton. Este ácido consumido se puede deber a la chalcopirita, según se deduce de, la reacción 8; pero más probablemente el alto consumo es originado por la pirrotita presente, ya que para su oxidación requiere de ácido:

Pirrotita 2 FeS + 4.5 O2 + H2SO4 Ô Fe2(SO4)3 + H2O …….. 9
Se realizaron determinaciones de las concentraciones de Cu+2 y Fet empleando un espectrofotómetro de absorción atómica Perkin-Elmer, los valopres de pH se controlaron en un potenciómetro Cole Palmer, tratando de mantener el pH entre 1.8 y 2.0. Ante alguna variación se reajustó añadiendo H2SO4 ó NaOH según sea el caso. Para los análisis de Cu y Fe, se tomó 1 ml de muestra, restituyendo este volumen con 9K sin Fe+2. Las perdidas de peso debido a la evaporación se compensaron con agua destilada.

Resultados

Los resultados obtenidos durante la prueba se presentan en la Tabla I. Estos datos se basan en el análisis químico de laas soluciones impregnadas. A fin de visualizar estos resultados, se grafican en las figuras 3 y 4, los perfiles de extracción de Cu y Fe durante el cultivo inicial y la primera transferencia, respectivamente.
Se puede evidenciar de los resultados que el cobre es extraído hasta el 57% en 17 días en un cultivo inicial mientras que en la primera transferencia se alcanza el 100% en 13 días. La diferencia en los tiempos empleados fue explicado líneas arriba.
Las extracciones de Fe también muestran un incremento en un menor tiempo durante la primera transferencia, notándose que debe transcurrir más tiempo para alcanzar la extracción máxima.
Una de las desventajas presentes durante esta prueba en particular, es el alto consumo de ácido registrado.

4. Conclusiones

Se demuestra en la prueba que el mineral puede ser tratado biológicamente, lográndose extracciones considerables.
Las bacterias pueden ser aisladas fácilmente a partir de aguas de mina y adaptadas en el laboratorio a condiciones de trabajo ideales, lográndose notar que su manejo es sencillo si se consideran los parámetros necesarios para su desarrollo.
El alto consumo de ácido es un factor que puede ser limitante para el normal funcionamiento del proceso. Hay que hacer notar que durante la adaptación de las bacterias a medio líquido se evidenció su condición de ser consumidoras de ácido.
De todo esto podemos decir que T. ferrooxidans es capaz de remover los valores metálicos presentes en determinado mineral, en este caso la extracción de Cu, por oxidación del Fe presente en la calcopirita (CuFeS2).
La lixiviación bacteriana es un campo que cuenta con gran futuro dentro de la metalurgia extractiva.

Efectos de la adaptación bacterial en la lixiviación de minerales

Efectos de la adaptación bacterial en la lixiviación de minerales

Indice
1. Introducción
2. Aspectos experimentales
3. Resultados
4. Discusión
5. Referencias

1. Introducción

La oxidación biológica de sulfuros es una emergente tecnología que aprovecha la capacidad oxidativa y de solubilización de metales que posee cierto grupo de bacterias , principalmente Acidithiobacillus ferrooxidans. La literatura es amplia en señalar las características y principales ventajas del proceso.
La aplicación industrial de la lixiviación bacteriana o biooxidación debe considerar el correcto manejo de los parámetros que lo rigen, en especial aquellos que definen las esenciales condiciones ambientales para el crecimiento de los microorganismos, que permite tener una cepa bacterial adecuadamente adaptada a las condiciones de trabajo presentes, favorables o adversas dentro de la lixiviación.
Asimismo, se debe recordar que en aguas de mina, así como en el inicio de la lixiviación, la concentración de bacterias o población bacterial es escasa, alcanzando valores que llegan a 104 bacterias por mililitro de solución, por lo que es necesario incrementar la misma a valores más altos (108 – 109 bacterias/ml) para tener una mayor colonización del material.

2. Aspectos experimentales

Se realizaron dos corridas experimentales:
a.- Aislamiento y adaptación en medio líquido TK
El aislamiento de los microorganismos lixiviantes se realizó siguiendo los pasos establecidos en Guerrero, J.J. (1990). Para el efecto se tomaron 100 mililitros de agua de mina, la que se sometió a microfiltración para concentrar la población bacteriana presente.
Este concentrado sirvió de inóculo para el cultivo en medio básico de sales con FeSO4.7H2O como fuente energética (MBS+Fe). El crecimiento bacteriano se evidenció por un cambio de coloración en la solución, indicando la oxidación del Fe+2 hacia Fe+3. El pH inicial fue de 1.9, y se cultivó a temperatura ambiente y sin agitación. La solución obtenida sirvió, a su vez, como inóculo para todas las pruebas experimentales.
Posteriormente, se llevaron a cabo tres pruebas en medio líquido (MBS+Fe) a diferentes condiciones de temperatura y adición de aire, evaluándose el aumento en la población bacteriana en función del tiempo. Las condiciones experimentales fueron: 30 ml de solución bacterial más 70 ml de MBS+Fe en frascos erlenmeyer de 250 ml.

Las variables evaluadas fueron:
Prueba 01: cultivo a temperatura ambiente (15º C), sin agitación.
Prueba 02: cultivo a 30º C, sin agitación.
Prueba 03: cultivo a temperatura ambiente (15º C) y agitación con aire.
La evaluación de la población bacterial se realizó mediante conteo microscópico directo, empleando una cámara hemacitométrica o de Neubauer. La población inicial fue de 7.3 x 107 bacterias/ml. La evaporación fue compensada con agua destilada.

b.- Ataque a mineral
Para las pruebas de ataque bacterial al material de estudio se utilizó mineral sulfurado molido completamente a malla –325, con una ley de cabeza de 22.4% Fe, 0.46% Cu, 0.29% Pb. El proceso adaptativo se realizó en tres etapas. Entre cada etapa, transcurrido cierto tiempo, se tomó un volumen de solución que sirvió de inóculo para la siguiente (transferencias). Para cada caso se utilizó solución nutriente (MBS) sin fierro, ya que se encuentra en el mineral. La evaporación fue compensada con la adición de agua destilada. La agitación se realizó mediante el ingreso de aire directamente al interior de los frascos. Se trabajo a temperatura ambiente.
Las condiciones de cultivo fueron:

* Etapa I: Cultivo Inicial con mineral
* Volumen solución bacterial más nutrientes 475 ml
* Mineral (-325) 25 gr
* Tiempo (días) 27

Luego de transcurridos diez días de tratamiento, se tomó un volumen determinado de solución como inóculo para la primera transferencia (Etapa II)

* Etapa II: Primera Transferencia
* Volumen solución bacterial más nutrientes 470 ml
* Mineral (-325) 30 gr
* Tiempo (días) 22

Para la etapa III se procedió de la misma manera que en la etapa I

* Etapa III: Segunda Transferencia
* Volumen solución bacterial más nutrientes 450 ml
* Mineral (-325) 50 gr
* Tiempo (días) 15

Una vez concluidas las pruebas se procedió un filtrado, secado y pesado de los relaves (residuos de lixiviación) y análisis por su contenido de fierro.

3. Resultados

a.- Aislamiento y adaptación en medio líquido TK
La evolución del crecimiento bacteriano se caracterizó por el lento desarrollo mostrado en las pruebas 01 y 02, a diferencia de la última de ellas. Luego de 10 días de cultivo las poblaciones bacterianas finales fueron:
Prueba 01: 8.40 x 107 bacterias/ml
Prueba 02: 9.05 x 107 bacterias/ml
Prueba 03: 1.50 x 108 bacterias/ml

b.- Ataque a mineral

Los resultados obtenidos luego de analizar los relaves se pueden resumir en la siguiente tabla:

 

22 días

22.4

7.10

20.55

11.16

 

Etapa Tiempo Ley Fe (%) Extracción Fe (%)
I 27 días 22.2 3.75
II
III 15 días

4. Discusión

En primer lugar, en la corrida a, es posible notar un ligero incremento en la concentración poblacional (bacterias/ml) en aquella prueba a la cual se le agregó aire (prueba 03), en contraste con aquellas que carecieron de este suplemento nutricional. Igualmente, es posible evidenciar, entre las pruebas 01 y 02, una ligera diferencia en la segunda prueba justificada por haber sido cultivada en un ambiente temperado. Recuérdese que las temperatura óptima de desarrollo de las bacterias ferrooxidantes se encuentra establecida en los 35º C.

De otro lado, es necesario indicar que tanto la temperatura como la provisión de O2 y CO2 (presentes en el aire) son parámetros vitales para el desarrollo de los microorganismos, aunque, para este caso particular, la adición de aire resulta siendo más importante. Se debe destacar que las pruebas se llevaron a cabo a una altitud por encima de los tres mil metros sobre el nivel del mar, en la sierra peruana.

En segundo lugar, de la corrida b, se desprende que la adaptación vía transferencias sucesivas permite una mayor obtención o disolución del metal de interés, en este caso fierro, así como acortar el tiempo de tratamiento, como puede notarse por la diferencia entre cada una de las etapas del ataque bacteria al mineral.

5. Referencias

* Bauer, J. L. ,1986. Lixiviación Bacteriana: Introducción a la parte microbiológica de la Biohidro-metalurgia con sp. de Thiobacillus. Revista de la ANBIOP, 3(2): 53-60.
* Gentina, J. C.; F. C. Acevedo, 1992, Lixiviación Bacteriana de Minerales. En : IV Curso Latinoamericano de Biotecnología , Chile.
* Guerrero, J. J., 1990, Recuperación de Valores Metálicos por vía Biohidrometalurgica. En: Segundo Seminario Regional de Ingeniería Metalúrgica, UNCP, Huancayo.
* Guerrero, J.J.; 1992, “Biotratamiento de Minerales: Alternativa para el Desarrollo Nacional” Mundo Minero, Año XI, Nº 131, pp 27.
* Guerrero, J.J.; 1993 “Biotratamiento de Minerales: sulfuros de fierro y sulfuros de cobre”, Mundo Minero, Año XII, Nº 138, pp 32 – 33.
* Guerrero, J.J.; Olivera, S.C; 1993,”Aspectos biológicos de la lixiviación bacteriana”, En: V Congreso Nacional de Ingeniería Metalúrgica. UNSAAC, Cusco, Mayo 1993.
* Guerrero, J.J.; 1994, “Factores Ambientales en el manejo de bacterias ferrooxidantes” , Mundo Minero, Año XIV, Nº 153, pp 36.
* Guerrero, J. J.; S.C. Olivera; J. Sánchez. 1998, Disolución Microbiana de Minerales, En: Segundo Simposium Regional de Minería, Arequipa, Octubre 1998.
* Guerrero, J.J.; 1998, “Biotecnología en la Disolución y recuperación de Metales” www.mobot.org./jwcross/phytoremediation/Biotecnologia.htm www.perumine.com/paper/guerrero.htm
* Guerrero, J.J.; Olivera, S.C; 1999; “Biotecnologías aplicadas a la disolución y recuperación de metales” VIII Reunión Científica del ICBAR. Instituto de Investigación de Ciencias Biológicas, Univ. Nac. Mayor de San Marcos. www.unmsm.edu.pe/biologia/reunion/c8b03.htm
* Guerrero, J.J., Sáez, M..; 2001, “Biohidrometalurgia en la recuperación de valores metálicos” Revista Industrial Data (Fac. Ing. Industrial – UNMSM), Vol. 4 N° 2 , pp 7 – 10.
* Olson, G. J.; Kelly, R. M. ,1986. Microbiological metal transformations: Biotechnological applications and potential. Biotechnol. Progress. 2(1): 1-15.
* Pooley, F.D., 1993, Desarrollos en Bio-hidrometalurgia para el Procesamiento de Minerales. En : XXI Convención de Ingenieros de Minas del Perú. Ica, 1993.

Resumen
Los procesos biotecnológicos aplicados a la industria minera implican el empleo de cierto grupo de microorganismos con la capacidad de oxidar sulfuros metálicos para la recuperación de los valores contenidos en ellos.
Dentro de este marco, la adaptación de la biomasa microbiana al mineral de estudio o de tratamiento permite activar y mejorar la eficiencia de los microorganismos en el proceso de disolución de metales.
En el presente trabajo se presenta el efecto de la adición de aire sobre el aumento de la población bacterial, así como los efectos de la adaptación de los microorganismos en la disolución y oxidación del ión ferroso presente en un mineral. Los resultados reportados indican la necesidad de una etapa previa de adaptación en el tratamiento biológico de minerales. Los datos presentados pueden ser poco espectaculares pero permiten corroborar esta afirmación.

Trabajo enviado por:
Biól. José J. Guerrero Rojas & Sonia C. Olivera
esojgue[arroba]hotmail.com
esojgue[arroba]yahoo.com
Los Rododendros 246 – Urb. VIPOL – Correo Vipol , Callao 03 PERU

Grupo Pine Ridge y su plan para la Mina Crow Butte

Un plan para duplicar la producción en la mina de uranio ubicada Nebraska cerca de la reserva india de Pine Ridge ha llevado a las partes interesadas en cuestión a plantearse la conveniencia.

La mina Crow Butte cerca de Crawford, Neb., inició la producción de uranio en 1991 con una producción de 80.0000 libras al año. Su producción es utilizada por la industria de energía nuclear. Cameco Corp of Saskatchewan – uno de los mayores productores de uranio en el mundo – es propietaria de la mina.

Crow Butte utiliza el método de lixiviación in situ o Lixiviación en terreno / en el mismo lugar. El agua se extrae de las Altas Planicies y es mezclada con una solución de bicarbonato de sodio similar a la que libera el uranio de la roca circundante. Pozos de inyección envían la solución de lixiviación en el depósito de uranio, el agua y la disolución de uranio se recupera por bombeo, a través de otro pozo. Es conducido hasta una planta donde se separa el uranio. El agua se reutiliza en la operación minera.

Vía: Pine Ridge group wants firm to divulge plans for Crow Butte mine

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Bienvenido a Lixiviación

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Qué es la Lixiviación, definición

La palabra lixiviación viene del latín: “Lixivia, -ae” sustantivo femenino que significa lejía. Los romanos usaban este término para referirse a los jugos que destilan las uvas antes de pisarlas, o las aceitunas antes de molerlas. En la actualidad, se denomina lixiviación, al lavado de una sustancia pulverizada para extraer las partes solubles. Se denomina también a una de las formas de obtener oro, para ellos se usa la lixiviación con cianuro a la mena de oro para purificarlo. Esto produce una gran contaminación donde se hace el procedimiento por el envenenamiento producido por los componentes del cianuro y la gran cantidad de agua que se utiliza. El procedimiento de lavado (lixiviación) se hace en piletones gigantes, hasta del tamaño de varios estadios olímpicos, y por desgracia, posteriormente estos residuos pasarán a las capas freáticas de agua que generalmente se ubican en las altas montañas, que es donde están las minas de oro. Una linda palabra, para tan triste explotación mineral.

Lixiviación Natural

La lixiviación produce el desplazamiento de sustancias solubles o dispersables (arcilla, sales, hierro, humus, etc.); y es por eso característico de climas húmedos (Pluvisilva, etc.). Esto provoca que los horizontes superiores del suelo pierdan sus compuestos nutritivos, arrastrados por el agua; se vuelvan más ácidos, ya que queda compuestos insolubles (Aluminio); y a veces, también se origine toxicidad. También se pierden grandes cantidades de fertilizantes, al igual que los compuesto nutritivos.

En climas muy húmedos, la vegetación natural (sobre todo la forestal) sirve de protección contra lixiviación. Cuando el hombre la destruye, este proceso se acelera considerablemente y la retención de nutrientes en la zona radical se interrumpe (ya no hay raíces). Otras formas de contribuir a la lixiviación son mediante el empleo de fertilizantes con elevada acidez, el riego excesivo y cultivos que retienen muchos nutrientes del suelo. Este proceso se ve asociado también a los fenomenos de Meteorización

Otro efecto de este proceso natural se produce cuando determinadas concentraciones de sustancias y componentes tóxicos que se encuentran en el suelo, al entrar en contacto prolongado con el agua, se difunden al medio y lo agreden.

Lixiviación Química Minera.

La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente liquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.

Algunos ejemplos son:

– El azúcar se separa por lixiviación de la remolacha con agua caliente.

– Los aceites vegetales se recuperan a partir de semillas, como los de soya y de algodón mediante la lixiviación con disolventes orgánicos.

– La extracción de colorantes se realiza a partir de materias sólidas por lixiviación con alcohol o soda.

Dentro de esta tiene una gran importacia en el ámbito de la metalurgia ya que se utiliza mayormente en la extracción de algunos minerales como oro y plata. También se utiliza en Tecnología Farmacéutica.

En los yacimientos de cobre de minerales oxidados, el proceso de obtención de cobre se realiza en tres etapas que trabajan como una cadena productiva, totalmente sincronizadas:

Lixiviación en pilas.
Extracción por solvente.
Electroobtención.

Primera etapa: lixiviación en pilas

Las pilas deben ser regadas con una solución de ácido sulfúrico, la que circula por cañerías distribuidas homogéneamente.

¿Cuál es el objetivo?
La lixiviación es un proceso hidrometalúrgico que permite obtener el cobre de los minerales oxidados que lo contienen, aplicando una disolución de ácido sulfúrico y agua. Este proceso se basa en que los minerales oxidados son sensibles al ataque de soluciones ácidas.

¿Cómo se realiza el proceso?

a) Chancado: el material extraído de la mina (generalmente a rajo abierto), que contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante chancado primario y secundario (eventualmente terciario), con el objeto de obtener un material mineralizado de un tamaño máximo de 1,5 a ¾ pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida.

b) Formación de la pila: el material chancado es llevado mediante correas transportadoras hacia el lugar donde se formará la pila. En este trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados. En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.
Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas) que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

c) Sistema de riego: a través del sistema de riego por goteo y de los aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido sulfúrico en la superficie de las pilas. Esta solución se infiltra en la pila hasta su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre, la que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas.

El riego de las pilas, es decir, la lixiviación se mantiene por 45 a 60 días, después de lo cual se supone que se ha agotado casi completamente la cantidad de cobre lixiviable. El material restante o ripio es transportado mediante correas a botaderos donde se podría reiniciar un segundo proceso de lixiviación para extraer el resto de cobre.

¿Qué se obtiene del proceso de lixiviación?
De la lixiviación se obtienen soluciones de sulfato de cobre (CUSO4) con concentraciones de hasta 9 gramos por litro (gpl) denominadas PLS que son llevadas a diversos estanques donde se limpian eliminándose las partículas sólidas que pudieran haber sido arrastradas. Estas soluciones de sulfato de cobre limpias son llevadas a planta de extracción por solvente.