INGENIERÍ QUÍMIC BIOTECNOLOGÍ MO NO GR A FÍ A Integrantes: ARAUJO DUFOUR, Pe dro Agustín –Nº de Legajo: 37.206 ARCE BASTIAS, F ernando Gastón –Nº de Legajo: 35.632 AYORA SANTOS, Matías Nicolás –Nº de Legajo: 37.213 ESTEBAN, María Agustina –Nº de Legajo: 35.655 CANIZO, Iván Ariel –Nº de Legajo: 37.195 ROTONDO, Julieta –Nº de Legajo: 37.443 Curso: 4v6 A ñ o 2 0 1 5
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CURSO: 4v6 AÑO: 2015 INTEGRANTES: ARAUJO DUFOUR, Pedro Agustín ARCE BASTIAS, Fernando Gastón AYORA SANTOS, Matías Nicolás
CANIZO, Iván ArielESTEBAN, María AgustinaROTONDO, Julieta
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2.1. MICROORGANISMOS UTILIZADOS EN B IOLIXIVIACIÓN
Se usan microorganismos que obtienen su energía de la oxidación de
compuestos inorgánicos, es decir, se trata de bacterias que literalmente “comen
piedras”. Son organismos que viven en condiciones extremas, como sería el pH ácido
y altas concentraciones de metales. Tal como los humanos oxidan la glucosa para
conseguir energía y a partir de esta fabrican todos los componentes celulares, estas
bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para
generar todos los componentes de la célula.
Los microorganismos que son responsables de la disolución de los metales a
partir de minerales son, principalmente, organismos quimiosintéticos y autotróficos
pertenecientes al género Thiobaci l lus, aunque no es la única:
Acidi th iobaci l lus ferrooxidans , su nombre indica varias cosas,
acidithiobacillus es acidófilo porque crece en pH ácido, thio porque es capaz de oxidar
compuestos del azufre, bacillus porque tiene forma de bastón y ferrooxidans porque
puede oxidar hierro tambien. Es capaz de oxidar compuestos inorgánicos como ionesferroso (Fe(II)) y azufre, los que le sirven de fuente primaria de energía. El carbono
necesario para su arquitectura celular lo obtiene por fijación de CO2. Vive en depósitos
de pirita, metabolizando hierro y azufre y produciendo ácido sulfúrico. Se ha convertido
en una bacteria de importancia económica en el campo de la lixiviación de minerales
de sulfuro desde su descubrimiento en 1950. Acidithiobacillus ferrooxidans crece a
valores de pH de 4.5 a 1.3 en medio de sal basal, es una bacteria Gram Negativa y
deriva sus requisitos biosintéticos por autotrofía del uso de carbono del dióxido decarbono atmosférico. Son bacterias móviles que poseen un flagelo para esto. Su
temperatura óptima de vida se encuentra en el rango de entre los 45 y 50°C.
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Acid i th iobaci l lus caldus , es una bacteria Gram Negativa considerada de
las más comunes usadas en las técnicas de biolixiviación. Es capaz de oxidar
compuestos reducidos inorgánicos de azufre que se forman durante la
descomposición de minerales sulfurados. El nombre de especie caldus deriva del latín
de la palabra “cálido” o “caliente” denotando que esta especie habita en ambientes
cálidos. Posee movilidad gracias a un flagelo polar. Su rango de pH óptimo va de los
2 a 2.5 y a una temperatura de 45°C (lo que lo hace un termófilo), lo que da un tiempo
corto de regeneración de 2 a 3 horas dependiendo de los factores ambientales
presentes. Su diferencia respecto a las especies de su mismo género es que pueden
tolerar una temperatura de 55°C o un poco más. Desde su descubrimiento en 1994,
el A. caldus ha tenido un gran uso práctico en
aplicaciones de la industria de biolixiviación y
biotecnología minera, contribuyendo a la
recuperación mejorada de los minerales
deseados de las rocas conocidas como menas.
Los metales como el oro han sido recuperados
desde menas que contienen pirita (conocida como
“el oro de los tontos”) y arsenopirita, dos minerales sulfurados que en general están
asociados con cantidades considerables del precioso metal.
Leptospir i l lum ferrooxidans , son vibriones en forma de espira, como
pseudococos. Móviles por la presencia de un flagelo polar simple. Las colonias sobre
sílica gel son pequeñas y de color marrón rojizo debido a la formación de hierro férrico.
Son aerobios estrictos y quimio autotróficos obligados. Utiliza Fe+2 y FeS2 como fuenteenergética. Leptospirillum es un género de bacterias oxidantes de hierro que juegan
un rol fundamental en biolixiviación y biooxidación.
La razón por la cual estas bacterias dominan el tema
de biooxidación es particularmente el hecho que los
iones fuertes férricos inhiben a todas las especies
menos a Leptospirillum. Estas bacterias tienen
también una importante contribución al proceso dedrenaje ácido de minas.
Los principales mecanismos involucrados en el proceso de lixiviación bacteriana
son: directa e indirecta.
Lixiviación Indirecta :
Dos reacciones importantes mediadas por T. ferroox idans son:
() . → ()
. → () ()
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 lixiviaciónindirecta porque se realiza en ausencia de oxígeno o de bacterias y, es responsable
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5.5. PERSPECTIVAS FUTURAS
Son numerosas las posibilidades que se presentan para la aplicación de los
procesos biotecnológicos en el beneficio de los minerales. Los microorganismos
pueden ser utilizados como agentes floculantes o como colectores en los procesos de
flotación de minerales. La capacidad de muchos microorganismos de poder adherirse
a superficies sólidas gracias a la interacción existente entre la carga de la pared celular
y las condiciones hidrofóbicas, modificando la superficie del mineral permitiendo su
flotación y floculación (empleado en la separación de las fases sólida y líquida de una
pulpa). Por ejemplo, se ha reporta que una bacteria hidrofóbica es un excelentefloculante para un número de sistemas minerales. Los minerales que han podido ser
floculados con este organismo incluyen a la hematita, ciertos lodos de fosfatos,
floculación selectiva de carbón en menas piritosas, entre otras. Igualmente, este
microorganismo es buen colector de hematita, y puede ser empleado en reemplazo
del colector químico.
Otra área de enorme interés es el empleo de microorganismos heterótrofos,
generalmente parte de la flora acompañante de Thiobaci l lus , como herramienta para
la lixiviación de sistemas no sulfurados. Tal es el caso del empleo de un esquema de
lixiviación bacterial heterotrófico para menas lateriticas de baja ley y que permitiría
incrementar enormemente las reservas económicamente explotables de níquel.
También el empleo de heterótrofos en la lixiviación de menas de manganeso, plata y
fosfato podría incrementar el número de reservas para estos commodities
importantes. Su empleo radica en la enorme ventaja que significa su rápida velocidad
de crecimiento, en comparación con los autótrofos.
La biodegradación de compuestos tóxicos orgánicos representa otro rubro
importante de aplicación de los procesos biológicos. Debemos recordar que una
amplia variedad de sustancias, tóxicas y no tóxicas, pueden ser descargadas al medio
ambiente como consecuencia de las operaciones mineras. Muchos de estos
compuestos son productos químicos complejos empleados en flotación y en procesos
hidrometalúrgicos. Otros incluyen a productos derivados del petróleo empleados de
manera diversa en las operaciones mineras. Se reporta la capacidad de especies de
Klebsiella y Pseudomonas en la degradación de reactivos de flotación.
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Asimismo, se reconoce la habilidad de ciertos microorganismos o de sus
enzimas de degradar, bajo ciertas condiciones, cianuro empleado en la recuperación
de oro y plata. Ejemplo a nivel industrial de esta aplicación, lo representa la planta de
Homestake, en Estados Unidos, que viene funcionando desde 1984, y emplea una
cepa nativa de Pseudomonas .
También es de potencial importancia el empleo de ciertas especies vegetales en
la prospección geológica de yacimientos minerales como en la limpieza y recuperación
de suelos contaminados con iones metálicos pesados. Aunque el empleo de plantas
u organismos completos escapa a la definición de biotecnología, el uso de estaspermitirá centrar su aplicación en áreas donde se tiene depósitos de relaves antiguos
o en zonas urbanas caracterizadas por su alto grado de contaminación.
6. BIOL IXIVIAC IÓN EN PILAS
Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y mineral
chancado, minerales de baja ley (menor a 0,5%), sulfuros secundarios y primarios. La
extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (Cu2S)y la covelina (CuS), por biolixiviación en pila es ampliamente practicada en todo el
mundo.
Generalmente las pilas se construyen con material previamente molido, de
19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al área o patio de acopio,
lugar donde se forma la pila. En el trayecto el mineral es curado, irrigado con una
solución de ácido sulfúrico concentrado o puede ser previamente aglomerado en
tambores rotativos con agua acidificada para acondicionar el mineral a los
microorganismos y también para fijar las partículas finas a las partículas más grandes
de mineral. Luego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que están
especialmente diseñadas. Los patios son revestidos con polietileno de alta densidad
(HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberías de plástico perforadas, que
permiten capturar la solución lixiviada desde la base. También se instala una red de
líneas de aire de plástico perforado, mediante la cual el aire es forzado por
ventiladores externos a la pila, lo que asegura la disponibilidad de aire a los
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Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladores
automatizados, formando un terraplén o pila de 6-8 m de altura. Las pilas pueden ser
dinámicas si después de la lixiviación, el mineral se remueve para enviarlo al botadero
y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si las nuevas pilas se cargan sobre
las anteriores. El sistema de pilas permanentes permite no trasladar el material ya
lixiviado a un botadero final, ya que el área de lixiviación se convierte en botadero al
terminar los ciclos de riego. Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o
aspersores los que riegan la pila con una solución de ácido sulfúrico, agua y
microorganismos.
Los microorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar el
rendimiento de la operación, es que en una etapa previa de laboratorio se aíslan los
microorganismos más adecuados a las condiciones existentes en la pila y se hacen
crecer para luego introducirlos en el mineral a inocular, sembrándolos mediante
aspersores. La solución ácida que se infiltra a través de la pila va disolviendo el cobre
contenido en los minerales sulfurados, formando una solución de sulfato de cobre
(CuSO4) que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de laspilas en canaletas impermeabilizadas hasta la planta de extracción por solvente. Aquí
se recupera el cobre de la solución para luego formar los cátodos en la etapa de
electroobtención, y el ácido es refinado y recirculado para el riego de las pilas. Se
estima que para lograr un máximo de recuperación de cobre de 80-90% se requieren
de 250-350 días de biolixiviación.
Las principales ventajas de la biolixiviación en pila son el bajo capital y costos de
operación, la ausencia de emisiones tóxicas y la minimización o la completa
eliminación de cualquier descarga de agua porque se reciclan todas las soluciones. A
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Bañado o Riego
Se realiza un riego mediante aspersores
con una solución especial sobre la superficie
del material. Lo solución es la mezcla de
químicos disueltos en agua y microorganismos,
los cuales varían dependiendo del material que
se esté trabajando y los productos a obtener
(oro, cobre, etc.). La solución líquida tiene la
propiedad de disolver el mineral y de esamanera fluir con el líquido hacia el sistema de
drenaje. Estos líquidos son transportados
mediante las tuberías instaladas hacia una
fosa.
Almacenaje y recuperación
Como se dijo líneas arriba, la sustancia obtenida del proceso de riego estransportada hacia pozas construidas y acondicionadas para almacenarlas en tanto
se programe su ingreso a la siguiente etapa del proceso (recuperación y
concentración). Cabe indicar que al igual que se recupera mineral valioso de la
sustancia obtenida, se recupera también el agua involucrada en ella, la misma que se
reutiliza en los siguientes procesos de lixiviación, buscando hacer un uso más eficiente
de este recursos. De igual forma, el área donde se realiza la lixiviación, es recuperada
luego de unos años de uso. Así se procede a restituir la vegetación propia de la zona,cuidando y monitoreando su desempeño.
7. TECNOLOGÍAS UTILIZADAS EN BIOL IXIVIACIÓN
La introducción de una tecnología basada en biolixiviación representa un
importante adelanto, ya que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la
tecnología clásica de pirometalurgia. En esta última, los sulfuros tratados en
fundiciones, producen humos de chimeneas con altos contenidos de SO2 y arsénico.
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Biol ix iv iación In Situ
Se refiere al proceso de tratamiento del mineral sin necesidad de realizar laperforación y transporte del mineral. Este proceso se basa en la fractura por la
tronadura de mineral con lo que crea vacíos y porosidades que permiten a la solución
fluir libremente. La solución se recoge, en general, en la parte inferior de la mina y se
procesa para la recuperación de metales. El sistema biológico recibe su oxígeno de la
solución. La aplicación de este proceso no se ha extendido ampliamente, ya que
requiere de características muy específicas del yacimiento, como por ejemplo alta
permeabilidad del mineral y baja permeabilidad de la roca huésped. Además, lasrecuperaciones son típicamente bajas.
Biol ix iv iación en tanques agitados
Se lleva a cabo en los tanques, donde éstos son agitados mecánicamente por
medio de la introducción de oxígeno. La aplicación de este proceso a los minerales ha
sido bastante limitada debido al gran tamaño de los tanques, lo que a menudo hace
su costo prohibitivo. Sin embargo, la cinética de la oxidación es mucho más alta que
el método in situ. Biol ix iv iación en pi las
Las pilas están formadas por material fragmentado que se apila sobre capas
impermeables que tienen una pendiente, a objeto de hacer circular la solución
recogida de los drenajes. El oxígeno se puede añadir al sistema para aumentar la tasa
de oxidación
8. IMPACTO AMB IENTAL
Desde el punto de vista del impacto en el medio ambiente, el empleo de estosmicroorganismos tiene varias ventajas, pero también representa algunos problemas.
En la explotación minera es una ventaja que la biolixiviación no libere gases tóxicos o
corrosivos y requiera poca energía. En consecuencia el impacto ambiental de la fuente
energética es poco significativo y hay menos riesgos de accidentes contaminantes.
Los riesgos contaminantes de los microorganismos lixiviantes tienen que ver con la
producción de ácido que genera su actividad. Por lo tanto, al tener como principal
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En el cuerpo humano: debido a sus propiedades corrosivas, oxidantes y de
sulfonación, las soluciones de ácido sulfúrico, particularmente las más concentradas,
destruyen rápidamente los tejidos del cuerpo produciendo severas quemaduras. La
constante exposición bajas concentraciones puede producir dermatitis. En contacto
con los ojos es particularmente peligroso; causa daños serios y, en algunos casos, la
pérdida de la vista. El ácido en sí mismo no es inflamable, pero se le debe aislar de
materiales orgánicos, nitratos, carburos, cloratos y polvos metálicos. El contacto del
ácido concentrado con estos materiales puede causar ignición.
Tanto los óxidos de azufre (SOX) como el ácido sulfúrico (H2SO4) estánrelacionados con el daño y la destrucción de la vegetación, deterioro de los suelos,
materiales de construcción y cursos de agua.
En la vegetación: los elementos contaminantes se introducen en el vegetal,
alterando en distinta medida su metabolismo, siendo la fotosíntesis y la respiración los
dos procesos afectados. Como resultado se produce un debilitamiento gradual de la
planta, que cada vez se hace más sensible a las plagas, enfermedades y a la
deficiencia hídrica. En las plantas, el SO2 ocasiona daños irreversibles en los tejidos,
provoca la caída de las hojas y la decoloración de las mismas.
En los animales: estos contaminantes actúan como sofocante irritante en el
tracto respiratorio, e incluso afectando el aparato digestivo.
La sensibilidad de cada especie a los contaminantes y a la acidificación es
variable, siendo los grupos más sensibles los peces, los líquenes, los musgos, ciertos
hongos, algunos de ellos esenciales para la vida de los árboles, y los organismos
acuáticos pequeños.
En el agua: la principal afectación que se conoce es la acidificación de los lagos
y canales, por la lluvia ácida, la cual afecta de acuerdo a la sensibilidad de los
ecosistemas.
En los suelos: se presenta la acidificación de los mismos. La sensibilidad a la
acidificación es mayor en aquellas tierras donde la degradación de los minerales se
produce lentamente. Cuando el suelo se acidifica, es esencial que sus nutrientes se