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7/25/2019 Biolixiviacin en Bauxita Ula
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGA
LABORATORIO DE BIOTECNOLOGA DE MICROORGANISMOS SIXTO
DAVID ROJO
BIOLIXIVIACIN DE ALUMINIO Y HIERRO PRESENTE
EN BAUXITA GIBBSTICA USANDO CEPAS
HETERTROFAS INDGENAS
Trabajo Especial de Grado presentado por el
Br. David Rolando Quintero Rodrguezcomo
requisito parcial para optar al Ttulo de
Licenciado en Biologa
Tutor: Msc. Balmore Guerrero
Mrida, Octubre de 2003
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGA
LABORATORIO DE BIOTECNOLOGA DE MICROORGANISMOS SIXTO
DAVID ROJO
BIOLIXIVIACIN DE ALUMINIO Y HIERRO PRESENTE
EN BAUXITA GIBBSTICA USANDO CEPAS
HETERTROFAS INDGENAS
Br. David Rolando Quintero Rodrguez
Merida, Octublre de 2003
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE CIENCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGA
LABORATORIO DE BIOTECNOLOGA DE MICROORGANISMOS SIXTO
DAVID ROJO
BIOLIXIVIACIN DE ALUMINIO Y HIERRO PRESENTE
EN BAUXITA GIBBSTICA USANDO CEPAS
HETERTROFAS INDGENAS
Br. David Rolando Quintero Rodrguez
Merida, Octublre de 2003
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RESUMEN
La biolixiviacin microbiana de metales a partir de minerales es unproceso de reciente estudio y potencial uso en la extraccin metalesde menas o concentrados minerales de bajo tenor, diversosmicroorganismos han sido empleados en experiencias debiolixiviacin, especialmente con minerales sulfurosos y preciosos,resaltando el uso de microorganismos indgenas en dichos
procesos. En Venezuela, el Yacimiento de Bauxita Los Pijiguaos,presenta limitantes en su explotacin relacionadas al bajo contenidoen alumina, que favorecen el planteamiento del uso de mtodosalternativos como la biolixiviacin que permitan la recuperacin dealuminio o la beneficiacin del mineral por remocin de impurezas;en este sentido se aislaron y obtuvieron nueve cepas indgenasprovenientes del yacimiento, que fueron adaptadas y cultivadas encondiciones selectivas que determinaron el uso de la cepadenominada N en los ensayos de biolixiviacin, demostrndoseposteriormente su capacidad de biolixiviar hierro y aluminio, en
condiciones variables de concentracin de glucosa y mineral en elmedio de cultivo. Los tratamientos de 60 gGlucosa/L -150 gBauxita/L y 40gGlucosa/L -100 gBauxita/L mostraron mayores niveles de biolixiviacin,recuperacin, productividad y rendimiento para hierro y aluminio,observndose patrones similares de consumo de glucosa yvariacin de pH, relacionados al incremento de los niveles debiolixiviacin, que descienden hacia el final del cultivo y sonconcordantes con las tendencias de variacin de pH, [Al3+] y [Fe3+]de las experiencias de lixiviacin qumica. Se observ mayor
selectividad en la solubilizacin de aluminio de los agentesquelantes o cidos orgnicos producidos. Los resultados obtenidosconfirman la potencialidad de uso de microorganismos indgenas enel proceso de biolixiviacin en bauxita, como mtodo alternativo detratamiento, por lo que se sugiere la optimizacin de los medios,condiciones y sistemas de cultivo para la cepa seleccionada.
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Bioleaching of Aluminum and Iron from Gibbsitic
Bauxite using indigenous heterotrophs strains
ABSTRACT
The microbial bioleaching of metals from minerals is a process ofrecent study and potential use in the metal extraction of menas andmineral concentrated of low tenor, diverse microorganisms havebeen used in biolixiviacin experiences, specially with sulfurous and
precious minerals, emphasizing the use of indigenousmicroorganisms in these processes. In Venezuela, the LosPijiguaos Bauxite Deposit, displays difficulties in his operationrelated to low content of alumina, that favor the exposition of the useof alternative methods like the bioleaching which they allow to thealuminum recovery or the benefitiation of the mineral by removal ofimpurities; in this sense they isolated nine indigenousmicroorganisms originating of the deposit were isolated andobtained, that were adapted and cultived in selective conditions thatdetermined the use of denominated strain N in the bioleaching testslater, demonstrating themselves their capacity to bioleaching ironand aluminum, in variable conditions of concentration of glucose andmineral in culture medium. The treatments of 60 gGlucosa/L -150gBauxita/L and 40 gGlucosa/L -100 gBauxita/L showed to greater levels ofbioleaching, recovery, productivity and yield for iron and aluminum,being observed similar patterns of glucose consumption andvariation of pH, related to the increase of the biolixiviacin levels,that descend towards the end of the culture and are concordant withthe tendencies of variation of pH, [Al3+] and [Fe3+] of the chemical
leaching experiences. Greater selectivity in the solubilizacin ofaluminum of produced organic the quelantes or acid agents wasobserved. The obtained results confirm the potentiality of use ofindigenous microorganisms in the process of bioleaching in bauxite,like alternative method of treatment, reason why it suggests theoptimization of mediums, conditions and systems of culture for theselected strain.
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NDICE GENERAL
1. INTRODUCCIN...
2. HIPTESIS.
3. OBJETIVOS...
4. METODOLOGA
4.1. AISLAMIENTO Y CARACTERIZACIN PRELIMINAR DE CEPAS
QUIMIOLITOTROFAS Y HETERTROFAS INDGENAS
4.1.1. Muestras de Bauxita, Suelo y Lodos Rojos de las Lagunas de Drenaje de
Mina...
4.1.1.1. Localizacin del rea de Muestreo............
4.1.1.2. Recoleccin y Almacenamiento de Muestras
4.1.2. Medio de Cultivo de Enriquecimiento.............
4.1.2.1. Composicin y Preparacin..
4.1.2.2. Condiciones de Cultivo y Ciclos de Cultivo de Enriquecimiento.
4.1.3. Medio de Aislamiento de Cepas Quimiolitotrofas y Hetertrofas Indgenas..
4.1.3.1. Composicin y Preparacin..
4.1.3.2. Condiciones de Cultivo y Aislamiento de Cepas...
4.1.4. Seleccin de Cepas y Caracterizacin Preliminar.
4.1.4.1. Caracterizacin Macromorfolgica..
4.1.5. Adaptacin de las Cepas Seleccionadas
4.1.5.1. Ciclo Primario de Adaptacin
4.1.5.1.1. Medio y Condiciones de Cultivo.
4.1.5.2. Ciclo Secundario de Adaptacin..
4.1.5.2.1. Medio y Condiciones de Cultivo.
4.1.5.3. Ciclo Terciario de Adaptacin...
4.1.5.3.1. Medio y Condiciones de Cultivo.
4.2. SELECCIN DE CEPAS EN BASE A LOS NIVELES DE BIOLIXIVIACIN
DE HIERRO EN MEDIO COMPLEMENTADO CON BAUXITA
GIBBSTICA...
4.2.1. Tratamiento de la Muestra.
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4.2.2. Preparacin de la Curva de Calibracin para la determinacinEspectrofotomtrica de Hierro Lixiviado con Tiocianato...
4.2.3. Determinacin Espectrofotomtrica de la Concentracin de Hierro Lixiviado
con Tiocianato..
4.2.4. Seleccin de las Cepas a emplear en los Ensayos de Biolixiviacin.
4.3. BIOLIXIVIACIN DE ALUMINIO Y HIERRO PRESENTES EN BAUXITA
GIBBSTICA...
4.3.1. Obtencin del inculo de la cepa tipo seleccionada..
4.3.2. Experimento Multifactorial..4.3.2.1. Medios y Condiciones de Cultivo.
4.3.3. Controles de Lixiviacin Qumica con cidos Inorgnicos y Orgnicos .
4.3.4. Determinaciones Analticas de los Niveles de Biolixiviacin..
4.3.4.1. Tratamiento de la Muestra..
4.3.4.2. Determinacin Espectrofotomtrica de la Concentracin de Hierro con
1,10- Fenantrolina .
4.3.4.3. Determinacin Espectrofotomtrica de la Concentracin de Aluminio con
Eriocromocianina R .4.3.4.4. Determinacin de la Concentracin de Glucosa Residual mediante
Reaccin Acoplada Glucosa Oxidasa Peroxidasa..
4.3.5. Determinacin de Parmetros Cinticos del Proceso de Biolixiviacin...
5. RESULTADOS.
6. DISCUSIONES.
7. CONCLUSIONES
8. RECOMENDACIONES...
9. BIBLIOGRAFA
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Composicin de medios de cultivo base empleados en experimentos de
biolixiviacin..
Tabla 2: :Patentes de algunos procesos biohidrometalrgicos en Yacimientos.
Tabla 3: Composicin qumica del Medio 9K.
Tabla 4 : Experimento Multifactorial de Biolixiviacin de Aluminio y Hierro presente enbauxita, donde Tx corresponde al tratamiento.
Tabla 5 : Experimento Multifactorial de lixiviacin de Aluminio y Hierro presente en
bauxita, usando cidos orgnicos e inorgnicos para pH inicial de 2,2, donde Tx
corresponde al tratamiento.
Tabla 6 : Composicin qumica y mineralgica de la bauxita Los Pijiguaos de tamao de
partcula 250 m...
Tabla 7 : Composicin de la bauxita Los Pijiguaos correspondiente, calculada en iones
Tabla 8: Caractersticas fenotpicas relevantes de los microorganismos aislados
empleados en los ensayos de biolixiviacin.
Tabla 9: Porcentajes mximos de extraccin de aluminio y hierro para los distintos
tratamientos de lixiviacin qumica usando cidos comerciales...
Tabla 10: Datos experimentales de los tratamientos de Biolixiviacin de Aluminio y Hierro
en cultivos con agitacin de la Cepa Tipo N, variando la densidad de pulpa para
concentracin inicial de glucosa 40 g/L
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Tabla 11: Datos experimentales de los tratamientos de Biolixiviacin de Aluminio y Hierroen cultivos con agitacin de la Cepa Tipo N, variando la densidad de pulpa para
concentracin inicial de glucosa 60 g/L
Tabla 12: Porcentajes mximos de recuperacin de aluminio y hierro para los distintos
tratamientos de biolixiviacin usando la Cepa N.
Tabla 13 : Resumen de datos y parmetros cinticos de los distintos tratamientos de
biolixiviacin de aluminio y hierro presentes en bauxita gibbstica en agitacin, usando la
Cepa N para un Xo = 5,28 gps/L
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INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Esquema general del proceso de biolixiviacin ..
Figura 2 :Representacin esquemtica de un percolador Air-Lift
Figura 3: Diagrama de flujo del proceso de Lixiviacin en Vertederos e In Situ...
Figura 4: Curva de Calibracin de Absorbancia (Abs.) a 510 nm contra concentracin de hierro(Fe3+) (mg/L), determinado espectrofotomtricamente con tiocianato
Figura 5: Extraccin de Hierro (Fe3+) a partir de Bauxita Gibbstica de tamao de partcula 250
m en ensayos preliminares de Biolixiviacin en presencia de las distintas cepas tipo
seleccionadas durante el Ciclo Terciario de Adaptacin, para condiciones de cultivo esttico y
con agitacin, donde Ct : Control sin inocular.
Figura 6: Curva de Calibracin de Absorbancia (Abs.) a 510 nm contra concentracin de glucosa(mg/ml), determinado espectrofotomtricamente usando el sistema acoplado de reaccin
enzimtica Glucosa Oxidasa Peroxidasa (GOD-POD)..
Figura 7: Curva de Calibracin de Absorbancia (Abs.) a 510 nm contra concentracin de hierro
(Fe2+) (mg/L), determinado espectrofotomtricamente con 1,10-fenantrolina...
Figura 8: Curva de Calibracin de Absorbancia (Abs.) a 535 nm contra concentracin de
aluminio (Al3+) (mg/L), determinado espectrofotomtricamente con Eriocromocianina R...
Figura 9: Variacin del pH como una funcin del tipo de cido y la densidad de pulpa en los
Controles de Lixiviacin Qumica, para un pH inicial de 2,2.
Figura 10: Lixiviacin de Hierro en Bauxita Gibbstica como una funcin del tipo de cido y la
densidad de pulpa para un pH inicial de 2,2...
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Figura 11: Lixiviacin Qumica de Aluminio en Bauxita Gibbstica como una funcin del tipo de
cido y la densidad de pulpa para pH inicial de 2,2...Figura 12: Variacin del pH de los tratamientos de Biolixiviacin de la Cepa Tipo N, como una
funcin de la densidad de pulpa y la concentracin de glucosa, para pH inicial de 6,5..
Figura 13: Consumo de Glucosa en los tratamientos de Biolixiviacin de la Cepa Tipo N, como
una funcin de la densidad de pulpa y la concentracin inicial de glucosa...
Figura 14: Biolixiviacin de Aluminio en los tratamientos con la Cepa Tipo N, como una funcin
de la densidad de pulpa y la concentracin inicial de glucosa.
Figura 15: Biolixiviacin de Hierro en los tratamientos con la Cepa Tipo N, como una funcin de
la densidad de pulpa y la concentracin inicial de glucosa..
Figura 16: Relacin Productividad de Al3+ contra Tasa de Dilucin (1/da) para los diferentes
tratamientos de Biolixiviacin con agitacin de la Cepa Tipo N. El tamao de la circunferencia
est referido a la concentracin mxima de aluminio lixiviado
Figura 17: Relacin Productividad de Fe3+ contra Tasa de Dilucin (1/da) para los diferentes
tratamientos de Biolixiviacin con agitacin de la Cepa Tipo N. El tamao de la circunferencia
est referido a la concentracin mxima de aluminio lixiviado
Figura 18: Biolixiviacin de Aluminio respecto al consumo de glucosa y pH del medio para el
tratamiento de 60 g/L Glucosa y 15% DP con agitacin de la Cepa Tipo N..
Figura 19: Biolixiviacin de Hierro respecto al consumo de glucosa y pH del medio para el
tratamiento de 60 g/L Glucosa y 15% DP con agitacin de la Cepa Tipo N..
Figura 20: Biolixiviacin de Aluminio respecto al consumo de glucosa y pH del medio para el
tratamiento de 40 g/L Glucosa y 10% DP con agitacin de la Cepa Tipo N..
Figura 21: Biolixiviacin de Hierro respecto al consumo de glucosa y pH del medio para el
tratamiento de 40 g/L Glucosa y 10% DP con agitacin de la Cepa Tipo N..
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I. INTRODUCCIN
1.1. Biominera y Biolixiviacin
En la actualidad es conocida la participacin significativa de mltiples
microorganismos en los procesos de extraccin de metales de inters
econmico a partir de yacimientos o concentrados minerales de bajo tenor, as
como sus potenciales aplicaciones (Lundgren, 1980; Bosecker, 1997) y
posibles caractersticas ambientalmente benignas (Modak, 1999), no obstante,
es hasta hace cerca de cincuenta aos que se conoce que son bacterias y
hongos los grandes responsables del enriquecimiento de metales en aguas de
yacimientos y minas (Bosecker, 1997). Tales caractersticas y ventajas estn
implcitas en una nueva era de la Minera conocida como Biominera (Moffa,
1994), que contempla la aplicacin de distintas tecnologas y procesos
hidrometalrgicos a travs del uso de microorganismos para la extraccin o
disolucin de metales de inters econmico a partir de minerales o slidos, con
la finalidad de recuperar los elementos deseados (Brierley,1978). El creciente
inters en dichas tecnologas se basa fundamentalmente en la escasa
contaminacin de aguas y tierras producto de la aplicacin tentativa de las
mismas, lo que le da el carcter de Tecnologa Limpia, junto a sus
comparativamente bajos, requerimientos de costos y energa (Krebs, 1997),
ante la necesidad de incrementar el aprovechamiento de la explotacin minera
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de los yacimientos, concentrados minerales de bajo tenor e incluso de diversos
tipos de desechos industriales o mineros, debido a que estos no pueden ser
econmicamente rentables empleando las operaciones mineras, ni los mtodos
de procesamiento convencionales (Vachon, 1994; Vassan, 2001). Los
procesos de solubilizacin y extraccin de elementos recuperables a partir de
minerales o slidos mediados por la accin de microorganismos (bacterias u
hongos) son conocidos como Biolixiviacin (Krebs, 1997, Bosecker, 1997) y
ocurren de manera natural siempre que se den las condiciones ambientales
favorables para el crecimiento de los microorganismos en los ecosistemas
subsuperficiales. Asimismo, si la recuperacin de los metales de valor puede
ser usada para el enriquecimiento del mineral por remocin de impurezas o
constituyentes indeseables, a travs de la accin directa o indirecta de
microorganismos se conoce como Biobeneficiacin (Bosecker, 1997, Modak,
2000, Vassan, 2001).
Alibhai (1993) sugiere aspectos fundamentales a definir para plantear la
aplicacin del proceso de biolixiviacin, como son: (i) conocer las relaciones
existentes entre la mineraloga y las caractersticas de lixiviacin; (ii) capacidad
de lixiviacin del mineral con cidos quelantes comercialmente disponibles
respecto a los producidos metablicamente por microorganismos; (iii)
caractersticas de lixiviacin en Erlenmeyers o fiolas y columnas usando cidos
sulfrico y ctrico como control; (iv) aislamiento de microorganismos con
caractersticas deseables para ser empleadas en procesos de biolixiviacin
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(ejm. Tolerancia a cidos, tolerancia a metales y alta produccin de cido); (v)
comparacin de la lixiviacin con cidos biolgicamente producidos respecto a
los cidos puros o sus mezclas disponibles comercialmente y (vi) comparacin
de la lixiviacin con cidos producidos in situ , por crecimiento de el organismo
en presencia del mineral (Ver Fig. 1).
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1.2. Microorganismos involucrados en procesos de Biolixiviacin
Una gran variedad de microorganismos son conocidos por participar en
procesos de biolixiviacin de metales a partir de mltiples yacimientos
minerales y desechos de mina, tales microorganismos se caracterizan
fundamentalmente por tolerar condiciones ambientales particularmente
extremas que involucran altas concentraciones de metales, anoxia, tensiones
mecnicas, acidez e incluso temperaturas elevadas, entre otras. Adicionalmente
los procesos de biolixiviacin determinan la existencia de complejas relaciones
interespecficas e incluso posibles sucesiones de microorganismos,
relacionadas con la composicin del mineral y distintas variables ambientales
(Lundgren, 1980; Torma, 1982).
En estos procesos la contribucin de la actividad microbiana en la
degradacin de minerales sulfurosos ha sido inequvocamente comprobada
(Lundgren, 1980) y es hacia ese tipo de minerales que se enfoc inicialmente la
investigacin en el campo de la biolixiviacin (Brierley, 1978, Torma, 1982,
Bosecker, 1997, Krebs, 1997), no obstante en los ltimos aos se ha
intensificado el estudio en torno a las potencialidades de recuperacin de
metales de inters a partir de yacimientos no sulfurosos.
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En el caso de xidos, carbonatos y silicatos esta limitado el uso de
tiobacilos en experiencias de biolixiviacin. Para tales casos, la investigacin se
lleva a cabo usando bacterias hetertrofas y hongos (Bosecker, 1997)
1.2.1. Microorganismos Quimiolitotrofos
La biolixiviacin de minerales sulfurosos depende predominantemente de
la actividad de bacterias quimiolitotrofas, las cuales usan un substrato inorgnico
como fuente de energa y dixido de carbono para crecer, dichas bacterias
pueden ser facultativas u obligadas (Torma, 1982, Bosecker, 1997).
La bacteria ms activa en los procesos de biolixiviacin pertenece al
gnero Thiobacillus, especficamente Thiobacillus ferrooxidans de la cual se
conocen varios aspectos bsicos y aplicados, relacionados a su fisiologa,
bioenergtica, crecimiento y cintica de biolixiviacin de diversos metales
(Silverman, 1959; Manning, 1975; LaCombe, 1990; Okereke, 1991; Pronk,
1992; Baldi, 1992; Nagpal, 1996; Modak, 1999). Muchos tiobacilos son
especies quimiolitotrofasy su energa deriva de la oxidacin de compuestos de
azufre reducidos o parcialmente reducidos, incluidos sulfuros, azufre elemental
y tiosulfato, obtenindose como producto final sulfato (Silverman, 1959).
Asimismo destacan otras especies como Thiobacillus thiooxidans,
Metallogenium spp., Gallionella spp., Leptospirillum ferrooxidans., Acidianus
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brierley, Sulfolobus spp. y Sulfobacilusestas dos ltimas termoflicas (Brierley,
1978).
1.2.2. Microorganismos Hetertrofos
Es bien conocida la participacin de microorganismos hetertrofos en la
degradacin de rocas y minerales (Torma, 1982), de esta manera mltiples
investigaciones han determinado que la solubilizacin y extraccin de metales
como oro, cobre, nquel, hierro, manganeso, aluminio, titanio, cromo y uranio,
puede ser mediada por la accin de bacterias hetertrofas y hongos (Bosecker,
1997), que requieren de suplementos orgnicos para crecer y suplir la energa
para contribuir con el proceso de biolixiviacin de metales, a travs de tres vas
fundamentalmente (i) las reacciones redox, (ii) la formacin de cidos orgnicos
e inorgnicos o (iii) la excrecin de agentes acomplejantes o quelantes (Krebs,
1997).
Destacando el hecho que los microoganismos hetertrofos no obtienen
beneficio del proceso de biolixiviacin (Bosecker, 1997), resaltan ciertas
especies de bacterias involucradas en el mismo como Paenibacillus polymyxa,
Bacillus spp., Pseudomonas fluorecens, Serratia marcencence, Agrobacterium
tumefaciens y los gneros de hongos Penicillium y Aspergillus como los ms
importantes (Groudev, 1987; Alibhai, 1993).
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Debido a que la lixiviacin microbiana de yacimientos no sulfurosos,
parece factible y puede ser empleada en la extraccin de metales en minerales
e incluso desechos de mina, usando organismos hetertrofos, se requiere por
tanto de una fuente de carbono, siendo fundamental enfocar las distintas
alternativas de la misma para propsitos tcnicos, de manera que sea atractiva
econmicamente la aplicacin de un proceso de biolixiviacin (Bosecker, 1997)
1.2.3. Microorganismos Indgenas
La bsqueda de microorganismos no descritos previamente y capaces de
lixiviar metales a partir de minerales o concentrados minerales lidera los
estudios en biotecnologa minera (Paul, 1988), sobre la base de encontrar
caractersticas deseables en organismos indgenas adaptados a las condiciones
fisicoqumicas y ambientales presentes en el yacimiento o concentrado mineral
lo cual puede ser ms recomendable para los estudios de biolixiviacin y
biobeneficacin (AlibHai, 1993, Vachon, 1994, Natarajan, 1997).
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1.3. Factores que afectan el Proceso de Biolixiviacin
La efectividad del proceso de biolixiviacin depende fundamentalmente de la
eficiencia del microorganismo, as como de la composicin qumica y
mineralgica del yacimiento a ser lixiviado (Bosecker, 1997). De esta manera
los mejores rendimientos de extraccin de metales, correspondern a las
condiciones ptimas de crecimiento del microorganismo y caractersticas
fisicoqumicas del mineral .
1.3.1. Nutrientes
Los microorganismos usados para la extraccin de metales a partir de
yacimientos sulfurosos son generalmente bacterias quimiolitoauttrofas y por lo
tanto solo son requeridos compuestos inorgnicos para su crecimiento, tales
como hierro y compuestos sulfurosos. En general los nutrientes minerales son
obtenidos del ambiente y del material a ser lixiviado, no obstante para obtener
un ptimo crecimiento, estos medios de cultivo deben ser suplementados con
Amonio y sales de fosfato, calcio, potasio, sodio y magnesio (Silverman, 1959,
Brierley, 1978), otros elementos traza son incorporados usualmente por
impurezas presentes en los constituyentes del medio.
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En el caso de microorganismos hetertrofos es necesaria la adicin de
una fuente de carbono generalmente glucosa o sacarosa, aunque son
sugeridas para una escala industrial tentativa fuentes de carbono complejas
como celulosa o melaza (Vachon, 1994), usndose adems como fuente de
nitrgeno compleja extracto de levadura (Bromfield, 1954) o sulfato de amonio,
as como las sales bsicas (Ver Tabla 1 ), no obstante las modificaciones en la
composicin de dichos medios son frecuentes a fin de adaptarlos a las
condiciones experimentales, caractersticas del microorganismo y mineral a
lixiviar.
Desde un punto de vista econmico es deseable identificar los
componentes esenciales necesarios para el crecimiento del microorganismo en
la solucin de lixiviacin a fin de formular un medio prctico de lixiviacin
(Lundgren, 1980) a ser usado a escalas mayores o de campo.
Por alteracin de los parmetros tales como el balance Nitrgeno/Fsforo
del medio y un ptimo pH, ciertas especies de hongos pueden ser usadas para
producir un amplio rango de cidos orgnicos, para propsitos de biolixiviacin,
asimismo la presencia o ausencia de ciertos iones metlicos como el
manganeso, pueden influenciar fuertemente la produccin de cido ctrico,
generando una alta tasa de flujo glicoltico, que provee los precursores para el
citrato, piruvato y oxalacetato (White, 1997).
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Tabla 1: Composicin de medios de cultivo base empleados en experimentos
de biolixiviacin (Natajaran, 1997).
Composicin del Medio de Cultivo (g/L) de agua destilada)Medio Composicin (g/L) pHShu(Smith y Pateman, 1977)
Czapek Dox(Raper y Fennell, 1965)
Medio 9K(Silverman y Lundgren, 1959)
Sabauroud(Bencke, 1958)
Medio para produccin deAcido Oxlico(Smith y Paleman, 1977)
Bromfield(Bromfield, 1954)
Medio Nutritivo(Raper y Fennel, 1965)
Glucosa KH2PO4 NH4NO3/(NH4)2SO4 MgSO47H2O 7,0(140.0) (1.5) (0.87) (0.25)
Sacarosa NaNO3 KH2PO4 KCl MgSO4 FeSO4 7,0(30.0) (5.5) (1.0) (0.5) (0.5) (0.01)
FeSO47H2O (NH4)2SO4 KCl KH2PO4 MgSO4 Ca(NO3)2 2,2(44.8) (3.0) (0.1) (0.5) (0.5) (0.01)
Glucosa Peptona Ext. Levadura NaCl 7,2(20.0) (1.5) (0.87) (0.25)
Sacarosa NaNO3 KH2PO4 MgSO4 FeSO4 ZnSO4 7,0-8,0 (100.0) (5.5) (1.0) (0.5) (0.025) (0.05)
Sacarosa KH2PO4 (NH4)2SO4 MgSO47H2O CaCO3 Ext. Levadura 7,0(100.0) (0.5) (1.0) (0.2) (5.0) (0.15)
Peptona Ext. Carne NaCl 7,0(10.0) (5.0) (5.0)
1.3.2. pH
El pH adecuado es una condicin necesaria para el crecimiento del
microorganismo y su variacin es decisiva para la solubilizacin de ciertos
metales presentes en el mineral, siendo determinante para el rendimiento del
proceso de biolixiviacin. La bacteria T. ferrooxidans tiene un rango ptimo de
crecimiento en condiciones altamente acdicas con valores de pH de 2,0 2,5
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favorable para la oxidacin de hierro ferroso y sulfuros (Bosecker, 1997). Para
valores de pH cercanos a 2,0 ocurre una considerable inhibicin de T.
ferrooxidans,, pero T. ferrooxidans puede ser adaptado para valores de pH
menores por adicin de cido (Touniven, 1973). Bacterias hetertrofas y
hongos pueden ser usadas con valores de pH alcalinos, lo cual constituye un
ventaja debido a que se favorece la formacin de complejos entre metales y
metabolitos, as como la precipitacin de metales en condiciones alcalinas
(Schinner, 1989).
1.3.3. Temperatura
Todos los procesos basados en la transformacin de minerales por
microorganismos estn confinados a un rango limitado de temperaturas. Para
bajas temperaturas un descenso en la extraccin de metales puede ocurrir
(Ahonen, 1989), pero su incremento puede resultar no solamente en el usual
aumento de la reactividad qumica, sino tambin, dentro de ciertos lmites en la
aceleracin del metabolismo microbiano. La lixiviacin ptima de metales en
yacimientos sulfurosos ha sido establecida entre 25 45 C, situndose el lmite
de la oxidacin biolgica en 55C (Lundgren, 1980). Para temperaturas
superiores (50 80C) pueden ser usadas bacterias termoflicas para
propsitos de lixiviacin (Bosecker, 1997).
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1.3.4. Flujo de O2y CO2
Un adecuado flujo de oxgeno es un requisito fundamental para el
crecimiento del microorganismo, controlando por tanto la extraccin microbiana
de metales (Brierley, 1978). En el laboratorio esto puede ser provisto por
aireacin o agitacin, pero en una escala industrial el suministro de oxgeno
causa dificultades (Bosecker, 1997).
Para el crecimiento de microorganismos quimiolitoauttrofos, la
solubilidad del CO2 es baja en condiciones cidas, por lo tanto puede ser un
factor limitante en el crecimiento, sin embargo en condiciones naturales la
ganga asociada al mineral es comnmente rica en carbonatos y conjuntamente
al crecimiento de hetertrofos pueden proveer el CO2 necesario (Brierley,
1978).
1.3.4. Tamao de Partcula y Mineral Substrato
La composicin mineralgica del material a lixiviar es de fundamental
importancia, para determinar las condiciones experimentales de lixiviacin y el
microorganismo a emplear. La tasa de lixiviacin depende de la superficie total
del substrato, de esta manera grandes rendimientos y tasas de extraccin de
metales en minerales ocurren cuando el rea especfica de superficie del mismo
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es incrementada por reduccin del tamao de partcula, lo cual involucra un alto
costo energtico. La reduccin del tamao incrementa la disponibilidad del
substrato, y en la prctica el grado de lixiviacin es proporcional al rea de
superficie de las partculas (Torma, 1982). La concentracin del substrato slido
es expresada como la densidad de pulpa o relacin slido:lquido. Las tasas de
extraccin pueden descender cuando la relacin slido:lquido es elevada
debido a la interferencia de los slidos con la transferencia de masa de
nutrientes, especialmente oxgeno y dixido de carbono al organismo (Torma,
1982).
1.3.6. Tolerancia a Metales
El proceso de biolixiviacin de minerales esta acompaado por el
incremento en la concentracin de metales en el medio o lixiviado. En general
estos organismos capaces de lixiviar tienen una elevada tolerancia a metales
pesados, en especial T. ferrooxidans, tolera concentraciones de 0,37 M Al, 0,15
M Zn, 0,17 M Co, 0,17 M Ni, 0,18 M Mg y 0,16 M Cu (Brierley, 1978). Asimismo
diferentes cepas de una misma especie pueden tener distinta sensibilidad,
siendo posible adaptar determinadas cepas a elevadas concentraciones de
metales o a substratos especficos, mediante el incremento gradual de las
concentraciones de metales o substrato (Bosecker, 1997). La tolerancia a
metales implica procesos de movilizacin de metales que puede ser llevado a
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cabo por un amplio rango de microorganismos y el proceso incluye lixiviacin
autotrfica y heterotrfica, quelacin por metabolitos y siderforos y metilacin
la cual puede resultar en una volatilizacin y eventual contaminacin.
Similarmente pueden contribuir a la inmovilizacin por absorcin a
componentes celulares o exopolmeros, transporte o secuestro intracelular o
precipitacin como compuestos orgnicos e inorgnicos como oxalatos, sulfuros
o sulfatos (White, 1997).
Experimentalmente es sugerido someter a los microorganismos a un
proceso de adaptacin, mediante ensayos secuenciales con incrementos
progresivos en la concentracin de mineral o ciertos metales presentes en este
(Alibhai, 1993).
1.4. Mecanismos de Biolixiviacin
Los metales pueden ser disueltos a partir de minerales insolubles
directamente por el metabolismo de microorganismos o indirectamente por los
productos de su metabolismo (Lundgren, 1980). Las transformaciones de
metales pueden ser divididas en dos grandes categoras. La Primera envuelve
la oxidacin o reduccin de formas inorgnicas, lo cual puede servir como
fuente de energa para el crecimiento microbiano, sin embargo la reduccin
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envuelve al metal como aceptor de electrones, proveyendo adems otra fuente
de energa que est disponible en el ambiente. La segunda categora resulta en
la conversin de metales a formas orgnicas, o el proceso inverso, estas
reacciones son de importancia en la naturaleza para un gran nmero de reas,
que incluyen: (1) formacin de suelo, (2) extraccin de metales, (3) acidificacin
de aguas residuales de minas, (4) contaminacin de fuentes de agua y (5)
produccin de yacimientos metlicos durante el tiempo geolgico (Paul, 1988).
1.4.1. Mecanismo Directo
Algunos microorganismos son capaces del ataque directo oxidativo sobre
minerales sulfurosos (Lundgren, 1980), mediante el establecimiento de un
ntimo contacto fsico entre la bacteria y la superficie del mineral, teniendo la va
de oxidacin a sulfato mltiples etapas catalizadas enzimticamente (Bosecker,
1997), no obstante los mecanismos de ataque e iniciacin de la solubilizacin
no son completamente entendidos. Obviamente la bacteria no ataca toda la
superficie del mineral, sino prefiere sitios especficos de imperfeccin en el
cristal, y la solubilizacin es debida a interacciones electroqumicas (Bennet,
1978, Lundgren, 1978). De esta manera el mecanismo de accin directa puede
ser generalizado con la siguiente expresin:
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MicroorganismoMeS + 2O2 MeSO4
Donde Me: es el metal y S: azufre
Asimismo distintas publicaciones resaltan el posible efecto de la
interaccin entre la hifa fangal y la superficie del mineral, particularmente en
cuanto a disolucin de cuarcitas (Feldmann, 1997) y aluminosilicatos (Torma,
1982) y su impacto en los procesos de biolixiviacin y bioremediacin.
1.4.2. Mecanismo Indirecto
En este mecanismo el microorganismo no esta directamente envuelto en
el proceso de biolixiviacin (Vassan, 2001), debido a que no establece un
contacto fsico con la superficie del mineral, sin embargo genera un lixiviante
que moviliza los metales presentes en el mineral (Krebs, 1997).
En minerales sulfurosos Silverman y Ehrlich (1959) han discutido acerca
del rol del sulfato frrico y el oxgeno en la oxidacin de metales sulfurosos, ya
que el primero resalta como el principal agente involucrado en el ataque
indirecto de dichos minerales. Las reacciones generales que envuelven la
accin del hierro frrico son:
Microorganismo(aerbica) MeS + 2Fe3++ H2+ 2O2 Me
2++ 2Fe2++ SO4=+2H+
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Microorganismo
(anaerbica) Fe2(SO4)3+ FeS2 3FeSO4+ 2S
En la presencia de bacterias ferrooxidantes, el hierro ferroso producido
en estas reacciones puede ser oxidado a hierro frrico, establecindose por lo
tanto un proceso cclico. Dicho ataque oxidativo tiene dos etapas: (i) la
interaccin qumica del hierro frrico con el mineral sulfuroso y (ii) la
regeneracin de hierro frrico por la bacteria (Lundgren, 1980).
La biohidrometalurgia de los minerales no sulfurosos ha recibido
relativamente escasa atencin, comparativamente respecto a la biolixiviacin en
minerales sulfurosos por Tiobacilos, que dominan la literatura. Sin embargo,
existen mltiples ejemplos de sistemas mineral microorganismo en los cuales
la degradacin selectiva de los componentes del mineral, se llevan a cabo a
travs de la accin de productos metablicos (Vassan, 2001).
De esta manera existen hongos que pueden soportar amplios rangos de
pH y producir cidos orgnicos y quelantes capaces de solubilizar y acomplejar
cationes metlicos. Burgstaller y Schinner (1993) citan varias especies que
producen grandes cantidades, que incluyen Yarrowia lipolytica (a. ctrico),
Mucor spp. (a. fumrico y glucnico), Rhizopus spp. (a. lctico, fumrico y
glucnico),Aspergillus niger (a. ctrico, oxlico y glucnico), Aspergillus spp. (a.
ctrico, mlico, tartrico, -cetoglutarato, itacnico, acontico), Penicillium spp.
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(a. ctrico, mlico, tartrico, -cetoglutarato, glucnico) y Schizophylum
commune (a. mlico)
1.5. Mtodos de Biolixiviacin
El objetivo de las investigaciones a pequea escala es determinar la
extensin y tasa de la alteracin de los minerales en los yacimientos, finalmente
las investigaciones de laboratorio estn dirigidas a determinar las condiciones
de lixiviacin ptimas y la subsecuente simulacin de los mtodos para su
potencial aplicacin comercial.
Los mejores resultados para extraccin de metales pueden ser
obtenidos con tcnicas que provean altas transferencias de oxgeno y nutrientes
en las soluciones de lixiviacin.
1.5.1. Aplicaciones Experimentales
La biolixiviacin de minerales es una tecnologa simple y efectiva, cuya
efectividad y economa depende de la actividad del microorganismo y la
composicin qumica y mineralgica del mineral, por tanto los procesos
probados en un tipo de mineral no pueden ser transferidos directamente a otros,
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siendo su aplicacin tcnica posible cuando las condiciones de lixiviacin han
sido optimizadas para este (Bosecker, 1997).
1.5.1.1. Percoladores Air Lift
Constituyen los primeros y ms usados aparatos en experimentos de
biolixiviacin. En general, consisten en un tubo de vidrio con un plato separador
ubicado en su zona media, donde es depositado el mineral, el cual esta irrigado
permanentemente mediante recirculacin con el medio de cultivo inoculado con
el microorganismo y con bombeo continuo de aire o dixido de carbono
estriles. Para monitorear el curso del proceso de biolixiviacin se toman
muestras lquidas a ciertos intervalos de tiempo, para determinar los valores de
pH, as como realizar anlisis microbiolgicos y qumicos de los metales
presentes en el lixiviado (Ver Fig. 2).
Aunque determina una mejor transferencia de los nutrientes disueltos
para el microorganismo y facilita la remocin de productos solubilizados y
desechos txicos, este mtodo podra no suplir los altos niveles de oxgeno
requeridos (Lundgren, 1980). Este mtodo ha sido modificado para tratar sus
efluentes con la finalidad de remover productos metablicos y regenerar una
solucin de lixiviacin deseable, as como el microorganismo suspendido en
esta, obtenindose as mayores rendimientos.
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1.5.1.2. Lixiviacin en Columna
La lixiviacin en columna difiere del percolador en su tamao
nicamente, de acuerdo a esto las columnas pueden ser hechas de vidrio,
plstico, concreto o metal y sus rangos de capacidades de varios kilogramos a
pocas toneladas (Bosecker, 1997). En los sistemas en columna se colocan
diversos sensores de medicin de pH, humedad, temperatura, oxgeno, dixido
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de carbono y otros parmetros de inters a lo largo de la misma. La lixiviacin
en columna con o sin circulacin es usada en laboratorios para simular y
optimizar el procedimiento comercial para lixiviacin tipo dump o heap.
1.5.1.3. Lixiviacin Sumergida
Debido a que los niveles de transferencia de oxgeno en los percoladores
y columnas resultan inadecuados y los tiempos de permanencia del mineral
muy prolongados, el proceso de biolixiviacin no es muy eficiente, por tanto el
percolador ha sido progresivamente desplazado por la lixiviacin sumergida
usando material finamente cernido (tamao de partcula < 100 m) el cual es
suspendido en el medio de lixiviacin (Bosecker, 1997).
Distintos mtodos han sido aplicados para favorecer las condiciones de
aireacin de la solucin lixiviante, tales como bombas difusoras de aire,
agitadores magnticos, rotores y agitadores reciprocicantes. En este mtodo el
medio de biolixiviacin es continuamente removido y la transferencia de
oxgeno es por tanto acelerada. Se lleva a cabo en fiolas o Erlenmeyers y
bioreactores ms sofisticados (Bosecker, 1997), que proveen rpidamente
informacin acerca de un gran nmero de parmetros que afectan la actividad
del microorganismo y el proceso de biolixiviacin, permitiendo una evaluacin
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preliminar del proceso con ciertos minerales y su posterior uso en procesos de
escalamiento.
1.5.2. Aplicaciones Comerciales e Industriales
Durante los ltimos treinta aos la biolixiviacin de minerales ha abierto
nuevas oportunidades para la metalurgia y biohidrometalurgia extractiva, siendo
empleada en la actualidad principalmente en las industrias del cobre, uranio y
oro, en especial para el tratamiento de yacimientos de bajo tenor (Torma, 1982)
o yacimientos refractarios (Natarajan, 1998). Muchos procesos de biolixiviacin
han sido patentados recientemente, estando la mayora enfocadas hacia la
recuperacin de metales preciosos como plata y oro, usando microorganismos
quimiolitoauttrofos tales como Thiobacillus, para la movilizacin de metales
(Krebs, 1997).
La simple va para conducir la lixiviacin microbiana es apilar el material
o mineral en montculos cercanos a una fuente de agua para suministrar la
solucin lixiviante a travs del montculo y colectar los fluidos de percolacin o
lixiviados.
Los mtodos principales aplicados para minerales sulfurosos de bajo
tenor son clasificados como procesos de Lixiviacin en Montculos (heap
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leaching), Lixiviacin en Vertederos (dump leaching), Lixiviacin in situ
(Lundgren, 1980) y Lixiviacin en Tanques (Bosecker, 1997).
1.5.2.1. Lixiviacin en Vertederos
Constituye el mtodo ms antiguo y la magnitud de los vertederos y
depsitos de mineral oscila en el rango de varios cientos de toneladas
(Bosecker, 1997), es generalmente empleado para yacimientos sulfurosos. En
este mtodo, grandes cantidades de mineral de bajo tenor, desechos de mina o
rocas son depositados sobre una superficie impermeable que puede constar de
una capa arcillosa o asfltica, para impedir la prdida de los lixiviados por
drenaje (Torma, 1982), la cual se encuentra usualmente ubicada en valles,
donde las soluciones lixiviantes son introducidas de forma natural o fomentada
por riego o inyeccin a travs de pipas verticales, posteriormente los fluidos
percolados son colectados en una cmara para la posterior concentracin de
los metales de valor econmico
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Tabla 2: :Patentes de algunos procesos biohidrometalrgicos en
yacimientos (Tomado de Krebs, 1997).
Tipo de YacimientoMetalRecuperado Microorganismos
Yacimiento de Hierro
Yacimiento de Oro
Yacimiento de Carbnconteniendo Oro
Yacimiento de Sulfuro con Oro
Yacimiento de Plata ManganferaSulfuros
Sulfuros
Fe
Au
Au
Au, Ag, Cu
Ag
Au, Ag, Cu
Au, Ag, Pt
Pseudomonas sp.
Chromobacterium violoceum,Chlorella vulgaris
Thiobacillus sp., cepas de hongosy bacterias hetertrofas
Thiobacillus ferroxidans
Bacillus sp., Bacillus polymyxa
Thiobacillus sp., Letospirillimferrooxidans
Bacterias Sulfato e Hidrgeno
reductoras
1.5.2.2. Lixiviacin en Montculos
Este mtodo difiere del anterior fundamentalmente en su magnitud y la
composicin del material a ser lixiviado, predominando los xidos de ciertos
metales (Torma, 1980). El proceso es usado en yacimientos minerales donde el
material es de granulometra fina pero no puede ser separado por flotacin
(Bosecker, 1997). Puede ser usado para la extraccin de metales valiosos
presentes en las paredes y pilares de las galeras en las minas subterrneas,
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donde las soluciones de lixiviacin entran en contacto con el yacimiento
explotado por percolacin, alternacin de ciclos de saturacin-desecacin,
rociamiento e inyeccin de la solucin de lixiviacin, la cual es recuperada
posteriormente en sumideros (Lundgren, 1980).
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1.5.2.3. Lixiviacin en Tanques
Los mejores rendimientos en ensayos de biolixiviacin sumergida
determinan su aplicacin favorable, debido a el cambio de escala desde
Erlenmeyers a bioreactores ha sido probado y es real, mostrando ser ms
efectivo, aunque resulta ms complejo en cuanto a construccin y operacin
(Bosecker, 1997).
El material a ser lixiviado es colocado en un gran tanque equipado con
una base falsa. La solucin de lixiviacin es colocada por la parte superior del
tanque y acumulada para percolar a travs del material. Los tanques son
usados en un sistema contracorriente, en el cual los nuevos slidos son
colocados en contacto con la solucin de lixiviacin parcialmente reaccionada y
la solucin fresca es agregada a el mineral parcialmente lixiviado (Torma,
1982).
1.6. Biolixiviacin de Aluminio y Hierro en Bauxita
La Bauxita es el mineral que constituye la fuente de aluminio de mayor
importancia en el mundo, siendo adicionalmente usada para la manufactura de
refractarios y cermicas, como aditivo en cemento, absorbentes, metales,
goma, cosmticos, pinturas y vidrio, entre otros. Las bauxitas son
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esencialmente hidrxidos de aluminio que se formaron por la descomposicin e
hidrlisis de aluminosilicatos; como mineral posee un gran nmero de
impurezas como hierro, silicio, titanio, calcio y pequeas cantidades de fsforo,
zinc, magnesio, carbonatos y silicatos, dichas impurezas no solo determinan
problemas de calidad, sino que incrementan los costos de produccin,
causando problemas ambientales de contaminacin, no obstante dos grandes
problemas dificultan la purificacin de la bauxita: la amplia y fcil disponibilidad,
y bajo precio de las bauxitas de tenor elevado o medio, y la fina dispersin de
los xidos de hierro, caoln, calcio y minerales de titanio en los agregados
cristalinos de los yacimientos de bauxita marginal o submarginal.
Dependiendo de la bauxita y el grado de calidad requerido, se emplean
diversos mtodos para su beneficiacin, como seleccin y lavado, separacin
magntica, secado y calcinado, e incluso separacin manual, otros mtodos
incluyen lixiviacin en Lecho Fluidizado, beneficiacin asistida con hidrgeno y
biolixiviacin, sin embargo luego de dcadas de investigacin, no existe una
tecnologa econmica de tratamiento de la bauxita, que pueda ser satisfactoria
para la eliminacin de impurezas (TIFAC, 2002).
Venezuela posee grandes reservas de bauxita, muchas de las cuales
permanecen sin explotar, en el orden de 500 millones de toneladas mtricas
con un contenido mnimo de 48% de almina (Al2O3) como reservas probables
(Quintero, 1990), estando en el Yacimiento Los Pijiguaos, Estado Bolvar, el
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principal desarrollo minero para explotacin de bauxita del pas, llevado a cabo
por C.V.G. Bauxilum C.A., la cual constituye el eslabn inicial en la estructura
del Sector Aluminio del Estado Venezolano, el cual se perfila para el presente
ao como el octavo productor de aluminio del mundo (C.V.G., 2002 en prensa).
La bauxita Los Pijiguaos es gibbstica y tiene un componente pisoltico,
textura celular y espongiforme, tpicamente cuarzosa, lo cual deriva de un
proceso incongruente de disolucin que se dio a principio del Perodo Terciario,
que determin su configuracin en forma de una costra latertica de aspecto
ferruginoso. Su composicin qumica esta constituida por xidos de aluminio,
slice, calcio, hierro y titanio (Menndez, 1985).
La recuperacin del aluminio presente en bauxita, est limitada en
general desde el punto de vista operativo en la explotacin del Yacimiento Los
Pijiguaos, para el procesamiento de mineral con niveles de almina (Al2O3)
superiores al 45% (w/w), lo que determina un desaprovechamiento potencial
importante de las reservas de mineral. Debido a que la utilizacin del tradicional
Proceso Bayer est limitado a bauxitas de elevado tenor que contengan entre
50 60% de almina y menos de 5% de slice reactiva, por lo que es
generalmente aceptada la necesidad de encontrar otras posibles fuentes de
aluminio o procesos de extraccin (Vachon, 1994). Esto favorece la utilizacin y
bsqueda de mtodos alternativos que permitan optimizar el aprovechamiento
de la bauxita con tenores inferiores a los mencionados anteriormente, la cual
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predomina en el Yacimiento Los Pijiguaos. Recientemente se ha acrecentado
el inters dirigido a la extraccin de aluminio a partir de bauxita enfocado
principalmente hacia su enriquecimiento mediante el lavado y remocin de los
diversos componentes e impurezas de la misma a travs de procesos
mecnicos, fsicos y qumicos que favorezcan su mejor aprovechamiento, tales
como flotacin, separacin gravimtrica, reduccin del tamao (roasting) y
separacin magntica. Sin embargo, dichos mtodos determinan limitaciones
prcticas, elevados costos y consumos de energa, siendo adems menos
flexibles y ambientalmente dainos (Vasan, 2001).
De esta manera los yacimientos de bauxita deben ser beneficiados para
remover del mineral constituyentes indeseables que permitan su uso para
diversos propsitos, representando el calcio y el hierro en la bauxita, las
mayores impurezas que afectan sus aplicaciones comerciales como abrasivos y
refractarios (Modak, 1999). La necesidad de sustituir mtodos pirometalrgicos
para procesar minerales o concentrados minerales de bajo tenor, determinan el
desarrollo de mtodos alternativos de explotacin (Alibhai, 1993), por lo tanto,
una solucin biotecnolgica al problema promete ser econmica, eficiente y
ambientalmente benigna (Schinner, 1989; Natarajan, 1997).
Diversos estudios muestran que es posible extraer metales de elevado
valor econmico como oro, titanio, aluminio, nquel, cromo, cobre, manganeso y
uranio, dependiendo de la mineralizacin, usando bacterias hetertrofas y
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hongos sobre yacimientos no sulfurosos como silicatos (Bosecker, 1997), as
como a partir de ciertos desechos industriales o de actividades mineras.
Destacando la biolixiviacin de nquel y hierro de lateritas niquelferas (Alibhai,
1993); aluminio a partir de alumino-silicatos (Groudev, 1982); hierro a partir de
caoln (Mesquita, 1996); manganeso en pirolusita (Toro, 1993); aluminio a partir
de lodos rojos (Vachon, 1994); aluminio, hierro, cromo, cobre, cadmio, nquel y
zinc a partir de desechos industriales (Krebs, 1997); y especficamente en el
caso de bauxita biolixiviacin de aluminio y hierro (Ogurstova, 1990; Natarajan,
1997; Rashid, 2001), slice (Ogurstova, 1990) y calcio (Natarajan, 1997; Modak,
1999; Vasan, 2001).
Resaltando el papel de las silicato-bacterias hetertrofas, capaces de
solubilizar slice presente en silicatos y rocas, algunas pertenecientes a las
especies Bacillus circulansy Bacillus mucilaginosus, capaces de elevar el tenor
de la bauxita por remocin de slice, generando un residuo caracterizado por
una elevada relacin Al2O3 : SiO2 favorable para tratamientos convencionales
(Proceso Bayer) de recuperacin de aluminio (Bosecker, 1997). Asimismo, la
disolucin de silicio en bauxita depende de la especie del microorganismo y la
bauxita usada, debido a que el mecanismo de accin de estos es selectivo, as
por ejemplo B. circulans y B. mucilaginosus, producen exopolisacridos activos
en la desilificacin de bauxitas cuarzo-caolinita-gibbstica y bohemita-caolinita-
clorita, sin embargo para bauxita caolinita-hematita-bohemita no presentan
actividad, de esta manera los microorganismos son capaces de extraer slice,
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aluminio y hierro en solucin con varios niveles de actividad y selectividad,
dependiente directamente del tipo de bauxita y los metabolitos excretados en el
medio (Ogurtsova, 1990).
Estudios recientes muestran que Paenibacillus polymyxa, Aspergillus
spp., Penicillium spp., Pseudomonas spp. y Cladosporium spp. pueden ser
usados en la remocin selectiva de calcio y hierro en bauxita, resultando en su
biobeneficacin (Anand, 1996; Natarajan, 1997; Modak, 1999; Vasan, 2001;
Rashid, 2001), optimizado por un proceso de recirculacin denominado
cascada de lixiviacin, seguido de un proceso de escalamiento a nivel de
bioreactores diseados para flexibilizar las operaciones y favorecer su
adaptabilidad a la industria minera (Modak, 1999).
Anand et al. (1996) reporta que en experiencias de biobeneficacin de
bauxita, usando Bacillus polymyxa pueden ser removidos el calcio y hierro
selectivamente para aplicaciones abrasivas y refractarias respectivamente,
asimismo, mediante la distribucin en fases de la cascada de lixiviacin por
mecanismos indirectos, es posible favorecer la disolucin de calcio y limitar la
de hierro, por cuanto la lixiviacin de este no es ptima en valores de pH no
acdicos, lo que se considera un aspecto crucial para la comercializacin de la
biobeneficacin de bauxita en el futuro (Vasan, 2001). Por lo tanto, para
entender los mecanismos de lixiviacin de los distintos elementos presentes en
la bauxita, es necesario tomar en cuenta no solamente la composicin qumica
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y mineralgica de la bauxita, sino tambin el carcter de los metabolitos activos
en la extraccin de dichos elementos (Ogurstova, 1990). Asimismo, resalta el
empleo de microorganismos indgenas, presentes en las muestras de mineral
colectadas en los yacimientos fundamentalmente bacterias hetertrofas y
hongos, para comprender la influencia de los mismos en la formacin natural,
conversin y sedimentacin de varias formas minerales (Natarajan, 1997),
como estrategia de aplicacin en procesos de biolixiviacin y biobeneficacin.
En este trabajo se emplearon varias cepas hetertrofas indgenas
aisladas de muestras del yacimiento de bauxita Los Pijiguaos, sometidas
previamente a un proceso de seleccin y adaptacin, en experiencias de
biolixiviacin sumergida de aluminio y hierro, variando condiciones y parmetros
durante el cultivo de las cepas indgenas, se determinaron los niveles de
remocin de aluminio como estrategia fundamental para evaluar las
potencialidades del proceso de biolixiviacin como mtodo alternativo para
extraccin de aluminio, as como, la disolucin de hierro como estrategia de
remocin de impurezas, mediante la biobeneficacin de la bauxita Los
Pijiguaos, que permita postular un proceso de tipo preparativo previo, para su
posterior utilizacin en el tratamiento convencional de obtencin de almina
(Proceso Bayer).
Dichas estrategias estn enmarcadas directamente en la bsqueda de
mtodos alternativos no convencionales, econmicamente rentables y
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ambientalmente benignos que permitan optimizar el aprovechamiento de las
reservas del yacimiento de bauxita Los Pijiguaos con contenido de almina
inferiores a 46 50 % de almina (Al2O3). De igual manera, se espera estimular
el estudio del proceso de biolixiviacin empleando microorganismos nativos,
debido a las amplias potencialidades que representa su aplicacin en la
extraccin de metales de inters econmico, como mtodo no convencional y
alternativo de explotacin minera, sobre la base de las diversas y amplias
riquezas minerales que posee Venezuela.
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2. HIPTESIS
En el yacimiento de bauxita Los Pijiguaos, deben existir
microorganismos capaces de solubilizar el aluminio y hierro presente en la
bauxita gibbstica a travs de la produccin cidos orgnicos e inorgnicos y
compuestos quelantes. Dichos microorganismos una vez aislados deberan
presentar capacidad de biolixiviacin en condiciones de laboratorio lo cual se
ver reflejado en los niveles de solubilizacin de aluminio y hierro.
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3. OBJETIVOS
1. Aislar los microorganismos indgenas presentes en las muestras de
mineral colectadas
2. Realizar ensayos preliminares en cultivos puros de las cepas aisladas para
determinar su potencial de biolixiviacin en medios selectivos y
complementados con bauxita gibbstica
3. Determinar los niveles de biolixiviacin de aluminio y hierro presentes en la
bauxita gibbstica para las cepas seleccionadas
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4. MATERIALES Y MTODOS
4.1. Aislamiento y Caracterizacin de Microorganismos Indgenas
En el Yacimiento de Bauxita Los Pijiguaos, se colectaron muestras de
en las reas de explotacin, lodos de las lagunas de drenaje de mina y suelo de
la zona, con la finalidad de aislar y caracterizar en condiciones de laboratorio a
los organismos presentes y seleccionar un grupo de microorganismos para
emplearlos en los ensayos de adaptacin y biolixiviacin.
4.1.1. Muestras de Bauxita, Suelo y Lodos Rojos de las Lagunas de
Drenaje de Mina
4.1.1.1. Localizacin del rea de Muestreo
El Yacimiento de Bauxita Los Pijiguaos, est localizado en el extremo
norte de la serrana del mismo nombre, hacia el noroeste del Municipio Cedeo
del Estado Bolvar, entre las coordenadas: Longitudes 66 40 30 W y 66 46
55 W y Latitudes 6 26 30 y 6 32 30 N.
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4.1.1.2. Recoleccin y Almacenamiento de Muestras
Se recolectaron 36 muestras de manera aleatoria en las reas
explotadas por C.V.G. BAUXILUM Operadora de Bauxita C.A. en el Yacimiento
Los Pijiguaos, provenientes de tres fuentes: veinticuatro (24) muestras de
mineral de labores de perforacin, cuatro (04) muestras de suelo adyacente a
las reas de explotacin de aproximadamente 25 g y ocho (08) muestras de
lodos rojos de lagunas de drenaje de la mina de 10 ml, almacenndose en
condiciones refrigeradas a 5C, en bolsas plsticas de cierre hermtico y
envases plsticos de tapa de rosca respectivamente, para su posterior
seleccin en el laboratorio.
Se seleccion adicionalmente una muestra de 20 Kg de bauxita Los
Pijiguaos, pulverizada y secada a peso constante para su uso en los ensayos
de biolixiviacin. Dicha muestra fue seleccionada usando una criba y se
seleccion la fraccin de tamao de partcula 250 m, la cual fue analizada en
sus componentes qumicos y mineralgicos en C.V.G. BAUXILUM Operadora
de Bauxita C.A. (ver Tabla 6).
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4.1.2. Medio de Cultivo de Enriquecimiento
Se emple el Medio 9K lquido (Silverman, 1959) modificado,
agregndose Sacarosa 3,0 g/L como fuente de carbono.
4.1.2.1. Composicin y Preparacin
El Medio 9K (M9K) modificado, est compuesto por dos partes que
deben ser preparadas y esterilizadas por separado: la Parte Aconstituida por
las Sales 9K (S9K) y Sacarosa 3,0 g/L, se disuelve hasta 700 ml con agua
destilada y una Parte B constituida por Sulfato de Hierro Heptahidratado se
disuelve hasta un volumen de 300 ml con agua destilada, ambas partes se
acidifican hasta pH 3.0 con H2SO420% (v/v), se esterilizan a 121 C durante 25
minutos y se mezclan estrilmente a temperatura ambiente.
Tabla 3: Composicin qumica del Medio 9K (Silverman, 1959).
Parte A: Sales 9K
Compuesto Frmula Concentracin (g/L)
Sulfato de Amonio (NH4)2SO4 3,000
Cloruro de Potasio KCl 0,100
Fosfato dipotsico K2HPO4 0,500
Sulfato de Magnesio
heptahidratado
MgSO47H2O 0,500
Cloruro de Calcio CaCl2 0,006
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Parte B: Solucin de Sulfato Ferroso Heptahidratado
Compuesto Frmula Concentracin (g/L)
Sulfato Ferroso
Heptahidratado
FeSO47H2O 44,22
4.1.2.2. Condiciones de Cultivo y Ciclos de Cultivo de
Enriquecimiento
Para la Etapa de Enriquecimiento se inocul por duplicado en
condiciones aspticas cada muestra en 25 ml contenido en fiolas de 125 ml de
Medio 9K (M9K) modificado estril con 1.0g de muestra de mineral, 1.0 g de
muestra de suelo y 5,0 ml de lodo rojo, usndose como control M9K modificado
sin inocular por duplicado. El cultivo se incub con agitacin constante de 120
rpm usando un agitador orbital, temperatura de 30 C durante 15 das.
Sucesivamente se realizaron cuatro ciclos adicionales de cultivo de
enriquecimiento en M9K modificado con las mismas condiciones, pero usando
como inculo una muestra de 0,5 ml del cultivo anterior para cada caso.
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4.1.3. Medio de Aislamiento de Cepas Quimiolitotrofas y
Hetertrofas Indgenas
4.1.3.1. Composicin y Preparacin
Se emple como base el M9K modificado, usando agar como agente
soldificante, compuesto por:
Parte A: Sales 9K + Sacarosa 3,0 g/L
Parte B: Solucin de Sulfato Ferroso 44,22 g/L
Parte C: Agar 20 g/L
Las Partes A y B se acidifican hasta pH 3.0 con H2SO420% (v/v) y se
disuelven hasta 350 ml y 300 ml respectivamente con agua destilada; la Parte
C se disuelve hasta 350 ml con agua destilada. Todos los componentes se
esterilizan por separado a 121 C durante 25 minutos y posteriormente se
mezclan estrilmente a 60 C aproximadamente con agitacin constante, para
su posterior vaciado aspticamente en placas de Petri.
4.1.3.2. Condiciones de Cultivo y Aislamiento de Cepas
En placas de M9K modificado slido (M9Kms), se inocul usando la
tcnica asptica de agotamiento, previo toque con asa del M9K modificado
lquido inoculado, correspondiente al ltimo Ciclo de Enriquecimiento para cada
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caso, incubndose durante siete das a 25 C en una Cmara Semihermtica
con atmsfera enriquecida en CO2.
Sucesivamente se realizaron cinco Ciclos de Aislamiento de Cepas,
mediante repiques y seleccin constante desde la placa anterior para su
aislamiento, purificacin y posterior caracterizacin preliminar, a fin de
emplearlas en los ensayos de adaptacin y biolixiviacin. En los dos ltimos
ciclos se sustituy la Sacarosa por Glucosa 5,0 g/L en el M9K ms.
Las cepas tipo obtenidas por este procedimiento fueron caracterizadas
preliminarmente y seleccionadas para los posteriores programas o ciclos de
adaptacin y pruebas de tolerancia a niveles variables de acidez, concentracin
de hierro frrico y bauxita, para la posterior seleccin comparativa de la cepa
tipo que mostrara los mejores niveles de biolixiviacin.
4.1.4. Seleccin de Cepas y Caracterizacin Preliminar
4.1.4.1. Caracterizacin Macromorfolgica
La caracterizacin de los microorganismos aislados se bas en
caracteres fenotpicos macromorfolgicos diferenciales de crecimiento en placa
y medio lquido, los cuales fueron evaluados durante los diversos ciclos de
cultivo de enriquecimiento y aislamiento, para ser usados como carcter de
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seleccin, con la finalidad de definir nicamente determinados tipos
morfolgicos, denominados cepas tipo, sin llegar a su identificacin taxonmica,
siendo empleados posteriormente en los ensayos de biolixiviacin de hierro y
aluminio.
4.1.5. Adaptacin de las Cepas Seleccionadas
La adaptacin de las cepas se realiz de manera programada, mediante
el cultivo de estas en presencia de dos niveles de acidez y concentracin de
hierro frrico (Fe3+), a fin de evaluar su tolerancia en dichas condiciones
selectivas, para la posterior realizacin de los ensayos preliminares de
biolixiviacin, que permitieron la seleccin de la cepa tipo definitiva.
4.1.5.1. Ciclo Primario de Adaptacin (C.P.A.)
Las cepas tipo seleccionadas se cultivaron inicialmente en presencia de
sulfato frrico 3,18 g/L (16 mM de Fe3+), para iniciar el proceso de adaptacin y
tolerancia a hierro frrico (Fe3+) y condiciones cidas.
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4.1.5.1.1. Medio y Condiciones de Cultivo
Para el C.P.A. se emple un medio compuesto como base por las sales
del Medio 9K (Sales 9K), constituido por:
Parte A: Sales 9K + Glucosa 20 g/L
Parte B: Sulfato Frrico, Fe2(SO4)3 3,18 g/L
Las Partes A y B se acidifican hasta pH 1,5 y 3,5 con H2SO420% (v/v) en
cada caso y se disuelven hasta 700 ml y 300 ml respectivamente con agua
destilada. Los componentes se esterilizan por separado a 121 C durante 25
minutos y se mezclan estrilmente a temperatura ambiente, vertindose
aspticamente 50 ml de medio por fiola.
Las cepas tipo seleccionadas con su duplicado se cultivaron inoculando
aspticamente con asa de platino desde una Placa de Petri con un cultivo puro
de la misma, en fiolas de 125 ml con 50 ml de medio, durante 15 das, a
temperatura de 30 C, agitacin constante de 120 rpm y pH inicial de 1,5 y 3,5
en cada caso, usndose como control medio sin inocular.
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4.1.5.2. Ciclo Secundario de Adaptacin (C.S.A.)
Las cepas tipo seleccionadas provenientes del C.P.A. se cultivaron en
presencia de una concentracin incrementada de sulfato frrico de 31,8 g/L
(160 Mm de Fe3+), para continuar el proceso de adaptacin y tolerancia a hierro
frrico (Fe3+) y condiciones cidas.
4.1.5.2.1. Medio y Condiciones de Cultivo
Para el C.S.A. se emple el medio compuesto como base por las sales
del Medio 9K (Sales 9K), constituido por:
Parte A: Sales 9K + Glucosa 20 g/L
Parte B: Sulfato Frrico, Fe2(SO4)3 31,8 g/L
La preparacin del medio y condiciones de cultivo para el C.S.A. fueron
similares a las del C.P.A., incluyendo como nica variante el incremento en la
concentracin del sulfato frrico e inoculando aspticamente con asa de platino
para cada cepa tipo desde la respetiva fiola del C.P.A.
4.1.5.3. Ciclo Terciario de Adaptacin
Las cepas tipo seleccionadas y sometidas a ensayos de tolerancia y
adaptacin a concentraciones de hierro frrico y acidez variables provenientes
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del C.S.A., fueron cultivadas en presencia de bauxita gibbstica de tamao de
partcula 250 m a densidades de pulpa variable para evaluar su crecimiento
y niveles de biolixiviacin de hierro en presencia del mineral como criterio de
seleccin final.
4.1.5.3.1. Medio y Condiciones de Cultivo
Para el C.T.A. se emple el medio compuesto como base por las sales
del Medio 9K (Sales 9K), complementado con bauxita gibbstica de tamao de
partcula 250 m.
Componentes:
Sales 9K
Glucosa 20 g/L
Extracto de Levadura 0,5 g/L
Bauxita 50, 100 200 g/L
Los componentes del medio se disuelven en agua destilada y
desmineralizada, para las tres densidades de pulpa en cada caso por duplicado,
se acidifica hasta pH 6,0 con H2SO420% (v/v) y se esteriliza a 121 C durante
25 minutos.
Las cepas tipo seleccionadas con su duplicado se cultivaron inoculando
aspticamente con asa de platino para cada cepa desde la respectiva fiola del
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C.S.A., en fiolas de 125 ml con 50 ml de medio, a temperatura de 30 C, pH
inicial de 6,0, agitacin constante de 120 rpm o esttico, durante 15 das o 40
das respectivamente, usndose como control medio sin inocular.
4.2. Seleccin de Cepas en Base a los Niveles de Biolixiviacin de
Hierro en Medio Complementado con Bauxita Gibbstica
Finalizado el correspondiente perodo de cultivo del Ciclo Terciario de
Adaptacin (C.T.A.) de las cepas tipo, se tomaron muestras de cada fiola con
su respectivo duplicado para cada tratamiento, a fin de determinar el pH final y
los niveles de hierro solubilizado, presente en el sobrenadante, usando estos
parmetros como criterio de seleccin de cepas para los ensayos de
biolixiviacin.
4.2.1. Tratamiento de la Muestra
Previa medicin del pH final para cada tratamiento, se tomaron muestras
del C.T.A., se decant el sobrenadante de cada fiola, se centrifug a 14.000 g
durante 15 minutos a 4 C, decantndose el sobrenadante y descartndose el
precipitado, almacenando las muestras de 5,0 ml a 20 C, para la posterior
determinacin del hierro solubilizado.
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4.2.2. Preparacin de la Curva de Calibracin para la Determinacin
Espectrofotomtrica de Hierro con Tiocianato
La Curva de Calibracin se prepar usando sulfato ferroso
heptahidratado, soluciones patrn para concentraciones finales de 20, 40, 60,
80, 100 y 120 mg/L de Hierro Ferroso (Fe2+), realizndose en cada caso por
triplicado y aadindose los componentes de la mezcla de reaccin con el
procedimiento y orden siguiente para el respectivo tubo: 500 l de HNO350%
(v/v), 50 l de solucin patrn de Fe2+, agitacin vigorosa en vortex, 500 l de
NaSCN 1,0 M, agitacin vigorosa en vortex y diluir con 2,0 ml de agua
destilada y desmineralizada agitando vigorosamente en vortex para su posterior
medicin de Absorbancia en Espectronic 20 a longitud de onda de 510 nm,
usando como blanco en lugar de muestra patrn y NaSCN 1.0 M agua destilada
y desmineralizada; los valores de Absorbancia obtenidos fueron graficados
contra los valores de concentracin de hierro a fin de definir la curva de
calibracin patrn. El error entre muestras fue de 10% aproximadamente.
4.2.3. Determinacin Espectrofotomtrica de la Concentracin de
Hierro Lixiviado con Tiocianato
Los niveles de hierro solubilizado presente en el sobrenadante para los
distintos tratamientos se determinaron Espectrofotomtricamente con
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Tiocianato usando un Espectronic 20 a una longitud de longitud de onda de 510
nm , comparando estos con una Curva Patrn de Calibracin de DO510 nmvs.
Concentracin de Hierro (mg/L), realizndose en cada caso por triplicado y
aadindose los componentes de la mezcla de reaccin con el procedimiento y
orden siguiente para el respectivo tubo y tratamiento: 500 l de HNO350% (v/v),
50 l de sobrenadante o sus diluciones seriadas 1:10, 1:100 1:1000 en caso
de haber saturacin, agitacin vigorosa en vortex, 500
l de NaSCN 1,0 M,
agitacin vigorosa en vortex y diluir con 2,0 ml de agua destilada y
desmineralizada agitando vigorosamente en vortex para su posterior medicin
de Absorbancia, usando como blanco en lugar de muestra de sobrenadante y
NaSCN 1,0 M agua destilada y desmineralizada.
4.2.4. Seleccin de las Cepas a emplear en los Ensayos de
Biolixiviacin
La seleccin definitiva de la cepa tipo a emplear en los ensayos de
biolixiviacin de aluminio y hierro, se bas en la comparacin de los niveles de
biolixiviacin de hierro como criterio principal y la acidez final, para las cepas
tipo seleccionadas y provenientes del C.T.A. en los distintos tratamientos en
condiciones estticas y de agitacin.
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4.3. Biolixiviacin de Aluminio y Hierro presentes en Bauxita
Gibbstica
La cepa tipo seleccionada para los ensayos de biolixiviacin de aluminio
y hierro, se obtuvo a partir de un cultivo puro en M9Kms aislado del Ciclo
Terciario de Adaptacin (C.T.A.), obtenindose un preinculo que
posteriormente se cultiv para generar el inculo a usar en los cultivos Batch
con agitacin constante, variando las condiciones de densidad de pulpa,
concentracin de glucosa y tiempo. Determinndose para cada caso y
tratamiento en intervalos de tiempo variables el pH del medio y las
concentraciones de glucosa residual, hierro y aluminio lixiviados presentes en el
sobrenadante.
4.3.1. Obtencin del inculo de la cepa tipo seleccionada
A partir de un cultivo puro en M9Kms de la cepa tipo seleccionada
aislado de la fiola correspondiente al C.T.A., se prepar un preinculo de esta
en un Medio Base (MB) compuesto por: Sales 9K, Extracto de Levadura 1,0 g/L,
Peptona 1,0 g/L, Glucosa 20 g/L. Los componentes del medio se disuelven en
agua destilada y desmineralizada, se acidifica hasta pH 6.0 con H 2SO4 20%
(v/v) y se esteriliza a 121 C durante 15 minutos. La cepa tipo seleccionada se
cultiv inoculando aspticamente con asa de platino desde la placa con el
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cultivo puro del C.T.A., en fiolas de 250 ml con 100 ml de medio MB, a
temperatura de 30 C, pH inicial de 6,0, agitacin constante de 120 rpm,
durante 2 das, usndose como control medio sin inocular.
Posteriormente se realiz un proceso de escalamiento a 1 L de medio
MB usando como inculo el preinculo, cultivndose en las mismas condiciones
citadas, durante dos das, procedindose a centrifugar estrilmente el medio de
cultivo inoculado a 12.000 g, durante 20 minutos a 4 C, descartndose el
sobrenadante y resuspendiendo estrilmente la biomasa precipitada, en Buffer
de Lavado estril Na2HPO4/NaH2PO4 100 mM pH 6,5 hasta 1,0 L, agitando
hasta homogeneizar el inculo, para agregar estrilmente 5,0 ml de inculo
fresco a ser usado en los ensayos de biolixiviacin de aluminio y hierro en sus
distintos tratamientos, asimismo se tom una alcuota de 100 a 150 ml para
determinaciones de peso fresco y seco del inculo.
4.3.2. Experimento Multifactorial
Se dise un experimento multifactorial con la finalidad de determinar los
niveles de biolixiviacin de aluminio y hierro presentes en bauxita, as como los
parmetros cinticos asociados al proceso en dichas condiciones, variando dos
componentes del medio, mediante el uso de tres densidades de pulpa y dos
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concentraciones de glucosa. Usndose como controles el tratamiento
respectivo en ausencia de microorganismos.
Tabla 4 : Experimento Multifactorial de Biolixiviacin de Aluminio y Hierro
presente en bauxita, donde Tx corresponde al tratamiento.
Densidad de pulpa, [Bauxita] (g/L)
100 150 200
40 T1 T2 T3
[Glucosa](g/L)
60 T4 T5 T6
4.3.2.1. Medios y Condiciones de Cultivo
Para los cultivos de biolixiviacin se emple el medio compuesto como
base por las sales del Medio 9K (Sales 9K), constituido por:
Componentes:
Sales 9K
Glucosa 40 60 g/L
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Extracto de Levadura 0,5 g/L
Bauxita 100, 150 200 g/L de tamao de partcula 250 m
Los componentes del medio se disuelven en agua destilada y
desionizada, para las tres densidades de pulpa y concentraciones de glucosa
en cada caso por duplicado, se acidifica hasta pH 6,5 con H2SO420% (v/v) y se
esteriliza a 121 C durante 15 minutos.
La cepa tipo seleccionada con su duplicado se cultiv para los distintos
tratamientos, inoculando aspticamente con 5,0 ml de micelio resuspendido en
buffer estril, en fiolas de 125 ml hasta 50 ml de volumen final de medio
inoculado, a temperatura de 30 C, pH inicial de 6,5 , agitacin constante de
120 rpm, durante 25 a 40 das, usndose como control medio sin inocular, en
cada caso. Se tomaron muestras a intervalos de 24 a 48 horas para las
determinaciones analticas respectivas.
4.3.3. Controles de Lixiviacin Qumica con cidos Inorgnicos y
Orgnicos
Los ensayos de lixiviacin qumica llevados a cabo tuvieron como
finalidad establecer una base comparativa preliminar de la lixiviacin qumica
respecto al proceso de biolixiviacin, para tal efecto se variaron dos parmetros
fundamentales la densidad de pulpa para 100 y 200 g/L de bauxita y el tipo de
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cido comercial usado, especficamente oxlico, ctrico y sulfrico. Los
controles de lixiviacin qumica se prepararon para las densidades de pulpa 100
y 200 g/L disolviendo la cantidad correspondiente del mineral en agua destilada
y desionizada, en cada fiola de 125 ml y agregando el volumen correspondiente
de cido sulfrico (2,0 N), cido oxlico (1,25 N) o cido ctrico (2,0 N) para
obtener un pH inicial de 2,2, ajustndose a volumen final de 50 ml con agua
destilada y desionizada; todos los tratamientos y su duplicado fueron incubados
a 30 C, con agitacin constante de 120 rpm, durante 20 das. Se tomaron
muestras a intervalos de 48 a 72 horas para las determinaciones analticas
respectivas.
Tabla 5 : Experimento Multifactorial de lixiviacin de Aluminio y Hierro
presente en bauxita, usando cidos orgnicos e inorgnicos para pH inicial de
2,2, donde Tx corresponde al tratamiento.
cido
Oxlico Ctrico Sulfrico
100T1 T2 T3
Densidadde
Pulpa
[Bauxita]
(g/L)
200 T4 T5 T6
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4.3.4. Determinaciones Analticas de los Niveles de Biolixiviacin
4.3.4.1. Tratamiento de la Muestra
Para las determinaciones analticas se emple el contenido total de cada
fiola con su duplicado, llevando con agua destilada y desmineralizada hasta el
volumen inicial de 50 ml, en caso de ser necesario. La frecuencia de muestreo
fue variable en general mayor a 24 horas. Todas las muestras colectadas
fueron tratadas de acuerdo al siguiente procedimiento: Medicin de pH final del
tratamiento; decantacin, recuperacin del sobranadante y descartado del
precipitado; centrifugacin del sobrenadante a 14.000 g durante 10 minutos a 4
C; recuperacin del sobrenadante y en caso de ser necesario su filtrado en
trampa de vaco usando papel Whatman N 40, para su posterior almacenaje de
una alcuota de 25 ml de sobrenadante de cada muestra a 20 C, para las
respectivas determinaciones analticas. El error en la determinaciones
analticas entre muestras fue de 10% aproximadamente.
4.3.4.2. Determinacin Espectrofotomtrica con 1,10-
Fenantrolina de la Concentracin de Hierro
Los niveles de hierro solubilizado fueron determinados por medidas
espectrofotomtricas a 510 nm con 1,10-fenantrolina (Vydra, 1963).
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4.3.4.2.1. Preparacin de la Curva de Calibracin de Hierro
con 1,10-Fenantrolina
En seis matraces aforados de 25 ml se colocan: 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 y 10,0
ml de una solucin 10 ppm (mg/L) de hierro. Agregndose a cada uno en el
orden y procedimiento siguiente: 2,0 ml de HCl 10% (v/v) (36,5%, d = 1,19); 1,0
ml de clorhidrato de hidroxilamina 10 % (p/v); 5,0 ml de acetato de sodio 4,5%
(p/v); agitar y agregar 1,0 ml de 1,10-Fenantrolina 0,1% (p/v), llevando a 25,0 ml
con agua destilada y desionizada, y posteriormente se mide la absorbancia en
Espectronic 20 a 510 nm, usando como blanco la solucin preparada sin hierro.
Los valores de absorbancia obtenidos fueron graficados contra los valores de
concentracin de hierro a fin de definir la curva de calibracin patrn.
4.3.4.2.2. Anlisis de sobrenadantes para la determinacin
espectrofotomtrica de la concentracin de Hierro
con 1,10-Fenantrolina
Para el anlisis de las muestras colectadas, se toma una alcuota de 1,0
ml y se realizan diluciones seriadas de esta, agregndose 1,0 ml por tubo para
cada dilucin hasta 10,0 ml con agua destilada y desionizada, se ajusta su pH
entre 2,0 y 3,0 medido con un potencimetro marca ORION, posteriormente se
transfiere a un matraz aforado de 25 ml, agregndose a cada uno en el orden y
procedimiento siguiente: 2,0 ml de HCl 10% (v/v); 1,0 ml de hidroxilamina 10%
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(p/v); 5,0 ml de acetato de sodio 4,5% (p/v); agitar y agregar 1,0 ml de 1,10-
fenantrolina 0,1% (p/v), llevando a 25,0 ml con agua destilada y desionizada, y
posteriormente se mide la absorbancia a 510 nm, usando como blanco la
solucin preparada sin sobrenadante. La concentracin de hierro en la muestra
de sobrenadante se determina por comparacin con la curva de calibracin.
4.3.4.3. Determinacin Espectrofotomtrica de la
Concentracin de Aluminio con Eriocromocianina R
Los niveles de aluminio (Al3+) fueron determinados por medidas
espectrofotomtricas a 535 nm con Eriocromocianina R (Bianchi, 2001
comunicacin personal).
4.3.4.3.1. Preparacin de la Curva de Calibracin de Aluminio
con Eriocromocianina R
En siete matraces aforados de 25 ml se colocan: 10 ml de una solucin
de pH comprendido entre 5,5 y 6,5, conteniendo 0,0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0
y 6,0 g de Aluminio. Agregndose a cada uno en el orden y procedimiento
siguiente: una gota de solucin de cido tiogliclico (cido mercaptoactico)
80% (p/v), se agita vigorosamente, 2,5 ml de solucin de eriocromocianina R
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0,1% (p/v) y 5,0 ml de Buffer Acetato 27,5% (p/v) pH 6,0 , se agita
vigorosamente y se lleva hasta 25,0 ml con agua destilada y desionizada, y
posteriormente se mide la absorbancia en a 535 nm, usando como blanco la
solucin preparada sin aluminio. Los valores de absorbancia obtenidos fueron
graficados contra los valores de concentracin de aluminio a fin de definir la
curva de calibracin patrn.
4.3.4.3.2. Anlisis de sobrenadantes para la determinacin
espectrofotomtrica de la concentracin de aluminio
con Eriocromocianina R
Para el anlisis de las muestras colectadas, se toma una alcuota de 1,0
ml y se realizan diluciones seriadas de esta, agregndose 1,0 ml por tubo para
cada dilucin hasta 10,0 ml con agua destilada y desionizada, se ajusta su pH
entre 5,5 y 6,5 y posteriormente se transfiere a un matraz aforado de 25 ml,
agregndose a cada uno en el orden y procedimiento siguiente: una gota de
solucin de cido tiogliclico (cido mercaptoactico) 80% (p/v), se agita
vigorosamente, 2,5 ml de solucin de eriocromocianina R 0,1% (p/v) y 5,0 ml
de Buffer Acetato 27,5% (p/v) pH 6,0 , se agita vigorosamente y se lleva hasta
25,0 ml con agua destilada y desionizada, y posteriormente se mide la
absorbancia a 535 nm, usando como blanco la solucin preparada sin la
dilucin del sobrenadante. La concentracin de aluminio en la muestra de
sobrenadante se determina por comparacin con la curva de calibracin.
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4.3.4.4. Determinacin de la Concentracin de Glucosa
Residual mediante Reaccin Acoplada Glucosa Oxidasa
Peroxidasa
El anlisis cuantitativo de glucosa se llev a cabo usando un kit de
determinacin enzimtica basado en la oxidacin de la glucosa por la reaccin
acoplada Glucosa Oxidasa Peroxidasa (GOD/POD) de Ultralab (Trinder,
1969).
4.3.4.5. Preparacin de la Curva de Calibracin de
Glucosa Residual
En seis tubos de ensayo se agregan 0,0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 y 1,0 ml de un
patrn de Glucosa 10 mg/ml diluyendo con agua destilada y desmineralizada
hasta 1,0 ml; para la mezcla de reaccin se colocan agregndose a cada uno
en el orden y procedimiento siguiente: 20 l de la respectiva dilucin, 2,5 ml de
Buffer de trabajo, se agita e incuba durante 10 minutos a una temperatura de 35
37 C y posteriormente se mide la absorbancia en Espectronic 20 a 510 nm,
usando como blanco la solucin preparada sin glucosa. Los valores de
absorbancia obtenidos fueron graficados contra los valores de concentracin de
glucosa a fin de definir la curva de calibracin patrn.
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4.3.4.6. Anlisis de sobrenadantes para la determinacin
espectrofotomtrica de la concentracin de Glucosa
Residual
Para el anlisis de las muestras colectadas, se toma una alcuota