Biotecnología aplicado a minería

POR:

MSc. NATANIEL LINARES GUTIÉRREZ

DOCENTE ESME/FAME – UNJBG

2010

[email protected]

19/09/2010 1MSc. Ing. Nataniel Linares G

APLICACIÓN LA BIOTECNOLOGÍA A LA INDUSTRIA MINERO-METALÚRGICA PARA DISMINUIR LA

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL DE SUELOS Y AGUA EN EL PERÚ

mailto:[email protected]

INTRODUCCION

Mineral de Mina

Concentración

Extracción

Residuos sólidos

Residuos líquidos

Contaminación de suelo, agua y

aire

Biotecnología

Metal

Residuos gaseosos

Daños a los ecosistemas


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Aplicar la biotecnología a la industria minero-metalúrgica para disminuir la contaminación ambiental de suelos, agua y aire en el Perú.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Recuperar metales por biolixiviación y biooxidación.2. Remediación de suelos y agua contaminados con

metales pesados y cianuro.3. Fitorremediación de metales pesados.


MARCO TEÓRICO

Biotecnología Ambiental

Biominería (Biohidrometalurgia)

• Biolixibiación

• Biooxidación

• Biorremediación

• Fitorremediación


BITECNOLOGÍA AMBIENTAL

• La biotecnología ambiental se refiere a la aplicación de los procesos biológicos modernos para la protección y restauración de la calidad del ambiente de las áreas disturbadas por la actividad minero-metalúrgica que logra la extracción de metales útiles a la humanidad para su progreso (Cu, Au, Ag, Zn, Pb, Mo, entre otros)

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BIOMINERÍA= BIOHIDROMETALURGIA


• La biominería es una rama de Biotecnologíaque hace uso de microorganismos en diferentes aspectos de la explotación de los minerales, abarcando desde la concentración de las especies de interés (a través de la bioflotación), la recuperación de los elementos presentes en ellas (biolixiviación y biooxidación), hasta su acción en tareas de remediación ambiental

BIOLIXIVIACIÓN

• La conversión microbiana de un SULFURO METÁLICOinsoluble a su forma soluble (oxidación de un sulfuro metálico a sulfato del metal, ej.: CuS à CuSO4).

• La primera bacteria identificada capaz de lixiviar fue Acidithiobacillusferrooxidans. Fue en 1947 cuando se descubrió que era la responsable del gran deterioro que sufrían los equipos metálicos en las instalaciones de una mina española, debido a su gran capacidad de oxidación de las aguas.

• El nombre de esta bacteria extremófila indica varias cosas: Acidithiobacillus, es acidófilo, porque crece en pH ácido, es thio, porque es capaz de oxidar compuestos de azufre y es un bacillus, porque tiene forma de bastón, y ferrooxidans, porque además puede oxidar el Hierro.


Microorganismos identificados involucrados en la biolixiviación


Condiciones óptimas de bacterias asociadas a la lixiviación de minerales


MECANISMO DE LA BIOLIXIVIACIÓN


Las especies correspondientes al género Acidithiobacillus son capaces de catalizar la oxidación de

compuestos reducidos de azufre (como sulfuro, azufre elemental, tionatos, etc.) utilizando oxígeno como aceptor electrónico y generando ácido sulfúrico como producto final, según la siguiente ecuación química:

(1) S + 3/2 O2 + H2O H2SO4

Compuestos

de azufre

Ácido

sulfúrico

De este modo, estas bacterias pueden ser utilizadas en forma directa, para la recuperación de metales asociados a sulfuros (en la medida que los sulfatos respectivos sean solubles). Así, si M representa a un

metal asociado a sulfuros, estos microorganismos catalizan la siguiente reacción:

(2) MS (sólido) + 2 O2 M2+ (ac) + SO4

2- (ac)

Metal asociado

a sulfuros

Recuperación del

metal

Además, Acidithiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans son capaces de catalizar la oxidación de hierro (II) también en condiciones aeróbicas

(3) 4 Fe2+ + O2 + 4 H+ 4 Fe3+ + 2 H2O

Estas bacterias hierro-oxidantes, pueden contribuir a la disolución de los sulfuros metálicos por vía indirecta, ya que el Fe3+ generado en la reacción anterior, es un agente oxidante que puede atacar químicamente a los sulfuros:

(4) MS (s) + 2 Fe3+ M2+ (ac) + S + 2 Fe2+

Este segundo mecanismo (denominado indirecto) es especialmente interesante dado su carácter cíclico (el Fe

2+ obtenido en (4) esnuevamente utilizado en (3)).

2+

MECANISMOS DIRECTO E INDIRECTO DE BIOLIXIVIACIÓN; SEGÚN RODRÍGUEZ


Mecanismo del tiosulfato: Aplicado a la pirita daría lugar a las siguientes reacciones químicas:

FeS2 + 6Fe + 3H2O → SO32- + 7Fe2+ + 6H+

SO32- + 8Fe3+ + 5H2O → 2SO4

2- + 8Fe2+ + 10H+


MECANISMO POLISULFURO

Mecanismo del polisulfuro. Las reacciones para sulfuros como calcopirita, esfalerita, galena, etc., serían:

MS + Fe3+ + H+ → M2+ ½ H2SOn + Fe2+

(n ≥ 2)

½ H2SOn + Fe3+ → 1/8 S8 + Fe2+ + H+

1/8 S8 + 3/2 O2 + H2O → SO42- + 2H+


USO DE ESTA TECNOLOGÍA EN EL PERU

• Su uso en el Perú es aún insipiente aún cuando es una tecnología limpia

• Botaderos de Toquepala

• Cerro verde (PAD)


Botaderos de Mina Toquepala

CLASIFICACIÓN DE MÉTODOS DE BIOLIXIVIACIÓN

Biolixiviación In Situ. Se refiere al proceso de tratamiento del mineral sin necesidad de realizar la perforación 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, las recuperaciones son típicamente bajas.

Biolixiviación 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.

Biolixiviación en pilas. 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 de soplado de baja presión de aire en la base de las pilas.


BIOOXIDACIÓN DE SULFUROS CONTENIENDO ORO

• La recuperación de un metal es mejorada por la descomposición del mineral, pero el metal ha ser recuperado no es solubilizado (ej.: Recuperación de oro a partir del mineral arsenopirita AsFeS2).


• Reacciones químicas del mecanismo directo

2FeAsS + 7O2 + 2H2O + H2SO4--->Fe2(SO4)3+2H3AsO4

4FeS2 + 15O2 + 2H2O ---->2 Fe2(SO4)3 + 2H2SO4

REACCIONES QUÍMICAS DEL MECANISMO INDIRECTO

FeAsS2 + Fe2(SO4)3+H2O+1.5O2 H2AsO4 + 3FeSO4 + S°

FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 + 2S° (ataque férrico)

4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 2Fe2(SO4)3 + 2H2O (Generación ión férrico)

S° + H2O + 1.5O2 H2SO4 (Generación de ácido sulfúrico)


ANTES DESPUÉS

Proceso directo e

indirecto de biooxidación

Aplicación de la biotecnología a la producción de oro en base sulfuro


Biotecnología BIOX

• Mantener pH entre 1.2 y 1.8

• 2 ppm Oxígeno disuelto en la pulpa

• 20% de sólidos

• Tiempo de residencia 4-5 días

• Temperatura 40-45°C

• Nutrientes: sulfato de amonio, sulfato de potasio, fosfato diamónico

• Molienda concentrado 100% malla -100

Condiciones operativas del Proceso

BIOX


DIAGRAMA DE FLUJO TÍPICO DEL PROCESO BIOX®


Ventajas del Proceso BIOX

• Inversión de capital menor lixiviación a presión

• Proceso flexible y fácil de controlar

• Optimización de las recuperaciones

• Proceso más amigable con el medio ambiente

• Posibilidad para instalarse en áreas remotas.


ORO ENCAPSULADO EN ARSENOPIRITA


APLICACIÓN CASO TAMBORAQUE

• Tamboraque, Perú (1998)

• 60 TM/día arsenopiritas muy refractarias

• Capacidad de diseño en el 2002

• Única a 3,000 msnm• Utilización de

bacterias nativas• Utilización de

drenajes ácidos de mina en el proceso


PLANTA BIOX TAMBORAQUE (CLUSTER PERUANO)


CONCLUSIONES

Las oxidaciones de Fe, S y As son las esperadas y la recuperación de oro posterior a la biooxidación fue del 90%

durante la operación industrial; incluso cuando se logró reducir el tiempo de retención de 6 a 5 días.

El Drenaje ácido de mina es utilizado ventajosamente en el proceso BIOXâ porque reduce el consumo de ácido sulfúrico, sulfato ferroso y el volumen de aguas ácidas que se tratan en la neutralización.

El proceso de biooxidación es amigable con el medio ambiente: transforma los sulfuros, generadores de efluentes ácidos a precipitados estables luego de la neutralización, de acuerdo a la TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure USEPA).


EL RETO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN PERÚ

El gran RETO de la biotecnología en el Perú, es incrementar significativamente la obtención de metales mediante este proceso de bajo costo y más amigable con el medio ambiente. Esto se podrá conseguir conociendo mejor estas bacterias y haciendo su función más eficiente en el proceso minero-metalúrgico.

La biotecnología a escala productiva, permitirá aumentar significativamente la extracción del cobre, del oro y de otros metales, y hará viable técnica y económicamente la explotación de metales en baja concentración dentro del mineral.

•Requiere de poca inversión de capital (las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas).

•Bajos costos de operación necesarios para las operaciones hidrometalúrgicas.

•Relativa ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

•Permite el tratamiento de minerales con bajo contenido de metal en las minas, los que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales y habitualmente se acumulan sin ningún tipo de tratamiento.

•Permite explotar los recursos mineros en forma más limpia y más económica siendo esta otra ventaja competitiva.

Son varias las ventajas de la tecnología microbiana (biominería) sobre los métodos no biológicos, entre ellas:


GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Una Minería limpia y responsable sí se puede hacer


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