Lixiviado microbiano de menas minerales y transformación de metales

Juan Pablo Olguín-201011800 Andrea Carolina Marin-20101180042Edwin Iván Moreno -20101180045

Menas

Una mena es un mineral del que se puede extraer un elemento, un metal generalmente, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado. Así, se dice que un mineral es mena de un metal cuando mediante minería es posible extraer ese mineral de un yacimiento y luego mediante metalurgia obtener el metal de ese mineral.

Las menas suelen ser óxidos, sulfuros o silicatos.

Bio-lixibiacion

Los procesos de solubilización y extracción de elementos recuperables a partir de minerales o sólidos mediados por la acción de microorganismos (bacterias u hongos) son conocidos como Biolixiviación (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.

Aspectos fundamentales a definir para plantear la aplicación del proceso de bio-lixiviación

Conocer las relaciones existentes entre la mineralogía y las características de lixiviación.

Capacidad de lixiviación del mineral con ácidos quelantes comercialmente disponibles respecto a los producidos metabólicamente por microorganismos.

Características de lixiviación en Erlenmeyers o fiolas y columnas usando ácidos sulfúrico y cítrico como control.

Aislamiento de microorganismos con características deseables para ser empleadas en procesos de bio-lixiviación.

Comparación de la lixiviación con ácidos biológicamente producidos respecto a los ácidos puros o sus mezclas disponibles comercialmente.

Comparación de la lixiviación con ácidos producidos “in situ” , por crecimiento de el organismo en presencia del mineral.

Microorganismos involucrados en procesos de Bio-lixiviación

Una gran variedad de microorganismos son conocidos por participar en procesos de bio-lixiviación de metales a partir de múltiples yacimientos minerales y desechos de minas. Se caracterizan fundamentalmente por tolerar condiciones ambientales particularmente extremas que involucran altas concentraciones de metales, anoxia, tensiones mecánicas, acidez e incluso temperaturas elevadas, entre otras.

Microorganismos Quimiolitotrofos

Las bacterias quimiolitotrofas son aquellas que usan un sustrato inorgánico como fuente de energía y dióxido de carbono para crecer, dichas bacterias pueden ser facultativas u obligadas (Torma, 1982, Bosecker, 1997).

Microorganismos Heterótrofos

La solubilización y extracción de metales puede ser mediada por la acción de bacterias heterótrofas y hongos (Bosecker, 1997), que requieren de suplementos orgánicos para crecer y suplir la energía para contribuir con el proceso de biolixiviación de metales.

Factores que afectan el proceso de bio-lixiviación

Nutrientes pH Temperatura Flujo de O2 y CO2

Tamaño de partícula y mineral sustrato

Tolerancia a metales

Nutrientes

Para bio-lixibiacion IN VITU en bacterias quimiolitoautótrofas son necesarios compuestos inorgánicos para su crecimiento como hierro y compuestos sulfurosos.

En el caso de microorganismos heterótrofos es necesaria la adición de una fuente de carbono generalmente glucosa o sacarosa.

pH El pH adecuado es una condición

necesaria para el crecimiento del microorganismo y su variación es decisiva para la solubilización de ciertos metales presentes en el mineral, siendo determinante para el rendimiento del proceso de biolixiviación.

Temperatura

Todos los procesos basados en la transformación de minerales por microorganismos están confinados a un rango limitado de temperaturas. Para bajas temperaturas un descenso en la extracción de metales puede ocurrir (Ahonen, 1989), pero su incremento puede resultar no solamente en el usual aumento de la reactividad química, sino también, dentro de ciertos límites en la aceleración del metabolismo microbiano.

Flujo de O2 y CO2

Un adecuado flujo de oxígeno es un requisito fundamental para el crecimiento del microorganismo, controlando por tanto la extracción microbiana de metales (Brierley, 1978). En el laboratorio esto puede ser provisto por aireación o agitación, pero en una escala industrial el suministro de oxígeno causa dificultades (Bosecker, 1997).

Para el crecimiento de microorganismos quimiolitoautótrofos, la solubilidad del CO2 es baja en condiciones ácidas, por lo tanto puede ser un factor limitante en el crecimiento, sin embargo en condiciones naturales la ganga asociada al mineral es comúnmente rica en carbonatos y conjuntamente al crecimiento de heterótrofos pueden proveer el CO2 necesario (Brierley,1978).

Tamaño de Partícula y Mineral Sustrato

La tasa de lixiviación depende de la superficie total del sustrato, de esta manera grandes rendimientos y tasas de extracción de metales en minerales ocurren cuando el área específica de superficie del mismo es incrementada por reducción del tamaño de partícula. La reducción del tamaño incrementa la disponibilidad del sustrato, y en la práctica el grado de lixiviación es proporcional al área de superficie de las partículas (Torma, 1982)

Tolerancia a Metales

El proceso de bio-lixiviación de minerales esta acompañado por el incremento en la concentración de metales en el medio o lixiviado. En general estos organismos capaces de lixiviar tienen una elevada tolerancia a metales pesados.

Mecanismos de Biolixiviación

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).

Mecanismo Directo

La Primera envuelve la oxidación o reducción de formas inorgánicas, lo cual puede servir como fuente de energía para el crecimiento microbiano, sin embargo la reducción envuelve al metal como aceptor de electrones, proveyendo además otra fuente de energía que está disponible en el ambiente

Algunos microorganismos son capaces del ataque directo oxidativo sobre minerales sulfurosos (Lundgren, 1980), mediante el establecimiento de un íntimo contacto físico entre la bacteria y la superficie del mineral,.

MeS + 2O2 (Produce en presencia de microorganismo) MeSO4

Mecanismo Indirecto

Este mecanismo resulta en la conversión de metales a formas orgánicas, o el proceso inverso, estas reacciones son de importancia en diferentes áreas, como: formación de suelo, extracción de metales, acidificación de aguas residuales de minas, contaminación de fuentes de agua y producción de yacimientos metálicos durante el tiempo geológico.

Aquí el microorganismo no establece un contacto físico con la superficie del mineral, sin embargo genera un lixiviante que moviliza los metales presentes en el mineral (Krebs, 1997).

(aerobica) MeS + 2Fe3+ +H2 +2O2 (Produce en presencia de microorganismo)Me2+ +2Fe2+ +SO4

= +2H+

(anaeróbica) Fe2(SO4)3 + FeS2 (Produce en presencia de

microorganismo)3FeSO4 + 2S

Métodos de Biolixiviación

Aplicaciones Experimentales Aplicaciones Comerciales e

Industriales Bio-lixiviación de Aluminio y

Hierro en Bauxita

Aplicaciones Experimentales

La bio-lixiviación de minerales es una tecnología simple y efectiva, cuya efectividad y economía depende de la actividad del microorganismo y la composición química y mineralógica del mineral, por tanto los procesos probados en un tipo de mineral no pueden ser transferidos directamente a otros, siendo su aplicación técnica posible cuando las condiciones de lixiviación han sido optimizadas para este (Bosecker, 1997).

Puede hacerse por : Percoladores “Air Lift”, Lixiviación en Columna, Lixiviación Sumergida

Aplicaciones Comerciales e Industriales

La biolixiviación de minerales ha abierto nuevas oportunidades para la metalurgia y bio-hidrometalurgia 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). usando microorganismos quimiolitoautótrofos tales como Thiobacillus, para la movilización de metales (Krebs, 1997).

Aplicada en Lixiviación en Vertederos, Lixiviación en Montículos, Lixiviación en Tanques

Bio-lixiviación de Aluminio y Hierro en Bauxita

La bauxita es una roca sedimentaria de origen químico compuesta mayoritariamente por alúmina (Al2O3) y, en menor medida, óxido de hierro y sílice. Es la principal mena del aluminio utilizada por la industria. Se origina como residuo producido por la meteorización de las rocas ígneas en condiciones geomorfológicas y climáticas favorables.

Dependiendo de la bauxita y el grado de calidad requerido, se emplean diversos métodos para su beneficiación, como selección y lavado, separación magnética, secado y calcinado, e incluso separación manual, otros métodos incluyen lixiviación en Lecho Fluidizado, beneficiación asistida con hidrógeno y bio-lixiviación.