Biolixiviacion del cobre

Autor:

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia.

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

INTRODUCCION. DEFINICION. APLICACIÓN. BACTERIAS. ¿Cómo ACTUAN? CARACTERISTICAS

DE LOS MICROORGANISMOS. ¿Cómo SE PRODUCE? FACTORES QUE AFECTAN AL DESARROL

LO. MECANISMOS.

a. Mecanismo Directo.b. Mecanismo Indirecto.b.1. Mecanismo de ataque directo via

tiosulfato.b.2. Mecanismo de ataque indirecto via

polisulfato.b.3. Mecanismo mixto.

TECNOLOGIAS. VENTAJAS DE LA TECNOLOGIA MICR

OBIANA. PROCESOS BASADOS EN EL RIEGO.

Biolixiviacion en Pilas. Biolixiviacion en Botaderos. Biolixiviacion In Situ.

PROCESOS BASADOS EN LA AGITACION.

Biolixiviacion en tanques agitados. DIMENSIONAMIENTO DEL EQUIPO. CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UN CI

RCUITO DE LIXIVIACION. DISEÑO DE UN PROCESO DE LIXIVIA

CION. RESUMEN . CONCLUSIONES.


INTRODUCCIÓN

La biolixiviacion es una tecnología que usa bacterias específicas para extraer (lixiviar) metales de los minerales. Por lo tanto, se determinó que la tecnología debería llamarse “biohidrometalurgia” ya que, para que el proceso de recuperación de cobre fuera eficaz era necesaria además de agua, la presencia de ciertos microorganismos.

La primera aplicación comercial de lixiviación bacteriana en pilas fue en Chile, en la planta Lo Aguirre, con la tecnología desarrollada por el grupo de la Minera Pudahuel.


DEFINICION DE BIOLIXIVIACIÓN

La oxidación bacteriológica de minerales es un término aplicado a la disolución favorecida por microorganismos de los constituyentes del mineral, ya sea para extraer los valores metálicos (proceso de biolixiviación), o para remover los constituyentes del mineral que interfieren con la extracción de los valores metálicos por algún método convencional (proceso de biooxidación).

Detalle de una partícula de calcopirita sin atacar y atacada con microorganismos

termófilos extremos. Panel A ) sin atacar y B) atacada (tomado de Departamento de Ingeniería Metalúrgica de la Facultad de Química de la UNAM, 2001).


APLICACIÓN DE LA BIOLIXIVIACIÓN

Los métodos de lixiviación microbiana están comenzando a ser aplicados para incrementar la recuperación de metales de menas de sulfuros de bajo grado o recalcitrantes a los procesos convencionales usando un pre-tratamiento como en el caso de pirita o arsenopirita, microorganismos son usados comercialmente para la extracción de cobre por medio de biolixiviación.


bacterias

Son organismos que viven en condiciones extremas, en este caso; pH ácido y altas concentraciones de metales, condiciones normales en los minerales.

Estas bacterias quimiolitoautotróficas utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos para generar todos los componentes de la célula. Esta capacidad metabólica es la que se aprovecha para solubilizar cobre.

http://www.google.com.ar/imgres?q=LIXIVIACION+BACTERIANA&um=1&hl=es&sa=N&tbo=d&biw=1024&bih=571&tbm=isch&tbnid=2XqkhVncglGncM:&imgrefurl=http://www.ecuadorciencia.org/blog.asp?id=7701&docid=9Mxn9-29PkBBxM&imgurl=http://www.ecuadorciencia.org/images/bioingenieria/biotecnologia-biolixiviacion.jpg&w=200&h=146&ei=xT-2UPaWBOqPyAG32oCQBA&zoom=1&iact=hc&vpx=330&vpy=25&dur=422&hovh=116&hovw=160&tx=78&ty=59&sig=115732689098675726815&page=2&tbnh=116&tbnw=160&start=18&ndsp=24&ved=1t:429,r:2,s:18,i:152


Estos electrones forman una especie de batería dentro de la bacteria, creando una diferencia de potencial que genera energía. Esta energía es almacenada para luego utilizarla en los distintos procesos metabólicos.

¿CÓMO ACTÚAN?

Además, estos microorganismos necesitan carbono, pero lo obtienen del aire en forma de CO2, no de los hidratos de carbono.

Durante el proceso, las bacterias “comen” electrones, los cuales son extraídos de los minerales.


Características De Los Microorganismos Utilizados

Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviación son generalmente autrótofas, aeróbicas y quimiosintéticas. Esta última característica, las hace capaces de oxidar minerales para producir el ión férrico y ácido sulfúrico, necesarios para las reacciones de biolixiviación.

El ión férrico, es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los minerales de sulfuro de cobre a sulfato de cobre que es soluble. Debido a esto, también se les llama microorganismos sulfo y ferro-oxidantes.


La Acidithiobacillus ferrooxidans, ha sido la bacteria más estudiada para biolixiviación .


¿CÓMO SE PRODUCE LA BIOLIXIVIACIÓN DE SULFUROS DE COBRE?

Las protagonistas de la biolixiviación son bacterias,que se alimentan de minerales (quimiolitótrofas).

Para vivir, estas bacterias necesitan el anhídrido carbónico (CO2) de la atmósfera Como fuente de carbono, y agua (H2O). Se “alimentan” de fierro, arsénico o azufre, elementos que suelen estar mezclados en las rocas que contienen cobre.


Factores que afectan el desarrollo bacteriano.

Los factores ambientales, biológicos y fisicoquímicos, sobre el crecimiento y desarrollo de las bacterias es fundamental en el rendimiento de la extracción de metales por biolixiviación.

El control de estos factores es muy importante para asegurar las condiciones óptimas de pH, humedad, temperatura, nutrientes, fuentes de energía, que permitan obtener el máximo rendimiento de cobre.


El pH define que especies de bacterias se desarrollarán en el medio

El oxigeno es utilizado como oxidante por los microorganismos en ambientes de lixiviación. El dióxido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricación de su arquitectura celular o generación de biomasa.

pH

Oxígeno y dióxido de carbono

Nutrientes Estos microorganismos requieren de fuentes nutricionales para su óptimo desarrollo.

Fuente de Energía

Los microorganismos utilizan como fuente primaria de energía el ion ferroso y el azufre inorgánico. En la lixiviación de mineral el ión ferroso (fe+2) es producido biológicamente, por ello no es necesario añadirlo.


Los microorganismos se clasifican según el rango de temperatura en el cual pueden sobrevivir. Si la temperatura del medio en que se encuentren los microorganismos es menor a 5°C, se vuelven inactivos volviendo a cumplir su función si aumenta la temperatura, pero si la temperatura del medio sobrepasa el óptimo, los microorganismos se mueren.

La luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de bacterias, pero el hierro ofrece alguna protección a los rayos visibles.

Temperatura

Luz


Presencia de Inhibidores durante el proceso de biolixiviación, se van acumulando metales pesados como zinc, arsénico y hierro en la solución de lixiviación, y en ciertas concentraciones resultan tóxicos para los microorganismos.

Potencial redox (Eh): la medida del potencial es un indicador de la actividad microbiana, mientras mayor sea el potencial medido, mayor será la actividad microbiana. El potencial óptimo es de 600 a 800 mV (miliVolt).

Tamaño de partículaa menor tamaño de la partícula de mineral, mayor es el área de contacto que tiene el microorganismo, haciendo más efectiva la lixiviación.


MECANISMOS DE LIXIVIACIÓN

Existen varios mecanismos propuestos de como los microorganismos participan en la lixiviación de minerales:

a. El ataque directo o enzimático del mineral por una o más bacterias en donde el contacto físico entre la bacteria y el mineral es necesario

b. El ataque indirecto del mineral por uno o más productos del metabolismo de las bacterias, como el ión férrico Fe3+ o los protones H+, (el contacto físico entre el mineral y la bacteria no es necesario)


a.- MECANISMO DIRECTO

La bacteria está en contacto directo con la superficie del mineral, promoviendo la oxidación del azufre de los sulfuros metálicos a sulfatos. La oxidación proporciona la energía para el crecimiento de las bacterias.

Esquema del mecanismo directo de biolixiviación. Figura diseñada por Hugo Aguilera Bandín.1) Las bacterias se encuentran presentes en el medio con mineral, 2) Las bacterias entran en contacto con el mineral por medio de los exopolímeros (EPS), 3) Los exopolímeros reaccionan con la superficie del mineral, 4) El metal es liberado.


b.- MECANISMO INDIRECTO

El sulfuro metálico es oxidado químicamente por la acción del agente oxidante Fe3+. La función de los microorganismos es regenerar el agente oxidante. Si la oxidación química es completa se obtiene Fe2+ y SO42-. Cuando es incompleta se generan Fe2+ y S°, en cuyo caso la bacteria oxida también el azufre elemental S° a SO42-, regenerando al medio H2SO4

Esquema del mecanismo indirecto de biolixiviación. Figura diseñada por Hugo Aguilera Bandín. 1) Las bacterias se encuentran presentes en el medio con el mineral, el hierro ferroso Fe+3 lixivia el mineral, 2) El metal es liberado y el hierro ferroso es oxidado a Fe+2 por las bacterias


B.1.- Mecanismo de ataque indirecto vía tiosulfato.

El ión férrico Fe3+ contenido en la capa de EPS ataca de forma indirecta al sulfuro metálico produciendo ión ferroso Fe2+ y tiosulfato S2O32-. El tiosulfato reacciona con el ión férrico Fe3+ formando varios intermediarios hasta llegar al SO42-


b.2.- Mecanismo de ataque indirecto vía polisulfuro

Los protones atacan la red cristalina de algunos sulfuros metálicos. El ataque indirecto del mineral por el par H+/Fe3+ al mineral produce Fe2+ ypolisulfuros, y finalmente SO42-. El papel de las bacterias es de producir H2SO4 para abastecer de H+ y Fe3+ al medio para que se lleve a cabo el ataque químico.


b.3.- Mecanismo MixtoEs la combinación de ambos mecanismos; es decir, un ataque directo e indirecto al mineral por uno o varios microorganismos activos.

También es conocido como lixiviación cooperativa.

Esquema del mecanismo mixto de biolixiviación. Figura diseñada por Hugo Aguilera Bandín. 1) Las bacterias se encuentran presentes en el medio con el mineral, 2) Algunas bacterias participan en contacto directo con el mineral por medio de sus exopolímeros, 3) El metal es liberado, 4) Algunas otras bacterias participan de manera indirecta en el medio, regenerando los iónes Fe .


Tecnologías de Biolixiviación

Las diferencias entre las tecnologías de biolixiviación dependen del lugar de aplicación, la metodología ocupada, la ley de cobre y el tamaño de partícula del mineral, principalmente. Una categorización amplia según Brierley (2008), es la separación de las tecnologías según el método en que se basan para hacer la lixiviación. En este como losprocesos de lixiviación basados en el riego y los basados en la gitación.

Uzbekistan

Chile

Indonesia

New Zealand

South Africa

Zimbabwe

Zambia

Uganda

Ghana

Peru

Brazil

Australia

US

Canada

Russia

China

DRC

Botswana

Iran


1. Requiere poca inversión de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas ácidas de minas.

2. Presenta bajos costos en las operaciones hidrometalúrgicas, en comparación con los procesos convencionales.

3. Ausencia de polución o contaminación ambiental durante el proceso.

4. Permite el tratamiento de creciente stock de minerales de baja ley que no pueden ser económicamente procesados por los métodos tradicionales.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA MICROBIANA


• La técnica de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos, se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato y para oxidar el ion ferroso a ion férrico.

• La fuente de energía fundamental para el Thiobacillus ferrooxidans es el ion Fe+2, pudiendo ser utilizados también el azufre en sus formas reducidas. Usa nutrientes básicos para su metabolismo a base de N, P, K, y como elementos de trazo, Mg y Ca.


PROCESOS BASADOS EN EL RIEGO

Biolixiviación en pilas.Esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y mineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios y primarios. La extracción de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (Cu2S) y la covelina (CuS), por biolixiviación en pila es ampliamente practicada en todo el mundo.


Biolixiviación en botaderos

Con esta tecnología se procesa lastre19, minerales de baja ley de cobre (menor a 0,5 %), mineral recién extraídos de la mina, sulfuros secundarios y primarios. Como el contenido de cobre en estos minerales es tan mínimo como para cubrir los costos de la flotación y fundición, los grandes fragmentos de mineral son arrojados a los botaderos. Estos tienen una base impermeable desde la que se puede capturar los lixiviados.En la superficie del botadero se aplica la solución de acido sulfúrico y agua. Losmicroorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condiciones óptimas para sucrecimiento.


Biolixiviación in situ

La biolixiviación in situ, trata el mineral en la mina, previa fractura de esta por tronadura permitiendo a la solución fluir libremente.

Este método se aplica a minas abandonadas y minas subterráneas, donde los depósitos de mineral no pueden ser extraídos por los métodos convencionales, por ser minerales de baja ley o de pequeños depósitos o ambos, siendo no rentable su extracción.


PROCESOS BASADOS EN LA AGITACIÓN

Biolixiviación en tanques agitados

Se utiliza para minerales de ley intermedia a alta y concentrados de mineral, que generalmente es calcopirita, debido al capital y costos de operación asociados con esta tecnología.

Los minerales son depositados en un tanque de acero inoxidable de gran tamaño, equipado con agitadores mecanizados y con la introducción de aire por ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxigeno y dióxido de carbono para los microorganismos.

Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr la biolixiviación que opera en un proceso continuo.


DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPO

• El tamaño es clave pues se área de contacto facilita la oxidación lenta o rápida, los que tienen dimensión cercanas bacterias son ideales para su lixiviación.


CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UN CIRCUITO DE LIXIVIACIÓN BACTERIANA EN PILAS

Se buscará definir los parámetros específicos de la cinética de disolución de cationes metálicos que aparecen en la solución.

Definir los parámetros que caracterizan la cinética con que el mineral reacciona con el ácido de la disolución, es decir la velocidad de consumo de ácido

Este procedimiento contempla la lixiviación de un mineral mixto de cobre utilizando columnas cortas inundadas con recirculación de soluciones.

Se ha encontrado que en la lixiviación de minerales oxidados de cobre el proceso esta controlado por la difusión de los reactivos a través del material reaccionado

Se ha encontrado que en la lixiviación de minerales oxidados de cobre el proceso esta controlado por la difusión de los reactivos a través del material reaccionado


Elección del agente lixiviante (solvente), Tipo de proceso químico a usar , Tipo de operación físico a emplear , Elección del equipo de lixiviación industrial, Recuperación del metal disuelto

DISEÑO DE UN PROCESO DE LIXIVIACIÓN

Considera 5 factores

Elección del agente lixiviante

a) Solubilidad del metal en él bb) Selectividad hacia metal de interés, f (pH) (baja en general) c) Propiedades Físicas . Tensión superficial: a < > humectación sólida ..

Viscosidad : a < > eficiencia ... Bajo P.Eb (ºC) si se recupera por destilación d) Estabilidad Térmica : evita pérdidas por degradación. e) Peligrosidad: toxicidad, inflamabilidad, no explosivo. f) Costo: recicladas son mejores, por costo y riesgos ambientales.

Depende de la estructura química del material En metalurgia, normalmente son soluciones acuosas.

Parámetros a considerar:


Tipo de Proceso Químico

a) Lixiviación con agua

b) Lixiviación Acida

c) Lixiviación Alcalina

d) Lixiviación por Complejación

e) Lixiviación Oxidante

f) Lixiviación Oxidante-Complejante

La lixiviación metalúrgica se puede efectuar tanto en medio oxidante, neutro o reductor, como ácido o básico.


Tipo de Operación Física a emplear

Dependen del tipo de reacción y las características del mineral . Difusión del lixiviante Velocidad total , Velocidad Reacción Química

Lixiviación Bacteriana:

Existen bacterias que viven naturalmente en los minerales de cobre, transformando S = SO4 2

Acción directa en presencia de agua y oxigeno-Acción indirecta: generan H2SO4 (lixiviante) y oxidan Fe SO4 a Fe2 (SO4)3 (lixiviante)- a veces se superpone con lixiviación química Ej., Thiobacillus Ferrooxidans: pH = 2 3 ( 2g/L H2SO4) 30 35ºC y presencia O2


La lixiviación bacteriana resulta en el reto más importante en el futuro de la Metalurgia, los métodos tradicionales de recuperación de metales deberán dar paso a métodos no contaminantes y la biolixiviación es uno de ellos y que debe responder a la exigencia de un mundo atribulado que clama por un ambiente que no contamine más.

RESUMEN


Conclusiones

La biolixiviación tiene, ante todo, un objetivo de creación de

riqueza. Permite aumentar las tasas de recuperación del mineral,

por tanto, hacer más rentable un determinado proceso.

El desafío entonces es aumentar la aplicación comercial, en

base a que existen investigaciones científicas tanto internacionales

como nacionales, hace décadas, que avalan la tecnología de

biolixiviación, además de estudios en plantas pilotos a escala

industrial para probar la factibilidad técnica y económica del

proceso, dando excelentes resultados.


Trabajamos en estas

condicionesNi siquiera tenemos salarios…

Creo que necesitamos un sindicato

de trabajadores

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