El  proceso hidrometalúrgico generalmente está constituido por las siguientes tres etapas: 1) una etapa de lixiviación en la que se produce el ataque químico en fase acuosa del metal que se desea recuperar, 2) una o varias etapas de purificación, mediante las que se pretende retirar determinadas impurezas de la disolución antes de que ésta sea sometida a la etapa de precipitación, y 3) una etapa de precipitación que se utiliza para separar el metal valioso de la disolución.

1.- Etapa de lixiviación

La etapa de lixiviación es la base de los procesos hidrometalúrgicos. Éstos se clasifican en función del carácter ácido, neutro o básico de la lejía lixiviante utilizada en esta etapa.

a) Lixiviación de carácter ácido

Dentro de las lixiviaciones de carácter ácido las más comunes son aquellas en las que se emplea una disolución de ácido sulfúrico o clorhídrico como agente lixiviante.

- Lixiviación con H2SO4: La lixiviación de concentrados de zinc con disoluciones de ácido sulfúrico se puedeutilizar para obtener lejías de sulfato de zinc con el fin de obtener zinc metálico mediante un proceso electrolítico, o bien para obtener uno de los compuestos de zinc, como pueden ser ZnO o ZnSO4·nH2O,mediante las etapas de acabado que se precisen.

Además de la lixiviación sulfúrica tradicional existen algunas alternativas como inyectar SO2 durante la etapade lixiviación, práctica mediante la cual se consigue mejorar el rendimiento de lixiviación de zinc

En los últimos años se ha investigado la recuperación de zinc mediante la utilización de sistemas de extracción líquido-líquido. Se trata de utilizar un sistema de extracción en contracorriente del zinc contenido en disoluciones de ácido sulfúrico.

De todas formas, el mayor problema existente en la lixiviación de zinc es la presencia de especies ferríticas, del tipo ZnFe2O4, en los concentrados o residuos industriales a tratar.

- Lixiviación con HCl: Las principales aplicaciones de las lixiviaciones ácidas en medio clorhídrico son la obtención de cloruro de zinc y de óxido de zinc después de las etapas de purificación y acabado necesarias. A pesar de que el tratamiento de este tipo de lejías mediante electrólisis es factible, no es recomendable ya que los cloruros contenidos en ellas deben ser retirados de la disolución, ya que disminuyen considerablemente el tiempo de vida útil de los electrodos. Para llevar a cabo dicha eliminación de cloruros, con el fin de tratar la lejía electrolíticamente, el proceso más común es la utilización de un sistema de intercambio iónico.

Al igual que en el caso en el que se utilizan lejías sulfúricas como agentes lixiviantes, la presencia de ferritas de zinc es una de las limitaciones más importantes que se encuentran a la hora de maximizar la lixiviación de zinc.

De manera análoga a lo comentado en el caso de la lixiviación sulfúrica, se han estudiado sistemas de extracción líquido-líquido con el fin de recuperar el zinc presente en lejías clorhídricas.

b) Lixiviación de carácter neutro

Los resultados obtenidos, en lo que a la lixiviación de zinc se refiere, en los diversos ensayos realizados utilizando lejías de carácter neutro para lixiviar concentrados y residuos industriales con alto contenido en zinc son claramente inferiores a los obtenidos en medio ácido y básico. Como ejemplo, al utilizar agua como agente lixiviante, la cantidad de zinc que se consigue lixiviar es menor al 20 %.

Por ello, las vías más utilizadas para recuperar zinc se basan en lixiviaciones ácidas o básicas.

c) Lixiviación de carácter básico

En los últimos años se han desarrollado varios procesos de recuperación de zinc que se basan en lixiviaciones de carácter básico. Las lejías lixiviantes más utilizadas son aquellas formadas por disoluciones de: NH3, (NH4)2CO3, (NH4)2SO4, NaOH y, en algunos casos, mezclas de éstas. Aunque los porcentajes de lixiviación de zinc suelen ser considerables, no son tan elevados como los obtenidos mediante vía ácida.

- Lixiviación con NaOH: La principal utilidad de los procesos basados en lixiviaciones que utilizan disoluciones de hidróxido sódico como agente lixiviante es la obtención de óxido de zinc.

La ventaja más destacada de este tipo de lixiviaciones es que apenas se lixivian el hierro y el calcio, lo cual facilita la purificación del zinc.

Llevando a cabo lixiviaciones convencionales en las que se utilizan disoluciones de NaOH de diferentes concentraciones, no se consigue lixiviar más del 40 % del zinc presente en el concentrado o residuo industrial con alto contenido de zinc.

En los últimos años, con el fin de mejorar el rendimiento de lixiviación de zinc, se han estudiado diversas alternativas. En la investigación recogida se llega a la conclusión de que ni las lixiviaciones a presiones superiores a la atmosférica ni la aplicación de microondas y/o ultrasonidos durante la etapa de lixiviación mejoran de manera apreciable dicho rendimiento de lixiviación. En cambio, se recogen dos alternativas que sí consiguen aumentar el rendimiento de lixiviación de zinc con disoluciones de NaOH. La primera de ellas consiste en hidrolizar el concentrado de zinc y posteriormente fundirlo con NaOH, de esta manera se consigue aumentar la lixiviación de zinc hasta un 95 %. La segunda alternativa consiste en fundir directamente el concentrado de zinc con NaOH, sin la etapa previa de hidrólisis, de esta forma el rendimiento de lixiviación de zinc es de aproximadamente el 65 %.

- Lixiviación con amoníaco y sus derivados: La utilización más común de este tipo de lejías es la obtención de óxido de zinc. Para ello, lo más habitual es la utilización de una disolución de carbonato amónico como agente lixiviante, en este proceso se alcanzan porcentajes de lixiviación de zinc próximos al 45 %. Para incrementar la recuperación de zinc, íntimamente ligada al pH de la disolución, se ha estudiado la posibilidad de añadir amoníaco comercial a la disolución de carbonato amónico, de esta manera se han conseguido lixiviaciones de zinc superiores al 75 %.

Una de las mayores ventajas que presenta este tipo de lixiviación es la dificultad para lixiviar hierro y plomo, dos de las impurezas principales del zinc en los polvos de acería, lo cual facilita el ulterior proceso de purificación de la lejía.

2.- Etapas de purificación en procesos hidrometalúrgicos

Durante la etapa de lixiviación no sólo se consigue pasar a la lejía el zinc, sino que otras impurezas metálicas como el hierro, el plomo, el cadmio o el cobre también son lixiviadas. Por ello, previamente a las etapas de acabado, es necesario purificar la lejía con el fin de eliminar la máxima cantidad de las citadas impurezas.

Las etapas de purificación más comunes son la oxidación y la cementación.

En la etapa de oxidación el objetivo que se pretende principalmente es la eliminación del hierro. El hierro, tras la lixiviación, se encuentra básicamente como Fe2+ que, mediante la adición de un agente oxidante, se oxida a Fe3+ y precipita como Fe(OH)3. Se ha estudiado la utilización de diferentes agentes oxidantes, siendo losprincipales el peróxido de hidrógeno, aire, bióxido de manganeso y una combinación de estos dos últimos. En todos estos casos se recomienda que el pH de oxidación se encuentre entre 3 y 4, ya que es preciso encontrar un equilibrio entre la oxidación (favorecida por pH bajos) y la precipitación del hidróxido férrico (favorecida por pH altos).

Además de la utilización de los agentes oxidantes anteriormente citados, también se ha estudiado la eliminación de hierro mediante hidrólisis, provocando su precipitación a un pH controlado próximo a 4. En esta operación se utiliza óxido de zinc como agente neutralizante.

Una vez eliminado el hierro, se deben eliminar el resto de impurezas metálicas que contiene la lejía. Esto se consigue mediante una cementación en la que las impurezas metálicas se reducen mientras que el agente cementante se oxida, ver reacción. Las impurezas ya en su estado metálico se depositan sobre la superficie del agente cementante precipitando. El agente cementante más comúnmente utilizado es el polvo de zinc.

n/2·Zn0 + Mn+ → n/2·Zn2+ + M0

3.- Etapas de acabado en procesos hidrometalúrgicos

En función del compuesto de zinc que se desee producir es preciso someter a la lejía purificada a una o varias etapas de acabado. A continuación se describen las principales etapas de acabado utilizadas con el fin de producir zinc metálico, óxido de zinc, sulfato de zinc en diferentes grados de hidratación y cloruro de zinc.

La principal etapa de acabado, por ser el zinc metálico el producto más demandado, es la electrólisis de lejías sulfúricas con alto contenido en zinc.

El proceso de electrólisis transcurre de manera similar al proceso electrolítico para la obtención de zinc a partir de una fuente de zinc primario.

Para obtener el óxido de zinc a partir de una lejía purificada generada en la etapa de lixiviación existen dos posibilidades. La primera de ellas consiste en carbonatar una lejía amoniacal mediante borboteo de CO2.Como consecuencia de la disminución del pH provocada por el CO2 se precipita el zinc en forma de ZnCO3 que, mediante calcinación, se transforma en ZnO. La segunda alternativa, recomendada en el caso de lejías ácidas, consiste en adicionar NaOH o Ca(OH)2 con el fin de provocar la precipitación del zinc como Zn(OH)2. A partir de ese hidróxido de zinc se produce ZnO también mediante calcinación.

La obtención de ZnSO4·7 H2O a partir de una lejía sulfúrica concentrada de zinc se lleva a cabo medianteevaporización a temperatura controlada. Continuando con el secado, a temperaturas superiores a 30 ºC, se obtiene ZnSO4·6 H2O, el sulfato de zinc de menor aplicación. A partir de este sulfato de zinc hexahidratado se puede producir ZnSO4·H2O mediante deshidratación térmica o deshidratación química utilizando etanol al 95 % (v/v).

La obtención de ZnCl2 a partir de una lejía clorhídrica se lleva a cabo mediante la deshidratación de la misma. Para eliminar totalmente la humedad que pueda permanecer en el sólido se recomienda llevar a cabo el secado a una temperatura ligeramente inferior a su temperatura de fusión, 290 ºC.

Atendiendo a toda la tecnología existente, hemos de destacar como proceso de gran interer el denominado “EXCINOX”, cuya originalidad del procedimiento radica en la elección, secuencia y acoplamiento de las técnicas y procesos empleados, y en su adaptación a las características, tipo y cantidad de producto  a tratar haciéndolo técnica y económicamente viable, consiguiendo con ello la mejor solución medioambiental.

Es decir, esta combinación de procesos garantiza las siguientes condiciones de trabajo a nivel industrial:

-Gran flexibilidad de tratamiento de materia prima.

-Gran flexibilidad en operación.

-Facilidad de automatización y control.

-Menor inversión en instalaciones y existencias en curso.

-Menor necesidad de mano de obra.

-Menor coste energético.

-Mayor garantía de calidad.

-Mayor beneficio de los metales secundarios.

-Mayor control medioambiental.

En conclusión:

-El proceso Excinox para el tratamiento de óxidos de zinc procedentes de las acerías eléctricas es técnicamente viable.

-La capacidad nominal para que una planta de este tipo sea viable económicamente se encuentra sobre el 50 % de la capacidad de una planta que utilice como materia prima concentrado de zinc (blenda).

-El coste de esta materia prima, por su caracterización como residuo tóxico y peligroso, es gratuito e incluso se prima su beneficio.

-El rendimiento, la inversión y el coste de la materia prima garantizan un beneficio económico muy superior a cualquier planta tradicional que produzca zinc a partir de blenda.

¿En qué consiste el proceso de Lixiviación?

La Lixiviación es un proceso de carácter hidrometalúrgico, el cual consiste en la obtención de cobre que se encuentra en minerales oxidados, los cuales son separados a través de la aplicación de una disolución de ácido sulfúrico y agua.Los subprocesos que se realizan en la lixiviación son:Primera etapa: Lixiviación en pilas

Chancado: El material que se extrae de la mina, principalmente a rajo abierto, que

contiene minerales oxidados de cobre, es fragmentado mediante el chancado

primario y secundario, y cuyo objetivo es obtener un material mineralizado de un

tamaño máximo de 1,5 a 0,75 pulgadas. Este tamaño es suficiente para dejar

expuestos los minerales oxidados de cobre a la infiltración de la solución ácida.

Formación de la pila: el material chancado es llevado mediante correas

transportadoras hacia el lugar donde se efectuara la formación de la pila. En este

trayecto el material es sometido a una primera irrigación con una solución de agua

y ácido sulfúrico, conocido como proceso de curado, de manera de iniciar ya en el

camino el proceso de sulfatación del cobre contenido en los minerales oxidados.

En su destino, el mineral es descargado mediante un equipo esparcidor

gigantesco, que lo va depositando ordenadamente formando un terraplén continuo

de 6 a 8 m de altura: la pila de lixiviación. Sobre esta pila se instala un sistema de

riego por goteo y aspersores que van cubriendo toda el área expuesta.

Bajo las pilas de material a lixiviar se instala previamente una membrana

impermeable sobre la cual se dispone un sistema de drenes (tuberías ranuradas)

que permiten recoger las soluciones que se infiltran a través del material.

Sistema de riego: A través del sistema de riego por goteo y de los

aspersores, se vierte lentamente una solución ácida de agua con ácido

sulfúrico en la superficie de las pilas, la cual se infiltra en la pila hasta

su base, actuando rápidamente. La solución disuelve el cobre contenido

en los minerales oxidados, formando una solución de sulfato de cobre,

que es recogida por el sistema de drenaje y llevada fuera del sector de

las pilas en canaletas impermeabilizadas.

De este proceso se llegará a obtener soluciones de sulfato de

cobre con concentraciones de hasta 9 gramos por litro

(gpl)denominadas PLS, las cuales serán llevadas a diversos tanques

donde se realizará una purificación de éstas, eliminando las partículas

sólidas que pudiese contener.

Segunda etapa: Extracción por solventeEn esta etapa la solución que procede de las pilas de lixiviación, se libera de residuos o impurezas y se concentra su contenido de cobre, pasando de 9gpl a 45gpl, mediante una extracción iónica.Para extraer el cobre de la solución PLS, ésta se mezcla con una solución de parafina y resina orgánica. La resina atrapa los iones de cobre (CU+2) en forma selectiva, obteniéndose por un lado un complejo resina-cobre y por otro una solución empobrecida en cobre que se denomina refino, la cual es reutilizada en el proceso de lixiviación y es recuperada en las soluciones que se obtienen del proceso.El compuesto de resina-cobre es tratado en forma independiente con una solución electrolito rica en ácido, el que provoca la descarga del cobre desde la resina hacia el electrolito, mejorando la concentración del cobre en esta solución llegando hasta los 45gpl. Esta es la solución que se lleva a la planta de electro-obtención.

PROCESO PRODUCTIVO

¿Qué características hacen más ventajoso este proceso?Para realizar el proceso de lixiviación es indispensable contar con distintos medios que harán más ventajoso este proceso.En primer lugar para realizar el proceso se requiere disponer de un patio, o superficie de apoyo de la pila, en la que se coloca la impermeabilización. Cuando el patio es recuperado para reutilizarlo con nuevo material se trata de lixiviación en depósitos. Si el patio no es recuperado y el mineral agotado queda en la pila como vertedero que se restaura, se trata de lixiviación en pilas.Para la lixiviación en pilas se requiere de ciertos elementos, condiciones y consideraciones que hacen que el proceso sea favorable, tales como: ...

Disponer de amplias superficies de terrenos, relativamente llanas, con

menos de 10% de pendientes.

Calcular los flojos de aporte y evaporización para mantener un balance

equilibrado de líquidos efluyentes.

Disponer de represas de líquidos intermedios y finales.

Considerar un margen de sobrecapacidad del sistema para absorber

situaciones de exceso por tormentas lluvias en el área en explotación o explotada.

Capacidad y flexibilidad para admitir grandes variaciones de leyes de

mineral y tiempos de lixiviación.

Utilizar láminas impermeables sencillas para evitar pérdidas por infiltración

y la contaminación del subsuelo.

Realizar un estudio geomecánico del material depositado para alcanzar la

máxima altura posible y evitar el derrumbe de la pila.

Preparar el material para llevarlo al tamaño adecuado, de manera de lograr

la permeabilidad mínima suficiente, que libere el mineral en superficie y percole

adecuadamente.

Organizar un conjunto de pilas de manera de ordenar el flujo de líquidos en

forma seriada, para lograr un enriquecimiento progresivo de la solución al pasar

de una pila a otra.

Para que la lixiviación tenga éxito se tienen que considerar una serie de factores, siendo el primero asegurar la permeabilidad de la masa a lixiviar, de manera que el líquido lixiviante pase a través de todo el material y que el contacto entre el agente lixiviante y el mineral sea el óptimo. El óptimo contacto entre el material y el agente lixiviante depende de:

La localización de los minerales a disolver.

Volumen del material y distribución de tamaños.

Área expuesta y la superficie especifica.

Tamaño de partículas y su porosidad.

Presión capilar

Rugosidad o espereza de las superficies.

Otra de las ventajas que hacen posible este proceso es el riego y recolección de sustancias:

El material mineralizado y apilado debe ser regado con una solución

lixiviante, para lo cual se tiende la malla de riego, que cubre toda el área.

El sistema de riego instalado permite distribuir las soluciones ya sea por

medio de un sistema de goteros, que hasta pueden estar instalados bajo la

superficie de las pilas cuando las condiciones son extremas; dependiendo de la

evaporación y de la disponibilidad de agua de cada operación.

Del mismo modo en que nosotros podemos procesar la glucosa del azúcar para hacer que nuestro cuerpo funcione, existen microorganismos quimiolitoautótrofos que realizan una tarea similar con los minerales normales y oxidan compuestos como el oro y el cobre. Esta característica se empezó a aplicar en el campo de la minería, en el que se benefician de este tratamiento para obtener dichos metales con la ayuda de estas bacterias. La primera vez que se empleó este proceso fue en 1957, cuando se descubrió Thiobacillus Ferrooxidans en las

aguas de minas de carbón. Esta arqueobacteria que vive en medios hostiles y prefiere temperaturas de 45 a 50 grados en el ambiente, se alimenta por ejemplo de hierro y azufre. Son bacterias aeróbicas y autotróficas, por lo que requieren moléculas inorgánicas como fuente: un electrón donado y carbono inorgánico (óxido de carbono). Obtienen los nutrientes oxidando hierro y azufre con oxígeno. La Thiobacillus Ferrooxidans es una bacteria muy común en los residuos de las minas. Este organismo es acidófilo (le encanta el ácido) e incrementa la tasa de oxidación de pirita en los escombros de minas y depósitos de carbón. Consigue oxidar el hierro y compuestos inorgánicos de azufre. La técnica de oxidación puede ser nociva, ya que produce ácido sulfúrico, un compuesto muy corrosivo. Aun así, puede ser muy beneficiosa para obtener materiales como el cobre y el uranio. Se ha sugerido que la Thiobacillus Ferrooxidans forma relaciones simbióticas con miembros del género acidófilo, bacterias capaces de reducir el hierro. Otras especies de Thiobacillus crecen entre los sedimentos y el agua, tanto dulce como salada. Una colonia de Thiobacillus ferrooxidans. La sustancia de color rojizo es el resultado de la oxidación de hierro. La biolixiviación es el empleo de estas bacterias para solubilizar el valor metálico de minerales y concentrados sulfurados. Cuando los metales pasan a un estado soluble, se recuperan gracias a otras técnicas metalúrgicas, donde el residuo sólido se descarta.

Fuente: ¿Qué es la biolixiviación? Las bacterias que ayudan en las minas - Blogodisea

Resumen

La extracción y purificación de metales a partir de minerales es un proceso químico que causa contaminación ambiental. Una alternativa son lasbacterias quimilitotroficas del azufre las que pueden oxidar este elemento y generar ácido sulfúrico, que solubiliza metales mezclados con azufre. Este proceso se conoce como Lixiviación bacteriana se aplica como una excelente opción para evitar contaminación ambiental, el propósito de está breve revisión es señalar las principales características de la LB.

Palabras clave: Minerales, Thiobacillus, minas, metales.

I. Antecedentes

A finales del siglo XIX S. Winogradsky describió un grupo de bacterias de diversos ambientes: suelo, agua y mina, que crecen por oxidación de minerales con azufre, hierro, cobre, cobalto, níquel y otros metales, lo que además asimilan el CO2 y/o carbonatos como fuente de carbono. Por este tipo de metabolismo bioquímico les definió como "bacterias quimiolitotroficas y postuló que la energía derivada de la oxidación del ión ferroso a férrico sirve para su crecimiento y asimilación de CO2" (Sánchez-Yáñez et al., 2000; Harvey y Crundwell, 1997). A finales de 1979 se les conocían como

bacterias autotróficas del hierro, entonces sólo se describían dos géneros: Ferrobacillus y las especies F. ferrooxidans y F. sulfooxidans y Thiobacillus thiooxidans, está última se aisló de un suelo pobre en materia orgánica y en agua de mina; (Lindstrom et al., 1992; Olson, 1991). La lixiviación bacteriana (LB) es una estrategia biológica que se emplea para la concentración y extracción de metales de minerales sulfurados refractarios de baja ley ó SMBL (Álvarez y Jerez, 1990; Janssrn et al., 1996).

En hidrometalurgía la LB es sencilla, barata y ecológica, sus productos no contaminan el ambiente (Navarrete, et al., 2001). Una de sus principales ventajas es la económica, al aprovechar menas de minerales sulfurados metálicos de baja ley (SMBL), considerados así porque la concentración del metal de interés es mínima (10mg/ton del mineral) y porque la extracción por métodos químicos tradicionales no es rentable, por ello no se explotan a pesar de que contienen oro, plata, cobre y metales radiactivos: uranio, radio, etc. (Ballesteros et al., 2001; Fowler y Crundwell, 1998).

El primer informe sobre la LB de SMBL, se publicó en 1922 con una bacteria quimiolitotrofica desconocida, está investigación describió una forma biológica de extracción de metales como alternativa barata para la explotación de SMBL, durante 30 años este informe se ignoró hasta el redescubrimiento T. ferrooxidans tolerante a alta concentración de metales pesados (g L-1): 10 de zinc, 72 de níquel, 30 de cobalto, 55 de cobre y hasta 160 de hierro fundamental en el incremento del costo de fundición de minerales, la que obliga a que concentrados de oro y plata se exploten por LB (Lindstrom et al., 1992).

En general se describen tres métodos para la extracción de metales a partir de minerales: lixiviación química en autoclave, tostación de sulfuros y LB. En base al mineral que se trata se sabe que el reto es extraer el metal unido al azufre, ya que éste es la causa de la refracción o resistencia del mineral a la separación de estos metales.

La lixiviación de sulfuros en autoclave (proceso Sherrit-Gordón), se realiza a elevada temperatura y presión del oxígeno para la oxidación y solubilización del azufre y su eliminación, como la variante de Homestake en Nevada, E.U.A. Por está técnica el producto de autoclave, es una solución ácida en la que los metales del mineral son solubles. En tanto un lodo atrapa las especies inertes como arcillas y sílice, en la siguiente etapa; la cianuración se aplica para separar: plomo, cobre y zinc, la técnica se usa en yacimientos de minas de oro con o sin concentración de sulfuros, la desventaja de este tratamiento es el alto consumo de oxígeno proporcional a la concentración de azufre en el mineral además los metales de los minerales deben ser resistentes a la corrosión (Sand et al., 1993; Sugio et al., 1990).

La tostación es un proceso industrial para la conversión de sulfuros en sulfatos solubles en solución ácida acuosa, que permite cianuración normal, después del lavado de residuos. No obstante la tostación genera dióxido de azufre (SO2), no recuperable en pequeña o mediana escala, que contamina el ambiente por ello normas de protección ambiental restringen su utilización.

La LB es una actividad biológica conocida desde la antigüedad por fenicios, romanos, árabes y españoles, que la reportaron en la extracción de cobre en agua de minas. En 1947 cuando T. ferrooxidans se aisló por primera vez del drenaje de una mina de carbón bituminoso (Kashefi et al., 2001; Olson, 1991). En España en 1950 se reportó la LB de minerales de cobre en una mina del Río Tinto, hasta 1970 se confirmó que esto fue derivado de la actividad de Thiobacillus sobre el SMBL (Lindstrom et al., 1993; 1992; Suzuki et al., 1990). Cuando la microbiología avanzó, se reporto que Thiobacillus como es clave en la recuperación de metales de valor comercial a partir de SMBL. Por ello existen patentes de este proceso, incluso para minerales con metales radioactivos (Ahonen y Touvinen, 1992).

II. Bacterias lixiviantes de minerales.

T. thiooxidans es una bacteria Gram negativa quimiolitotrofica obligada, cosmopolita. Existe información sobre técnicas de aislamiento e identificación (Brigmon et al., 1995). Además su potencial en biohidrometalurgía para la extracción de minerales de: cobre, oro, plata, uranio y radio, se limita por inhibición por metales que lixivia (Goebel y Stckebrandt, 1994; Bronwyn et al., 2000). Otras especies de Thiobacillus son sensibles a la acidez como T. thioparus y T. novellus no oxidan azufre elemental, pero si sus sales además de compuestos orgánicos como la glucosa.

T. denitrificans crece en anaerobiosis con nitrato como aceptor final de electrones. T. ferrooxidans oxida sales de azufre con hierro, T. novellus es quimiolitotroficó facultativo con un pH óptimo de crecimiento de 7.0. el que permite separar cada especie: T. thiooxidans y T. ferrooxidans crecen a pH de entre 2.0 y 3.5, T. denitrificans, T. thioparus y T.novellus de entre 7.0 y 7.3 (Groudev y Groudeva, 1993).

III. Thiobacillus spp y bacterias lixiviantes de minerales

Las técnicas de aislamiento para Thiobacillus y las herramientas moleculares revelan su distribución en ambientes de mina y suelo. Existen otros procariotes que lixivian SMBL, investigación "in situ" en minas para extracción de oro generan resultados similares Thiobacillus (Kanishi y Sataru, 1992), estas bacterias nativas de minas, toleran concentraciones subletales del metal que lixivian, de esa forma aumentan el

rendimiento del metal que se extrae sin elevar el costo del proceso, es ambientalmenteseguro, investigación sobre la ecología de éstas bacterias las clasifica en base a su temperatura de lixiviación de SMBL. Se reporta que bacterias termófilas y mesófilas lixivian minerales "in situ" en minas para la extracción oro en Sudáfrica (Lovley, 2000; Olson, 1991). De la naturaleza es posible aislar archeabacteria hipertermofilas y adaptadas a elevada temperatura para la LB de SMBL con cobre, plata y oro, y aquellas bacterias empleadas donde la temperatura es un factor limitante para la extracción de metales (Golovacheva et al, 1992).

El cuadro 1 muestra las principales características fisiológicas y bioquímicas de Thiobacillus requeridas para su explotación (Lópezarchilla y Amils, 19943), T. ferrooxidans crece por oxidación de ión ferroso y azufre inorgánico forma sulfato como producto derivado del ácido sulfúrico y asimila CO2 como fuente de carbono, su morfología es semejante a T. thiooxidans, no oxida el ión ferroso, ni lixivia SMBL insolubles. Las variables fisiológicas del cuadro 1 se adaptan para optimizar la actividad lixiviante de T. ferrooxidans en función del mineral (Lloyd y Macaskie, 2000).

Cuadro 1. Condiciones de crecimiento para el cultivo de Thiobacillus ferrooxidans y Archeabacterias* adaptables al mineral sulfurado concentrado refractario.

Variable Valor recomendado

Temperatura

Potencial de hidrógeno (pH)

Eh

Concentración del ión ferroso (Fe2+)

Concentración sulfuro metálico (%)

Densidad de inóculo bacteriano

Fuente de Nitrógeno (N)

Fuente de Carbono (C)

Fuente de Oxígeno

Fuente de energía y/ó azufre

35o C, 100° C*

2.3

-500 mV

10 g-1

10-25

5-7 % (v/v)

(NH4)2SO4 3.0 g-1 (p/v), inclusive N2 (molecular)

CO2 0.2% (v/v), inclusive carbonatos.

O2 intensivo.

Azufre mineral, con tamaño menor que 32 micras

Referencias: Tuovinen et al., 1994,1991; Kashefi y Lovley, 2000.

IV. Fuente de carbono, energía y nitrógeno para Thiobacillus.

Esta especie utiliza como fuente de energía para crecer la oxidación de compuestos reducidos de azufre, que incluye el ión ferroso soluble y cobre (Mossman et al., 1999).

V. Composición química del medio de cultivo para Thiobacillus.

T. ferrooxidans fija de dióxido de carbono o carbonatos, para suplir su demanda de carbono, común en quimiolitotroficos por inyección de aire para proveer de CO2 y O2. La demanda de nitrógeno se satisface con N o con formas reducidas de N como amonio y/o nitratos incluye N2 (Harvey y Crundwell, 1997; Suzuki et al., 1990).

VI. Oxidación de ión ferroso.

La oxidación del ión ferroso a férrico no es conocida, se sugiere que Thiobacillus posee dos sitios de transferencia de electrones en la célula, uno para el sistema de oxidación del azufre y otro para hierro localizados en sitios distintos de la membrana celular (Boon y Heijnen, 1998). El mecanismo de oxidación del ión ferroso en Thiobacillus se inhibe con bloqueadores de electrones, en la parte externa de su membrana celular. La rusticianina en la bacteria se controla por la composición química del medio de cultivo, cuando el ión ferroso está en elevada concentración, si T. ferrooxidans crece sólo con azufre elemental como fuente de energía (Lloyd y Macaskie, 2000), la rusticianina actúa en la primera etapa de la cadena transportadora de electrones, involucra tres citocromos dos tipos C, uno de clase Al y una coenzima Q está proteína depende de que la bacteria reduzca el sulfato asimilatoriamente, él cual despolariza su membrana para permitir al ión ferroso enlazar a sitios de transporte de la proteína, funciona como ligando para la síntesis de complejos susceptibles de oxidación a pH menor de 3.5. La síntesis disminuye con rapidez a un pH superior de 2.2, está reacción biológica es 500 veces más rápida que la oxidación química (Sukla et al., 1992) el proceso requiere pH menor de 3.5 para mantener un gradiente de protones en la membrana celular en el acoplamiento del ión ferroso con la fosforilación oxidativa (Sand et al., 1993).

VII. Lixiviación de pirita (FeS3) por Thiobacillus ferrooxidans.

T. ferrooxidans se cultiva en pirita como fuente de energía, el análisis de microscopio electrónico de transmisión indica cambios en la superficie de la pirita, asociado con modificación de su morfología. T. ferrooxidans sintetiza un mucopolisacárido, cuando está íntimamente adherido al mineral, ello favorece la oxidación de azufre para solubilizar el metal del mineral, este sufre corrosión en el sitio específico de mayor concentración de

azufre, esto se detecta en la topografía de la pirita en el sitio del ataque bacteriano ó zona de concentración del sulfuro. La investigación con técnicas de espectroscopiaelectrónica y fluorescencia de rayos X demuestran la existencia de una capa de MPS que cubre la superficie del sulfuro como se ilustra en la Figura 1 (Zagury et al., 1994).

Figura 1. Mecanismo de interacción bacteria-sulfuro. A) Formación de una "cápsula" en la región de lixiviación por que contiene un transportador/del sulfuro. B) Corrosión del sulfuro en la capa orgánica de absorción que disuelve el sulfuro, este es un complejo soluble de azufre que ingresa en la célula(Sugio et al., 1990).

VIII. Extracción de metales por lixiviación bacteriana.

Los metales se liberan del mineral por solubilización con el ácido sulfúrico derivado de la oxidación del azufre en la membrana Thiobacillus, al igual que la del hierro, al igual que en los minerales de uranio que existen como óxidos insolubles aunque no se sabe a detalle el mecanismo de la LB; el uranio se asocia a pirita y se disuelve por actividad indirecta de Thiobacillus al formar sulfato férrico, como se expresa en la siguiente ecuación. El sulfato de uranio se recupera de la solución lixiviante por intercambio iónico o con solventes orgánicos (Tuovinen et al., 1991).

  Bacteria

UO2 + Fe2(SO4)3 UO2SO4 + 2FeSO4

IX. Mecanismo directo de lixiviación bacteriana por Thiobacillus.

Existen bacterias quimiolitotroficas oxidan directamente minerales sulfurados concentrados. Investigación por microscopio electrónica de transmisión y barrido revela que estas bacterias se adhieren a la zona de concentración del azufre para usarlo como fuente de energía y generan el MPS con el que se asegura la unión física cápsula-mineral para la oxidación del azufre inorgánico que produce el ácido sulfúrico, en consecuencia se causa la solubilización del metal del mineral y la desintegración de su estructura cristalina. (Mossman et al., 1999). Estas observaciones al microscopio electrónico probaron que Thiobacillus disuelve la superficie del cristal del mineral en la zona de concentración del azufre. Se sabe que la naturaleza química de cápsula de Thiobacillus es clave cuando atacan SMBL pues durante está acción se sucede simultáneamente la oxidación del hierro y el azufre. Se sabe que Thiobacillus oxida hidróxidos metálicos mediante dos mecanismos para solubilizar el mineral sulfurado de baja ley. Una implica el ciclo férrico-ferroso o mecanismo indirecto. La otra depende del contacto físico bacteria-cristal del mineral independiente del ciclo férrico-ferroso. Los SMBL se solubilizan por la oxidación de Thiobacillus en ausencia de ión férrico aerobiosis estricta (Arredondo et al., 1994; Blake et al., 1994; Goebel y Stckebrandt, 1994).

Investigación reciente sugiere que Thiobacillus oxida paralelamente el azufre y el hierro reducido ello facilita la lixiviación del metal de interés. Se reporta que Thiobacillus detecta el lugar exacto de oxidación y por quimiotaxis se dirige a ese sitio donde se concentra el azufre del mineral. Por la oxidación del sulfuro causa perforaciones en la superficie del cristal del SMBL cuya profundidad depende del mineral y varia de acuerdo con su composición química. El proceso se resume como sigue:

a) Oxidación de Fe2+ a Fe3+ (ferroso a férrico) para la síntesis de energía.

b) Solubilización del azufre de la superficie del mineral por el ácido sulfúrico derivado de su oxidación para mantener su crecimiento.

c) Unión directa de la bacteria con la superficie del mineral sulfurado.

La actividad de Thiobacillus sobre la superficie de la pirita se explica en las siguientes reacciones:

FeS2 + 3½ 02 + H20 FeS04 + H2SO4

Bacteria

2FesO4 + ½ 02 + H2SO4 Fe(SO4)3 + H20

FeS2 + 302 +2H2O 2H2SO4 + 2S

Bacteria

2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 (Reacción 1)

Mientras que la actividad quimiolitotrofica de Thiobacillus sobre la calcopirita se expresa:

Bacteria

2CuFeS2 +8 ½ O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe(S04) + H2O

CuFeS2 + 2Fe2(SO4)3 CuSO4 + 5FeSO4 + 2S= (Reacción 2)

El sulfuro (S=) producido por Thiobacillus durante la lixiviación de la pirita (reacción 2), se oxida por la bacteria y libera ácido sulfúrico (reacción 1). Se conoce el papel catalítico de Thiobacillus en está transformación del SMBL. La actividad de los metabolitos derivados de la oxidación del azufre requiere un número suficiente de Thiobacillus en la superficie del SMBL (Zagury et al., 1994).

X. Mecanismo indirecto de minerales por Thiobacillus.

El sulfato férrico en solución y la concentración de oxígeno son básicos en la SMBL por Thiobacillus como: galena (PbS), calcopirita (CuFeS2), bodrnita (Cu5FeS4) y esfalerita (ZnS), pirita, marcasita (Fe2S), covelita (CuS), calcocita (Cu2S) y molibdenita (MoS2) como lo reportan Tuovinen et al., (1991). En general se reporta que el ión férrico sólo ó en mezcla es la especie química de la lixiviación de SMBL por Thiobacillus. El ión férrico influye indirectamente actúa sobre SMBL. Las reacciones siguientes representan el mecanismo en fases aeróbica/anaeróbica por Thiobacillus en minas (Ahonen y Tuovinen, 1992).

(Aeróbica) MeS + 2Fe3+ + H2 + 202 Me2+ + 2Fe2+ + S04= + 2H+

(Anaeróbica) Fe(S04)3 + FeS2 3FeS04 + 2S=

Cuando Thiobacillus oxida el ión ferroso a férrico es cíclico por: 1) la interacción del ión férrico con SMBL y 2) Por regeneración del ión férrico a ferroso por el ácido sulfúrico liberado, disminuye el pH el ión férrico se reduce a ión ferroso para mantener el ciclo en acidez extrema (Fowler y Crundwell, 1998).

XI. Lixiviación Bacteriana de CuFeS2.

Thiobacillus lixivia directa e indirectamente minerales por reducción de ión férrico. Normalmente ambos fenómenos son simultáneos en la naturaleza. De los minerales los de cobre la calcopirita se lixivia biológicamente. Se reporta que T. ferrooxidans oxida cobre monovalente el hierro y el azufre. La bacteria oxida directamente estos elementos que son parte de la calcopirita con valencia reducida con hierro ferroso o sulfato ferroso. Thiobacillus oxida hierro ferroso y azufre elemental, durante la fase inicial de la oxidación consume sulfato y el pH aumenta lo que provoca la precipitación del sulfato férrico y las sales de cobre como la anterita. El sulfato férrico se disocia en una reacción lenta secundaria el hierro forma compuestos como la jarosita con la regeneración del sulfato de acuerdo con la siguiente reacción:

2Fe2 (SO4) + 12H2O 4Fe (OH)3 + 6H2SO4

La lixiviación de calcopirita por T. ferrooxidans para lixiviar cobre en columna es pobre en condición estática con una recuperación del 25% en 60 días, un 40% en 70 días, del 60% en 470 días. Razell y Trussell recobraron un 45% de cobre de calcolpirita en condición estática, en agitación se recuperó 35% en 33 días, del 72% al 100% en 12 días, el 59% en 5 días, el 60% en 4 días, el 79% en 6 días, el 50 al 60% de cobre de calcopirita en 4 a 6 días en un tanque con oxigenación continua lo, que muestra que una elevada tensión de oxigeno en el bioreactor es necesaria para máxima extracción de metales (Amaro et al., 1994).

XII. Factores que afectan la lixiviación bacteriana.

La LB por T. ferrooxidans de SMBL depende de la concentración del ión ferroso y del hierro soluble que afecta el sistema de transporte de electrones en la membrana, cuando oxida azufre. El pH es un factor critico T. ferrooxidans requiere acidez para que el metal del mineral facilite la oxidación del azufre y síntesis

de energía con calcopirita. Depende del sulfuro de zinc de calcocita y covelita que necesitan hierro soluble. El carácter acidofílico de T. ferrooxidans lo comparte con T. thooxidans conhongos del suelo, levaduras y protozoarios en esa condición fisicoquímica el hierro es disponible para la vida (Kusano et al., 1992).

XIII. Temperatura optima de lixiviación bacteriana.

Dos factores críticos afectan la LB de Thiobacillus, el primero el aumento de temperatura por la bacteria al oxidar el azufre, lo que genera calor durante su crecimiento. El intervalo de temperatura óptimo para Thiobacillus está entre 25 y 35oC, para máxima oxidación de ión ferroso a temperatura no mayor de 35 oC y disminuye a 45 oC Thiobacillus luego muere, se propone usar. Archaeabacteria hipertermofilica acidofilica usan como fuente de energía, SMBL a temperatura mayor de 80oC, estas bacterias viven en la naturaleza en ambientes extremos. Por ello se le asocia con la oxidación de compuestos inorgánicos de S en zonas volcánicas terrestres y marinas (Sánchez-Yáñez y Farias-Rodríguez, 2002). Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotación de SMBL (Kashefi y Lovley, 2000).

XIV. Tamaño de la partícula y el área superficial del mineral en la lixiviación bacteriana.

En soluciones acuosas las partículas sólidas del mineral son una fuente de iones. 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. Investigación al respecto sugiere que el MPS que la bacteria es necesario para su adhesión al mineral, con relación inversamente proporcional entre la actividad lixiviante de Thiobacillus sobre SMBL y el tamaño de la partícula a medida de que está es menor la velocidadde oxidación del azufre es mayor en consecuencia la extracción del metal es rápida lo anterior se reporta para mineral de sulfurado de plata (Gutiérrez et al., 2002)

XV. Conclusiones

La extracción de metales de valor comercial con bacterias quimiolitotroficas de SMBL, es de interés en biohidrometalurgia para la explotación de menas que por la baja concentración del metal no se tratan con métodos tradicionales. Aunque se emplean con cualquier mineral con un alto contenido en azufre resistentes a los métodos químicos establecidos, que requieren un elevado gasto de energía sin que necesariamente el rendimiento sea proporcional a la inversión. El potencial Thiobacillus y archeabacteria para lixiviar minerales incluso

radiactivos "in situ" o de reactor, abre prometedoras posibilidades para la optimización del recurso minero en la industria de metalurgia extractiva en especial si se realizan verdaderas accionesconjuntas entre la academia y la industria.

Este breve ensayo se dedica a la memoria de Felipe Yánez, Andrea Luna y María de la Paz Jiménez, por sus inolvidables enseñanzas, su sabiduría, su entrega y su gran corazón.

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La biolixiviación consiste en la utilización de microorganismos para la recuperación de metales de interés económico. Los microorganismos más utilizados para la biolixiviación son Acidithiobacillus ferrooxidans yAcidithiobacillus thiooxidans.

En cuanto al proceso de biolixiviación, se produce por la catálisis que los organismos ejercen durante la disolución de algunas menas, de modo que el microorganismo se sirve del mineral como combustible, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin requerir una aplicación externa de energía. En la práctica, es necesario fragmentar el mineral y apilarlo sobre una pista impermeable, tras lo que se bombea agua con sustancias nutritivas para las bacterias hacia la parte superior, que se filtra y disuelve el mineral lixiviado. Éste líquido se recoge y procesa para recuperar el mineral, que se deshace en un disolvente orgánico y se extrae mediante la evaporación del disolvente.

Los mecanismos que utilizan las bacterias para oxidar los minerales pueden ser directos, que comprende el contacto entre el compuesto y la bacteria, e indirectos, que son aquellos en los que los microorganismos actúan sobre otro compuesto que a su vez reacciona con el mineral en cuestión.

Los metales más importantes que se obtienen en la biolixiviación son el cobre, el uranio y el oro. En el caso del primero, se trata de un mineral muy demandado por diversas industrias y que es relativamente escaso, por lo que este proceso resulta muy

rentable y efectivo, ya que se consigue recuperar entre el 50 y el 70% del que se perdería. El uranio suele extraerse in situ por la dificultad de trasladar el material, pero el proceso es similar, y además contribuye directamente a la producción de energía en las centrales nucleares debido a que éste mineral ha de tener cierto grado de pureza.

Adicionalmente, la biolixiviación se emplea también para la extracción de oro de yacimientos geológicos profundos, donde el mineral está rodeado de pirita y calcopirita y no sirven los procesos clásicos.

Finalmente, aunque se trate de un proceso lento, en comparación con la pirometalurgia y la hidrometalurgia, es menos costoso, más eficaz, más fácil de controlar y afecta en menor medida al medio ambiente. Por lo tanto, sería bueno promover el uso de este método tal y como se está haciendo en países como Estados Unidos.