Biolixiviacion del cobre

 INTRODUCCION.  TECNOLOGIAS.
 DEFINICION.  VENTAJAS DE LA TECNOLOGIA
 APLICACIÓN. MICROBIANA.
 BACTERIAS.  PROCESOS BASADOS EN EL RIEGO.
 ¿Cómo ACTUAN?  Biolixiviacion en Pilas.
 Biolixiviacion en Botaderos.
 CARACTERISTICAS DE LOS
MICROORGANISMOS.  Biolixiviacion In Situ.
 ¿Cómo SE PRODUCE?  PROCESOS BASADOS EN LA
AGITACION.
 FACTORES QUE AFECTAN AL
 Biolixiviacion en tanques agitados.
DESARROLLO.
 MECANISMOS.  DIMENSIONAMIENTO DEL EQUIPO.
a. Mecanismo Directo.  CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UN
CIRCUITO DE LIXIVIACION.
b. Mecanismo Indirecto.
b.1. Mecanismo de ataque directo via  DISEÑO DE UN PROCESO DE
tiosulfato. LIXIVIACION.
b.2. Mecanismo de ataque indirecto via  RESUMEN .
polisulfato.  CONCLUSIONES.
b.3. Mecanismo mixto.

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

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).


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.


 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.


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

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.

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

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 .


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
pH
desarrollarán en el medio

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

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

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


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

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
Temperatura
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.


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).

a menor tamaño de la partícula de mineral,
Tamaño de partícula mayor es el área de contacto que tiene el
microorganismo, haciendo más efectiva la
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+ y
polisulfuros, 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 Mixto

Es 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 .


Russi
Canad a
a
Las diferencias entre las tecnologías de US
Uzbekist
an
biolixiviación dependen del lugar de Iran
Chin
a

aplicación, la metodología ocupada, la ley Ghan
a
de cobre y el tamaño de partícula del Ugand Indone
Brazi DRC a
mineral, principalmente. Una Peru
l Zambi
a
sia

Zimbab
categorización amplia según Brierley Botswa
na
we
Austra
lia
South
(2008), es la separación de las tecnologías Chil
e Africa New
Zealand

según el método en que se basan para
hacer la lixiviación. En este como los
procesos de lixiviación basados en el
riego y los basados en la gitación.


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.

• 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

Esta tecnología se puede procesar
Biolixiviación en pilas.
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. Los
microorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condiciones óptimas para su
crecimiento.

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 ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia
proceso continuo.

• 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.


 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
Considera 5 factores proceso químico a usar , Tipo de operación físico
a emplear , Elección del equipo de lixiviación
industrial, Recuperación del metal disuelto

Elección del agente lixiviante

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

Parámetros a considerar:

a) Solubilidad del metal en él b
b) 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.

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

a) Lixiviación con agua

b) Lixiviación Acida

c) Lixiviación Alcalina

d) Lixiviación por Complejación

e) Lixiviación Oxidante

f) Lixiviación Oxidante-Complejante


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.


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 Ni siquiera
condiciones tenemos
salarios…

Creo que
necesitamos
un sindicato
de
trabajadores


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