1. BiolixiviaciónFundamento, Característicasy diversidad de los M.O,
Ventajas de las tecnologías, proceso de oxidacióndel Fe,
Biolixiviación,desarrolloNacional
Profesora: Graciela Echegaray
Alumnos: Gordillo, Hernández, D’Anna, Vega, Lechuga, Agüero,
Mora, Rivera, Bustos, Lozano, Euliarte, Teruel, Figueroa, Reina,
Rózales

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Lixiviación
Es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido
pulverizado para que se produzca la disolución de uno o más de los componentes
solubles del sólido.
Biolixiviación
Proceso en el que se da la lixiviación asistida por microorganismos (catalizadores).
La Biolixiviación es una técnica usada para la recuperación de metales como
cobre, plata y oro entre otros. Esta última aplicación también es conocida como
biohidrometalurgia.
Características de los Microorganismos:
En la biolixiviación se utilizan microorganismos que obtienen su energía de la
oxidación de compuestos inorgánicos, es decir, se trata de bacterias que
literalmente comen piedras. Son organismos que viven en condiciones extremas,
en este caso; pH ácido y altas concentraciones de metales, condiciones normales
en los minerales.
La más conocida es la “Acidithiobacillus ferrooxidans”; su nombre nos indica varias
cosas: “acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido, es “thio” porque es
capaz de oxidar compuestos de azufre, es un “bacillus” porque tiene forma de
bastón y “ferrooxidans”, porque además puede
oxidar el fierro.
Estos microorganismos se alimentan principalmente
de dos impurezas que hay que extraer del mineral
para producir cobre: el azufre, que las bacterias
pueden oxidar y convertir en ácido sulfúrico y el
fierro, el cual es precipitado sobre el mineral de
descarte, lo que permite lograr una disolución más
barata y simple.
Las bacterias lixivian (disuelven), las rocas o
minerales y los solubilizan, por eso el proceso se
llama biolixiviación, o lixiviación biológica. El sulfuro de cobre, CuS, es uno de los
minerales que pueden ser convertidos en una forma soluble del metal, que en este
caso es cobre. Mediante una reacción de oxidación, las bacterias extraen los
electrones y disuelven el sulfuro de cobre (CuS), que es sólido, obteniendo una
solución de sulfato de cobre (CuSO4) a partir de la cual se puede recuperar el
cobre como metal.
Calcosina.Cu2S

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Diversidad de microorganismos en un sistemade biolixiviación
En los ambientes naturales asociados a la minería, es posible encontrar una
variedad de microorganismos como bacterias y arqueas15, pero en su mayoría
bacterias, cuya población se encuentra fuertemente influenciada por la
temperatura a la que están expuestas así como por los nutrientes presentes. La
temperatura en los sistemas industriales no supera los 45°C y en esta situación es
posible encontrar bacterias de las especies Acidithiobacillus ferroxidans (A.f),
Acidithiobacillus thioxidans (A.t) y Leptobacillus ferroxidans (L.f) que son las más
prevalentes. Respecto a los nutrientes en un medio con ión ferroso es común
encontrar A.f, y en su ausencia predomina la A.t y la L.f. La presencia de
determinadas especies de bacterias dependerá del mineral biolixiviado, por lo que
las condiciones óptimas de operación podrían no ser exactamente las mismas
para todos los recursos mineros, para ello es importante conocer su composición
mineralógica.
Cada especie de bacteria tiene distintos requerimientos de nutrientes como
fuentes energéticas, por lo que una mezcla de bacterias podría resultar más
beneficiosa que una especie pura, en la biolixiviación de un mineral. Así por
ejemplo los compuestos que no son oxidados por una especie, pueden ser
oxidados por la otra, evitando una acumulación que podría resultar tóxica.

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Ventajas de la TecnologíaBacteriana
1. Ausencia de contaminación atmosférica
2. Consumos energéticos reducidos
3. Bajo consumo de reactivos
4. Bajos costes de operación
5. Posibilidad de tratamiento de marginales
6. Flexibilidad en cuanto al tamaño de las instalaciones
7. Fácil separación del hierro en forma de jarositas
Desventajas de la tecnologíabacteriana
1. Producción de disoluciones diluidas
2. Generación de efluentes ácidos
3. Velocidades lentas
Procesosmicrobiológicos de importancia en la metalurgia
Los procesos microbiológicos involucrados pueden considerarse de tres
categorías: absorción de los iones metálicos sobre la superficie de los
microorganismos; penetración intracelular de los metales por agentes biológicos.
La mayoría de los microorganismos tiene una carga negativa debido a la
presencia de iones negativamente cargados en la membrana celular, tales grupos
incluyen al fosforil PO3, el carboxil CO-, el sulfihidril HS- y el hidroxil OH- que son
los responsables de los iones metálicos positivos.
La bacteria común de la cerveza sachamoycess cerevisiae y el hongo rhizpus
arrizus han mostrado habilidad para absorber uranio de los efluentes.
Por otra parte la penetración intracelular de metales ocurren en algunos
microorganismos; así la bacteria filamentosa spliaerotilus leptothrix y la polifórmica
hypomicrobium pueden ser incrustados con manganeso, mientras que la
galliohella lo hace con hierro; igualmente las pedromicribun se distinguen por
encapsular en su interior delgadas laminas de oro, es decir cubren sus sinuosos y
estrechos pasajes con oro, las razones por las cuales estas bacterias realizan un
suicidio masivo son desconocidas.

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Finalmente el otro mecanismo de transformación de los metales por medio de
agentes biológicos resulta en una interesante aplicación; muchos microorganismos
sintetizan compuestos específicos de quelación que inmovilizan metales pesados
que luego incorporan como compuestos volátiles que pueden ser evaporados.
La metilización es un ejemplo y es la sustitución de un átomo del metal por el
hidrógeno que proviene del hidroxilo de una molécula de alcohol metílico que
puede resultar en un compuesto volátil. Entre los metales que pueden sujetarse a
la biometilización se incluye el Hg, Se, As, Sn, Pb y Cd y se han encontrado
métodos que permiten que también el Pt, Pa, Au y Ta pueden ser transformados
en esa forma.
Muchos organismos tienen componentes que son altamente específicos para
algún metal y uno de los mayores agentes de ligazón es la proteína Metallthionina.
. Las ecuaciones involucradas son las siguientes:
El sulfuro por acción de las bacterias. Y en presencia del oxígeno se transforma en
sulfato ferroso y ácido sulfúrico
bacteria
FeS + 3,502 + H20-->FeSO4 + H2SO4
El ácido sulfúrico actuando sobre el sulfato ferroso y con la ayuda de las bacterias
thioxidans produce sulfato férrico
Bacteria
2FeSO4 +1/2O2 + H2SO4 -->Fe2 (SO4)3 + H2O
El sulfato férrico con la ayuda catalítica de las bacterias lixivia el mineral formando
sulfato ferroso, azufre elemental y sulfato del metal
bacteria
MS + Fe2 (S04)3 2FeSO4 + MSO4 +S0
El azufre permanece en la superficie del sulfuro formando una barrera de difusión
y luego se combina con el oxígeno y el agua para formar ácido sulfúrico con la
ayuda de las bacterias thioxidans
Bacteria
S0+1.502 + H20 --> H2SO4

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La lixiviación ya sea directa o indirecta son difíciles de diferenciar porque
esencialmente la mayoría de los minerales incluye algún hierro y azufre. Aunque el
proceso empiece directamente algún hierro es liberado y se establece una
lixiviación indirecta, cuando se forma azufre las bacterias thiobacillus thioxidans
juegan un rol indispensable en la oxidación del azufre para formar ácido sulfúrico.
El control de la acidez es de la mayor importancia, porque se necesita un medio
ácido para tener el ión férrico y otros metales en solución.
La acidez es por lo tanto controlada por la oxidación del hierro y el azufre y los
sulfuros de los metales.
Oxidación del hierro
Muchas de las reacciones de oxireducción ligadas al hierro son mediadas por
microorganismos. Bacterias quimiolitotrofas pertenecientes al grupo Thiobacillus-
Ferrobacillus poseen sistemas enzimáticos que le permiten transferir electrones
del ión ferroso al oxígeno. Esta oxidación aeróbica del ión ferroso genera energía,
que es utilizada en la reducción de CO2 a materia orgánica. Las bacterias del
referido grupo demuestran la capacidad de oxidar hierro a niveles bajos de pH
(pH < 5). A niveles bajos de pH, la oxidación aeróbica del ión ferroso procedería
muy lentamente si no fuera por las enzimas que poseen estos microorganismos
quimiolitotróficos.
Thiobacillus ferrooxidans es la especie bacteriana mejor conocida entre los
microorganismos que exhiben la capacidad de oxidar hierro. Esta bacteria, que
prolifera en ambientes acuáticos contaminados con ácidos, es capaz de crecer
autotróficamente usando el ión ferroso o compuestos de azufre reducidos como
donante de electrones.

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La oxidación de hierro por este género bacteriano produce muy poca energía por
molécula oxidada. Por dicha razón, estos microorganismos deben oxidar grandes
cantidades de hierro para poder crecer
La mayoría de las bacterias que utilizan hierro como fuente de electrones son
acidófilas obligadas. Esto se debe a que el hierro (Fe2+) se oxida
espontáneamente a un pH neutral en ambientes aerobios. T. ferrooxidans y las
otras especies de bacterias acidófilas mantienen por necesidad un pH intracelular
cercano a la neutralidad (pH ± 6). No obstante, el pH del ambiente donde viven
estas bacterias es mucho más bajo, casi cercano a pH 2. La diferencia entre el pH
intracelular y extracelular representa un gradiente de protones que puede ser
utilizado para generar ATP (teoría quimiosmótica).
La entrada de protones (H+) a través del complejo proteico de la ATPasa
generaría energía, pero al mismo tiempo estaría promoviendo la acidificación del
citoplasma. La bacteria evitaría la acidificación de su ambiente intracelular a través
del consumo de protones para la oxidación del hierro. Los electrones provenientes
de la oxidación del ión ferroso son aceptados por rusticianina, una proteína
periplásmica, que exhibe una función óptima a pH 2. Los electrones pasan de la
rusticianina a una cadena de transporte de electrones abreviada, integrada por
dos elementos: citocromo c y citocromo a1. No hay síntesis de ATP derivada de la
cadena de transporte de electrones. El ATP se produce de la diferencia en pH que
se registra entre ambos lados de la membrana citoplasmática. La síntesis de ATP
derivada del gradiente de protones se mantiene mientras esté disponible el ión
ferroso (Fe2+) en el ambiente extracelular.
Lixiviación bacteriológica
Es un proceso de disoluciones ejecutadas por un grupo de bacterias que tienen la
habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo liberar los valores metálicos
contenidos en ellos. Su objetivo es explotar menas que por tener baja
concentración de metal no se pueden tratar con métodos tradicionales. Este
proceso es utilizado para la extracción de uranio, cobre, zinc, níquel, cobalto, entre
otros. Las bacterias producen una solución ácida que contiene al metal en su
forma mediante la oxidación de sulfuros soluble.
Las bacterias más utilizadas son las especies Thiobacillus oxidans, T.
thiooxidans, T. ferrooxidans y T. dentrificans. Son seres quimiolitoautótrofos
obligados, es decir, obtienen su energia por la oxidación de elementos presentes
en las rocas, como hierro y azufre. En general estas bacterias requieren, para vivir
y reproducirse, de un medio ácido (son acidofílicas) con un pH entre 1 y 5,

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temperaturas de entre 25°C a 30°C (hasta 45°C para algunas especies) y altas
concentraciones de metales. Algunas son aeróbicas y otras anaeróbicas.
La bacteria más estudiada en cuanto a la oxidación biológica de los minerales
sulfurados es la Thiobacillus ferroxidans. Es una
bacteria gramnegativa anaeróbica. Obtiene su energía
(pirita, marcasita, galena,calcopirita, bornita, blenda, covellina), y requiere de
CO2 como fuente de carbono, nitrógeno y fósforo para sintetizar su alimento,
además de una temperatura entre 28°C y 35°C.
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

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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.
Mecanismos de Lixiviación
La lixiviación bacteriana de los metales pueden considerarse como una lixiviación
química asistida por las bacterias como catalizadores. Por convención la lixiviación
bacteriana ha sido clasificada en directa o indirecta.
La lixiviación directa ocurre por el ataque enzimático de las bacterias sobre los
componentes del mineral que son susceptibles a la oxidación los electrones
liberados por la oxidación con transportados a través del sistema proteico de la
membrana celular y de ahí (en organismos aeróbicos) a los átomos de oxigeno, es
bueno recordar que en los sistemas biológicos la oxidación suele corresponder a
la eliminación del hidrógeno. Se conoce que la energía metabólica de la oxidación
del sustrato es transferida al trifosfato de adenosina (ATP) que es la energía
regular de la célula, que la usará para su crecimiento y multiplicación.
En la lixiviación indirecta no ocurre un ataque frontal de la bacteria sobre la
estructura atómica del mineral, en su lugar la bacteria oxida el hierro soluble
(ferroso) a hierro férrico y a su vez a sulfato férrico, que es un poderoso oxidante
que reacciona con los metales transformándolos a una forma soluble
Bioxidación del sulfuro
La biolixiviación de sulfuros como procesos biohidrometalúrgicos, involucra un
conjunto de reacciones químicas, metabólicas, enzimáticas y no enzimáticas, en
las cuales el mineral insoluble es oxidado y otros metales de interés son liberados
en solución. Actualmente, los siguientes procesos microbiológicos son de
importancia en la hidrometalurgia:
Oxidación de sulfuros, azufre elemental y hierro ferroso.
Producción de compuestos orgánicos, peróxidos, etc., por microorganismos
organotróficos, los que atacan minerales oxidando o reduciendo los elementos con
valencia variable.

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Acumulación de elementos químicos o en su precipitación por microorganismos.
Oxidación de hierro (Fe)
La reacción de oxidación del Fe2+ es:
Esta reacción es importante para lixiviación de metales pues permite la
acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones, además de
obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox
en el medio.
La bacteria es capaz de oxidar los siguientes sulfuros