Lix. Bacterial

5/8/2018 Lix. Bacterial - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/lix-bacterial 1/53

Prof:Luis Briceño R

INTRODUCCIONA LA LIXIVIACIIONBACTERIANA

Universidad Aconcagua

2010



Un hito en la historia cuprífera se comenzó a gestar en 1947, con eldescubrimiento de un microorganismo presente en las aguas de drenajede una mina de carbón española donde se oxidaba fierro y azufre. Estaera la Thiobacillus ferrooxidans, bacteria que forma parte del proceso deobtención de cobre.

Una vez descubierta, se determinó que era la responsable de la oxidaciónde los minerales sulfurados que contenían el metal rojo, acelerando sulixiviación desde minerales de baja ley, los que tradicionalmente eransometidos a procesos más largos, costosos y contaminantes. Las bacterias

liberan fuerzas químicas y biológicas que se refuerzan en un plan comúnque explota la biotecnología: degradar los sulfuros a formas solubles, avelocidades de medio a un millón de veces más rápidas que si estuvieranexpuestos al aire y al agua en ausencia de bacterias.

ORIGENES DE LABIOLIXIVIACION



Estas bacterias oxidan algunas formas reducidas de azufre y hierro

contenidos en los minerales, simplemente porque de esa reacción

obtienen la energía necesaria para su reproducción y crecimiento.

Adicionalmente requieren oxígeno y dióxido de carbono, los que

obtienen del aire, y otros nutrientes necesarios para su crecimiento,

como pequeñas cantidades de nitrógeno y fósforo.

¿QUÉ ES LO QUE HACEN?



¿PARA QUE SE HACE?A consecuencia de sus propiedades metabólicas resultan

fuerzas químicas y biológicas que se refuerzan en un plan

común que explota la biotecnología: degradar los sulfurosmetálicos a formas solubles, a velocidades

de a lo menos medio a un millón de veces más rápidas

que si estos minerales estuvieran expuestos al aire y alagua en ausencia de bacterias.



¿CON QUE TIPO DEMINERAL SE REALIZA?

Antes de explicar el proceso de extracción se debe aclarar que el

cobre es un metal que no existe en estado puro, sino que está

combinado en una gran variedad de minerales los que se dividen

en tres clases: en la primera categoría están los óxidos que sedisuelven muy fácilmente en un ácido suave, permitiendo una rápida

extracción del cobre; en segundo lugar están los sulfuros secundarios,

como la Calcocina y la Covelina, que sólo se disuelven por oxidación

mediante el uso de un ácido muy fuerte y un agente oxidante; y

finalmente están los sulfuros primarios, minerales insolubles o muy

lentamente solubles en el tratamiento ácido, que por lo anterior no se

lixivian sino que son tratados mediante Pirometalurgia.



¿COMO SE TRABAJA EL

MINERAL?El mineral se trabaja en pilas mediante la cual el mineral

está dispuesto en un lecho de dos, tres o seis metros de altura, y que

posteriormente es regado con ácido, esta innovación fue una parte

clave para el desarrollo de la aplicación industrial controlada de la

lixiviación bacteriana, ya que el mineral no está inundado como en

las piscinas, sino que hay aire y solución lixiviante que permite elcrecimiento bacteriano.



DE LA LIXIVIACION A LABIOLIXIVIACION

En 1980 comenzaron a lixiviar óxidos y más tarde intentaronexplotar los sulfuros secundarios, descubriendo que la

lixiviación era también aplicable a estos minerales

³Al principio no estaba muy claro a qué se debía la oxidación

observada en sulfuros, pero al realizar una serie de análisis

encontramos que las bacterias eran responsables en parte de ella,

y digo en parte, porque hay oxidación química y biológica, y lasegunda nunca había sido considerada fundamental en el proceso´

Romilio Espejo



¿POR QUE SE TRABAJA EN

PILAS?Para mejorar la parte biológica se utilizó la experiencia que

la minera tenía en el diseño y construcción de pilas para que

el mineral fuera permeable al líquido y al aire, debido a quese necesita que el ácido atraviese toda la pila sin que ésta se

tape ni se inunde. Esto, aunado con nuestra experiencia en la

parte bacteriana, permitió desarrollar un proceso que no era

nuevo en su concepto, pero sí en la forma, donde se planeaba

explotar un yacimiento de cobre en función únicamente de

biolixiviación



EL MEDIO AMBIENTEPara el ambiente, la introducción de una tecnología basada en

biolixiviación representa un importante adelanto, ya que produceun impacto ambiental varias veces inferior a la tecnología clásica

de Pirometalurgia. En esta última, los sulfuros tratados en

fundiciones, producen humos de chimeneas con altos

contenidos de SO2 y arsénico.En la disolución de minerales sulfurados participan bacterias que

requieren sólo de compuestos inorgánicos muy simples para

multiplicarse, los mismos que se encuentran comúnmente en lasaguas de los procesos Hidrometalúrgicos. Otra de las características

especiales de estas bacterias es su capacidad de crecer en soluciones

extremadamente ácidas para el común de los

microorganismos (pH entre 1,5 y 3,5).



MICROORGANISMOS

THIOBACILLUS THIOOXIDANS

BACTERIAS

CLASIFICACION

THIOBACILLUS FERROOXIDANS

PROPIEDADES DE LAS BACTERIAS



ALGUNASCARACTERISTICAS DE LAS

BACTERIASADAPTABILIDAD

OBTENCION DE ENERGIA

MEDIO AMBIENTE



ADAPTABILIDADLas bacterias junto con las cianobacterias (algasveriazules) son organismos unicelulares inferioresconocidos como procariontes. Estos organismos notienen un núcleo verdadero por lo que el DNA seencuentra libre en el interior de la célula. La formay estructura, aunque relativamente limitadas,

esferas (cocos), varillas rectas (bacillos) o varillascurvas (espirales), se ven compensadas por lainmensa diversidad de características metabólicas ypor su gran adaptabilidad.



OBTENCION DE ENERGIALos organismos quimiolitótrofos obtienen suenergía mediante la oxidación de materiales

inorgánicos, los autótrofos utilizan el CO 2 del airecomo única fuente de carbono (autótrofosobligados), y los heterótrofos lo obtienenmetabolizando compuestos orgánicos. Algunosheterótrofos tienen la facultad de ser autótrofos endeterminadas condiciones (autótrofos facultativos).



MEDIO AMBIENTEHay especies de bacterias que se desarrollan mejoren determinados intervalos característicos de

temperatura. Algunas, las criófilas, en frío (< 20°C);las mesófilas, en caliente (20-40°C); las termófilasmoderadas, en un medio más caliente (40-55°C); yalgunas, las termófilas extremas, necesitanambientes muy calientes (> 55°C).



CLASIFICACIONLos microorganismos acidófilos importantes en

biolixiviación se clasifican en tres grupos:

TIPO DEMICROORGANISMOS GENERO

MESOFILOS

TERMOFILOS MODERADOS

TERMOFILOS EXTREMOS

THIOBACILLUS YLEPTOSPIRILLIUM

SULFOBACILLUS

SULFOLOBULOS ACIDANUSMETALODPAHERAYSULFUROCOCCUS



MESOFILOSThiobacillus ferrooxidans (Tf) es la bacteria más importante utilizadaen la extracción de varios metales a partir de sus minerales. Es un

bastoncillo Gram negativo de 0.3 a 0.5 micras de diámetro y de 1.0 a1.7 micras de longitud. Es una bacteria quimiolitoautotrófica, obtienesu energía de las especies reducidas de hierro (Fe 2+ ) y azufre (S 2-)de los minerales y utiliza el bióxido de carbono del aire como únicafuente de carbono, oxida prácticamente a todos los sulfurosminerales conocidos. Crece en un rango de pH de 1.0 a 6.0, siendo el

óptimo entre 2.0 y 2.5. Sobrevive en un intervalo de temperatura de2 a 40°C, siendo el más favorable de 28 a 35°C. Prolifera por fisiónbinaria en cuestión de horas. En un sistema en actividad alcanzapoblaciones de 10 9 a 10 10 10 células/mL.Thiobacillus thiooxidans (Tt) es una bacteria semejante al Tf, sinembargo no tiene capacidad para oxidar al Fe 2+ . Posee un flagelopolar que le da mayor movilidad respecto al Tf, crece en condicionesóptimas a una temperatura cercana a los 30°C.Leptoespirillium ferrooxidans (Lf) por su forma de espiral esfácilmente diferenciable de Tf y de Tt. Sus células son ligeramentemás delgadas, de longitud variable y de mayor movilidad debido a lapresencia de un flagelo polar. Su fuente de energía es el Fe 2+ .



TERMOFILOSMODERADOS

Estas especies de bacterias pueden tener una gran variedadde formas con tamaños de 0.8 a 6.0 micras. Cuando crecenautotróficamente en Fe 2+ en ausencia de levaduras, son máspequeñas. Todas ellas presentan una tinción Gram positiva y

tienen una versatilidad de nutrientes mucho más amplia quelas autotróficas obligadas.Sulfobacillus thermosulfidooxidans su forma se ha descritocomo esporas sin movilidad. La temperatura óptima decrecimiento asociada a la oxidación del hierro está entre los

45 y 50°C, aunque están activas dentro de un amplio rango detemperatura.



TERMOFILOS EXTREMOSSulfolobus acidocaldarius es de forma esférica, oxida al hierroy al azufre, es extremadamente termofílica, su temperaturaóptima de crecimiento en medio rico en Fe 2+ es de 70°C y paraun medio que contenga azufre es de 65 a 80°C.Sulfolobus brierleyi crece en medios que contengan mineralespiritosos y/o Fe 2+ en solución, en presencia de extractos delevadura. La oxidación de minerales es más lenta que en elcaso de Sulfolobus A.C.



THIOBACILLUS

FERROXIDANSESTA BACTERIA ES PROPIA DEL MINERAL, POR LO CUAL

SOLO BASTA CON DARLE LAS CONDICIONES NESESARIAS

PARA SU REPRODUCCION Y DESARROLLO, ESTA BACTERIA

OXIDA O REDUCE COMPUESTOS DERIVADOS DE AZUFRE YMINERALES SULFURADOS.



THIOBACILLUS

THIOXIDANS

ESTA BACTERIA ES CAPAS DE OXIDAR EL

AZUFRE ELEMNTAL DE LOS MINERALESSULFURADOS



PROPIEDAES

* Son QuimioautroficasLa energía que usan para su crecimiento y mantenimiento la obtienede sustancias inorgánicas tales como Fe+2 y S y compuestos deazufre.Son Aeróbicas:

Requieren O2 para reaccionar con el catión H+ y el electrónliberado por la oxidación de Fe+2, para formar agua dentro de lacélula. Adicionalmente se requiere O2 para la oxidación química delos sulfuros.

* Son Acidofílicas:Crecen y sobreviven en rangos de pH de 1.0 a 4.5 óptimosestán entre 1.5 y 2.5. Normalmente estos microorganismos nosoportan pH sobre 6.5 y bajo 1.0.



MECANISMO DELIXIVIACION

LA LIXIVIACION BACTERIANA SE DIVIDE EN DIEZPARTES :

LIXIVIACION DIRECTA

LIXIVIACION INDIRECTALIXIVIACION MIXTA

LIXIVIACION POR CONTACTO

MECANISMO DE ATAQUE INDIRECTO

VIA THIOSULFATOMECANISMO DE ATAQUE INDIRECTOVIA POLISULFURO

OXIDACION DEL HIERRO Y EL AZUFRE

LIXIVIACION COOPERATIVA



LIXIVIACION DIRECTA

Las bacterias ferroxidantes también pueden lixiviar sulfurosmetálicos directamente sin la participación del sulfato férricoproducido biológicamente.



LIXIVIACION INDIRECTAEl sulfato férrico es oxidante muy fuerte capaz de disolver una

amplia variedad de minerales sulfurado. La lixiviación con Fe2(SO4)3

recibe el nombre de lixiviación indirecta por que se realiza en

ausencia del oxigeno o de las bacterias y, es responsable de ladisolución de varios minerales sulfurados de cobre de importanciaeconómica



MIXTALa combinación de ambos mecanismos, esdecir, un ataque directo e indirecto al

mineral por uno o varios microorganismosactivos.



LIXIVIACION DE

CONTACTOEl mecanismo directo se ha redefinido, puesto que para queexista un ataque biológico a la superficie del mineral, esindispensable la existencia de una capa de lipopolisacáridos o

sustancias extrapoliméricas excretadas por la bacteria, EPS(entre la bacteria y el mineral), las cuales sirven comoalmacén temporal del S° producido.



MECANISMO DE ATAQUE

INDIRECTO VIATHIOSULFATO

El Fe(III) contenido en la capa de EPS ataca de formaindirecta al sulfuro metálico produciendo Fe2+ yS2O3. El tiosulfato reacciona con el Fe(III) formandovarios intermediarios hasta llegar al SO4

2-.



MECANISMO DE ATAQUE

INDIRECTO VIAPOLISULFURO

Los protones atacan la red cristalina de algunossulfuros metálicos. El ataque indirecto del H+/Fe3+

al mineral produce Fe2+ y polisulfuro, y finalmenteSO4. El papel de las bacterias es el de producirH2SO4 para abastecer de H+ y Fe3+ al medio, para

que se lleve a cabo el ataque químico.



LIXIVIACION

COOPERATIVAEl mecanismo mixto se ha redefinidotambién como lixiviación cooperativa



OXIDACION DE HIERRO YAZUFRE

Los iones ferrosos son oxidados en la superficie de la bacteriapor la transferencia de su electrón a la terminal

citocromooxidasa en la membrana citoplasmática.La oxidación bacteriana del azufre de los minerales sulfuradosse realiza a través de la acción de la enzima sulfurooxidasa.



FeS2

Th F

Th F

Th F

Th F

THIOBACILLUS

FERROOXIDANS

O2

CO2

1-EL CONTACTO FISICO ENTRE LA BACTERIA Y EL MINERALES NECESARIO.

2- LA BACTERIA TOMA EL OXIGENO Y EL BIOXIDO DE

CARBONO Y OXIDA AL FE2 Y AL S2



FeS2Th F

Th F

Th F

THIOBACILLUS

FERROOXIDANS

Fe2

SO4

3- SE GENERAN SULFATOS SOLUBLES



FeS2Th F

Th F

Th F

Th F

4- MINERAL DISUELTO POR LOS MICROORGANISMOS

Th F

Th F

Th F

Th F



CuS

Fe 3

1-EL MINERAL SE OXIDA QUIMICAMENTE

Cu 2

SO4

2- SI LA SOLUCION ES COMPLETA SE GENERAN Fe2, Cu2

Y SULFATO

Fe 2

Th F



CuS

Fe 2 Th FCO2

O2



3-LA BACTERIA REGENERA EL OXIDANTE QUIMICO Fe3

Th F

CuS

Fe3

4- EL CONTACTO FISICO NO ES NECESARIO



¿COMO SON LASBACTERIAS?



MORFOLOGIA YMORFOLOGIA YESTRUCUTURAESTRUCUTURA

Las bacterias son microorganismos procariotas de organización

muy sencilla. La célula bacteriana consta:

citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central

aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADNbacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de

ADN con información genética , dispersos por el citoplasma:

son los plásmidos.



La membrana plasmática presenta invaginaciones, que son los

mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en

la síntesis de ATP, y los pigmentos fotosintéticos en el caso debacterias fotosintéticas.

En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza

química.Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rígidos,

implantados en la membrana mediante un corpúsculo basal . Pueden

poseer también, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden

servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra.

Poseen ARN y ri bosomas característicos, para la síntesis deproteinas.

ypared celular es rígida y con moléculas exclusivas de bacterias.



NUTRICIONEl éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su

versatilidad metabólica.

Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía

podemos encontrarlos en las bacterias.

Según la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividenen autótrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2 , y

heterótrofos cuando su fuente de carbono es materia orgánica.

Por otra parte según la fuente de energía, los seres vivos pueden

ser fototrofos, cuya principal fuente de energía es la luz, y los

organismos quimiotrofos, cuya fuente de energía es un compuesto

químico que se oxida.



CATEGORIASQUIMIOHETEROTROFO

QUIMIOAUTOTROFO

FOTOHETEROTROFO

FOTOAUTOTROFO



Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuestoquímico como fuente de carbono , y a su vez, este mismo

compuesto es la fuente de energía. La mayor parte de las

bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas

son de este grupo.

QUIMIOHETEROTROFO





QUIMIOAUTOTROFO

Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos

inorgánicos reducidos como fuente de energía y el

CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo,

N itrobacter , T hiobacillus.





Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente

de energía y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas.

FOTOAUTOTROFRASFOTOAUTOTROFRAS





FOTOHETEROTROFASLas bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como

fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono.

Ejemplos como Rodospirillum y C loroflexus.





REPRODUCCIONGeneralmente las bacterias se reproducen por bipartición, como se

ve en el siguiente esquema:

Tras la duplicación del ADN, que esta dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana

crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos

nuevas bacterias.





RESUMENLA BIOLIXIVIACION DE MINERALES SE PRESENTA COMO

UNA ALTERNATIVA ECOLOGICA PARA LA EXTRACCIONDE MINERALES SULFURADOS DE BAJA LEY.

LA GRAN RENTABILIDAD QUE PROVOCA EN LA EMPRESAMINERA POR SU BAJO COSTO Y ALTO RENDIMIENTO.

UNA VES ACTIVADA LA BACTERIA POR SI MISMAGENERA SU AMBIENTE



RESUMEN

BIOLIXIVIACION

VENTAJAS DE LA:

TRATAMIENTO DE

MINERALES QUE POR OTROS METODOSSERIA IMPOSIBLETRATAR EL APROVECHAMIENTO

DE RECURSOS NATURALESPRESENTES EN EL MEDIO

EL CUIDADO DEL MEDIOAMBIENTE

Documents

Lix. Bacterial