Lixiviacion bacteriana

La lixiviación por bacterias es un método establecido para tratar oro refractario y minerales o concentrados de metales base. SGS Servicios Minerales ha realizado pruebas para numerosos proyectos para el desarrollo y optimización de diagramas de flujo, incluyendo pruebas a escala de banco y de planta piloto, y auditoría y resolución de problemas en plantas en operación en Sudáfrica, Brasil, Ghana, Australia, Uzbekistán, Perú, Chile, Grecia y los EE.UU. Los servicios de SGS Servicios Minerales incluyen: 

• Investigación y desarrollo 

• Pruebas de sensibilidad

• Desarrollo de diagramas de flujo 

• Plantas piloto continuas con procesamiento de flujo integrado 

• Auditorías de plantas y resolución de problemas Algunos clientes nos han solicitado establecer instalaciones de prueba de lixiviación por bacteria para cumplir con la necesidad de: 

• Una instalación de pruebas independiente, no asociada a interés alguno de procesamiento ni ingeniería 

• Un “taller de parada única” que ofrezca instalaciones para probar procesos alternativos de oxidación incluyendo bacterias, oxidación pro presión, Activox® y tostado Las tecnologías testeadas incluyen: 

• BIOX® 

• GEOCOAT® 

• (Lixiviación en pilas o capas delgadas de concentrados de flotación de baja ley) 

• Procesos BacTech 

• Otras tecnologías que no son de propiedad registrada La experiencia de SGS con el proceso BIOX® (bacterias mesofílicas) va desde las pruebas de confirmación hasta la movilización de plantas. La investigación actual incluye pruebas piloto de concentrados de calcopirita-calcositacovelita usando bacterias mesofílicas. Usamos procesos GEOCOAT® en simulación de lixiviación en pilas, pruebas de lixiviación en columnas de diferentes minerales de sulfato incluyendo pirita, enargita y esfalerita, usando bacterias mesófilas y termófilas extremas. Tenemos licencia para usar las tecnologías BacTech y hemos completado varios proyectos según indicación. Nuestra investigación actual se concentra en la investigación de la oxidación de la calcopirita. LIXIVIACIÓN POR AGLOMERACIÓN DE CONCENTRADOS SGS Servicios Minerales Australia ha desarrollado una técnica para lixiviación en pilas o capas delgadas de concentrados de flotación de baja ley. Un agente aglomerador es usado para adherir los concentrados molidos a la superficie de un portador inerte. Un portador adecuado es roca competente chancada tal como el granito en el rango de tamaño de 10 – 12 mm. El aglomerado es apilado en una columna y tratado por lixiviación de percolación para oxidar los minerales sulfurosos. Esta técnica puede ser aplicable a concentrados de baja ley donde la lixiviación agitada por bacterias o la lixiviación por presión no resultarían económicas.

Estudios sobre el efecto de la concentración de nutrientes en la lixiviación microbiológica de un concentrado de sulfuro de zinc indicaron que la concentración de amonio controlaba el rendimiento, mientras que la concentración de fosfato afectaba la velocidad de extracción del zinc. 

La concentración de los factores de crecimiento no tuvo efectos detectables sobre la oxidación del substrato. En medio ácido de lixiviación de sulfuros la solubilidad del oxígeno y el CO2 es baja, y una velocidad máxima de transferencia de masa de estos gases se requiere para mantener el crecimiento bacterial. 

En la ecuación (73) se puede apreciar que la oxidación de un mol de sulfuro requiere de 2 moles de oxígeno o, lo que es lo mismo, un kilogramo de azufre del sulfuro requiere para su oxidación de dos kilogramos de oxígeno. 

Dos kilogramos de oxígeno en condiciones normales ocupan 1,400 litros y su solubilidad en agua a 30 - 35 °C es del orden de 7 ppm por lo que los 2 kg requerirán de unos 285,000 litros de solución acuosa. Estas cifras indican que el problema de la aireación en este proceso es importante y que debe ser considerado preferencialmente. 

Desde luego, las cifras parecen señalar que un sistema de lixiviación estática no es adecuado, por lo tanto los esfuerzos deben estar encaminados hacia el diseño de instalaciones con agitación y con recirculación. 

Estudiando el efecto del dióxido de carbono sobre la actividad bacterial, se observó que la velocidad de oxidación de la pirita por el T. Ferrooxidans gradualmente disminuyó. 

Esto sucedió cuando se eliminó el CO2 del aire BIOLIXIVIACIÓN, Tecnología de la Lixiviación Bacteriana de Minerales 103 usado para aireación. Aumentando el contenido del CO2 del aire se estimuló el crecimiento del T. Ferrooxidans usado como substrato. 

Los mejores resultados para este proceso de oxidación fueron obtenidos cuando el contenido de CO2 se aumentó a 2%. Estudiando el efecto de la concentración de substrato sólido (ZnS) a diferentes concentraciones de CO2 , es decir, variando desde 0.03 a 7.92%, se encontró que la concentración óptima de CO2 es 0.2% en términos de velocidad más alta de extracción de zinc. Sin embargo, todos los datos anteriores del efecto del CO2 sobre el crecimiento del Thiobacillus Ferrooxidans son de carácter preliminar. La oxidación de fierro ferroso por el T. Ferrooxidans requiere la presencia del ión sulfato, probablemente, como un agente complejante. Cuando es cultivado sobre azufre elemental o sulfuros la adición de sulfato externo no es necesaria, puesto que el producto de la oxidación es el sulfato. 2.12.12 Efecto del ión férrico La lixiviación microbiológica de los sulfuros es acelerada en presencia del ión férrico, el cual se sabe que es un buen agente oxidante. 

Este efecto catalítico se puede expresar como sigue: (172) donde M es un metal bivalente. El azufre elemental que ha sido dejado libre (ecuación 172) será oxidado a ácido sulfúrico por el T. Ferrooxidans. Similarmente, el fierro ferroso es oxidado por los microorganismos. y, entonces, el ciclo rédox del fierro se repite. Varios investigadores discutieron el efecto del fierro, aunque determinaciones cuantitativas fueron reportados recientemente. Estos estudios indicaron que los microorganismos son capaces de oxidar substratos libres de fierro (NiS, CoS, Cu2S y CuS); y en presencia de concentraciones de ión férrico de 10-4 a 10-2 moles por litro la velocidad de extracción del metal fue mucho mayor. 

Concentraciones mayores de fierro no fueron efectivas en este proceso. El potencial rédox del par Ferroso /Férrico a 25 °C es: (173) (174) (175)

CULTIVO DE BACTERIAS 

El medio más favorable para cultivar las bacterias es el medio 9K con fierro ferroso (ver pág. 115 y procedimiento de aislamiento de cultivos pág. 50). Es aconsejable obtener cultivos a partir de bacterias que existen, no solamente, en el área de trabajo, sino en la región o área de la planta de lixiviación. Estas bacterias estarán por naturaleza ya aclimatadas al tipo de substrato, temperatura, limitaciones de oxígeno debido a la altitud del lugar, etc. Por consiguiente, el estudio de los diferentes puntos donde las bacterias pueden ser obtenidas debe ser prioritario al estudio de la lixiviación bacteriana. Una vez detectada la existencia de bacterias en riachuelos, aguas de mina, lagos, etc., de la región, se debe proceder al cultivo de éstas con el propósito de disponer de un stock que permita efectuar pruebas de laboratorio en columna. Un procedimiento sencillo para iniciar los cultivos consiste en tomar un frasco erlenmeyer de 250 ml al cual se agrega 70 ml de medio 9K con fierro ferroso y 10 ml de agua de mina. Luego se efectúan los siguientes controles: • Corregir el pH de la solución a 2.0 con H2 SO4 1N • Agitar fuertemente la solución para favorecer la oxigenación • Mantener la temperatura en 35 °C Al cabo de 2 o 3 días de constante agitación a 35 °C, se observa un cambio de coloración en la solución a un tono anaranjado débil. Este cambiará paulatinamente a marrón oscuro debido a la oxidación del ferroso a férrico por la acción bacteriana. Es evidente que el fierro también pudo ser oxidado por el O2 , sin embargo, este proceso de oxidación es tan rápido y complejo que hay que pensar en otra causa: Las bacterias. Un control adicional, además del color, sería analizando el T/Fe y Fe3+ existente en solución. La presencia mayoritaria de Fe3+ indicará que todo el Fe ha sido oxidado, y la necesidad de transferir las bacterias a otro substrato más fresco. Para ello se toman 10 ml de solución color marrón y se transfiere a otro erlenmeyer conteniendo 70 ml de medio 9K. Esta operación se repite continuamente hasta disponer de un stock grande de bacterias. La transferencia y cultivo de estas bacterias a un substrato de mineral, constituye el próximo paso, cuya importancia es necesario recalcar. Los minerales elegidos deben ser representativos del cuerpo de mineral que forma las pilas a lixiviar. Es evidente que compósitos generales del mineral también deben ser estudiados bacteriológicamente. El procedimiento de laboratorio a seguir es simple y consiste en tomar 30 g de muestra representativa de mineral malla -400, el cual se coloca en un erlenmeyer de BIOLIXIVIACIÓN, Tecnología de la Lixiviación Bacteriana de Minerales 123 250 ml. Se añade 70 ml de medio 9K más Fe2+, se agita fuertemente y se procede a ajustar el pH de la pulpa a 2.0, añadiendo H2 SO4 1N. La adición de ácido se hace hasta que el pH se estabiliza en 2.0. En este punto, la solución se deja sedimentar y se toma una muestra de 1 ml y se analiza por cobre y fierro total. Luego se inocula la solución con 5 ml de solución marrón conteniendo bacterias. El consumo de ácido es determinado exactamente en el punto de estabilización del pH. A continuación, el frasco conteniendo el mineral medio 9K más inóculo es pesado. Este peso correspondería a la hora cero de lixiviación. En esta hora se vuelve a tomar 1 ml de muestra y se analiza por cobre y fierro. El control y muestreo de la solución se efectúa cada 24 horas. El primer paso a seguir es ajustar el peso del erlenmeyer al peso original agregando agua a pH 2.0. Una vez conseguido el peso original se toma 1 ml de muestra para analizar por cobre y fierro; y luego se procede a ajustar el pH de la solución agregando H2 SO4 6N o 1N.

Según esta Figura la prueba debe ser detenida en el punto A, que corresponde a un tiempo T. Continuar con la prueba, pese a haberse alcanzado la máxima extracción posible, podría provocar la inactividad de las bacterias debido a que prácticamente todo el substrato ya ha sido consumido. Por otro lado, el punto A nos muestra el punto de máxima actividad bacteriana en donde las bacterias en pleno desarrollo y reproducción han abandonado el substrato sólido y están en la solución. Esta misma solución será el inóculo para el próximo cultivo, y así sucesivamente hasta disponer de un stock grande de bacterias desarrolladas en diferentes tipos de minerales. Cambios de condiciones tales como temperatura, acidez, nutrientes, etc. pueden entonces ser efectuadas con mayor tranquilidad. 124 BIOLIXIVIACIÓN, Tecnología de la Lixiviación Bacteriana de Minerales Curvas de lixiviación típicas para Cu2 S y CuFeS2 El erlenmeyer durante estas pruebas debe estar constantemente agitado y preferiblemente a una temperatura variable entre 30 - 35 °C, y en oscuridad. La forma recomendable de efectuar el control de estas pruebas es registrando todos los datos en un libro que debe contener básicamente los siguientes datos: 

- Fecha 

- Hora de lixiviación 

- pH inicial 

- pH final 

- acido añadido 

- análisis por: Cu2+, T/Fe, Fe3+

- mg. de cobre extraído 

- Porcentaje de cobre extraído 

El residuo final obtenido debe ser estudiado mineralógicamente para determinar las especies residuales. Estos residuos deben ser analizados por cobre para chequear el porcentaje de extracción obtenido a partir de los análisis de las soluciones impregnadas.