MU-MAGAZINEEDICION N1 SEPTIEMBRE 2015MINING AND UNIVERSITY EDICION N1

QUIMICA MINERA:

BIOLIXIVIACION, LA TECNOLOGIA BACTERIANA A LA SALVACION DEL MINERAL DE BAJA LEY

LA NATURALEZA EN LA JUGADA DEL MINERLAL DE BAJA LEY, RECUPERACIONES Y GANANCIAS EN EL SECTOR MINERO DE CHILE

RESUMEN:

Cuando el material de un yacimiento cuprfero tiene menos de un 0,5% de cobre, el trabajo de refinamiento tradicional deja de ser rentable, una situacin que impuls a los investigadores a buscar nuevos procesos, ms baratos y eficientes, que permitieran aprovechar las millones de toneladas de descarte amontonadas, lo que ha sido posible gracias a las bacterias lixiviantes permitiendo separar los minerales DE INTERES, de los slidos con los que se encontraba mezclado. En el 70% de los casos en que se busca extraer el mineral de la roca, se recurre a la pirometalurgia, proceso que consiste en separar fsicamente el mineral de los compuestos a travs de la flotacin y, luego, la fundicin en hornos a 1.200C, lo que produce que, al pasar al estado lquido, los elementos ms livianos queden en la parte superior del fundido, y los pesados, como el cobre u otros, se concentren en la base. Pero cuando los residuos o minerales de baja ley no permiten estos procesos mtodo se puede utilizar la lixiviacin bacteriana, proceso tecnolgico en el que con la ayuda directa o indirecta de microorganismos se produce la lixiviacin: la disolucin selectiva de minerales, con lo cual se separa de los otros elementos, ayudndose as a la descontaminacin de metales en los sistemas acuticos.

INTRODUCCION:En el sector minero, la biotecnologa ha sido utilizada como una herramienta en la disolucin y recuperacin de los valores metlicos contenidos en los minerales. La mayora de los procesos microbianos han sido empleados en la lixiviacin de cobre, hierro y uranio, en el mejoramiento de la extraccin de los metales preciosos contenidos en sulfuros refractarios y en el tratamiento de aguas residuales.Las ventajas de esta tecnologa radica en la poca inversin de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas acidas de minas. Presenta bajos costos en las operaciones hidrometalurgias, en comparacin con los procesos convencionales. Ausencia de polucin o contaminacin ambiental durante el proceso y lo ms importante es que permite el tratamiento de creciente de stock de mineral de baja ley que no pueden ser econmicamente procesados por los mtodos tradicionales.La posibilidad de aprovechar millones de toneladas de mineral de descarte acumulado por decenas de aos de operacin minera, fue lo que impulso a los investigadores a buscar nuevos procesos ms baratos y eficientes. Las bacterias lixiviantes permitieron separar minerales de inters de su matriz slida, con lo que se encontraba mezclado, haciendo rentable su procesamiento.La tcnica de oxidacin bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados, se fundamenta en la accin efectiva de la bacteria Thiobacillus Ferrooxidans para oxidar especies reducidas de azufre a sulfatos y para oxidar el ion ferroso a ion frrico.La biolixiviacion, involucra un conjunto de reacciones qumicas, metablicas, enzimticas y no enzimticas, en las cuales el mineral insoluble es oxidado y otros metales de inters son liberados en solucin.

Biolixiviacin:Es el proceso en el cual mediante el uso de microorganismos se incrementa la velocidad de disolucin de ciertos compuestos metlicos de un mineral, concentrado sulfurado o en una matriz soluble o poco soluble. Estos metales disueltos pasan a la fase soluble y son recuperados por otros procesos metalrgicos, y el residuo slido es descartado. La biolixiviacin se puede llevar a cabo de manera directa e indirecta.Los microorganismos que participan en la biolixiviacin 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 cido sulfrico; y el fierro, el cual es precipitado sobre el mineral de descarte, lo que permite lograr una disolucin ms barata y simple.Estos microorganismos, varios de los cuales son auttrofos por ser capaces de sintetizar sus componentes celulares a partir del anhdrido carbnico del aire, son denominados quimiolitoautotrficas por ser bacterias que comen piedras, destacndose entre todos ellos el Acidithiobacillus ferrooxidans, la que fue aislada en 1957 de agua obtenida de filtraciones que presentaba una mina de carbn abandonada en Virginia Oste, Estados Unidos.El nombre de este microorganismo no es por azar, sino que refleja sus caractersticas: Acidithiobacillus, es acidfilo, porque crece en pH cido; es thio, es decir, capaz de oxidar compuestos de azufre; es un bacillus, porque tiene forma de bastn, y ferrooxidans, porque adems puede oxidar el Fierro. Adems, son denominados extremfilos por vivir en condiciones extremas, que son normales en el caso de los minerales: pH cido, altas temperaturas y concentraciones de metales.

Caso de estudio y avance tecnolgico:Las bacterias quimiolitoautotrficas comenzaron a ser utilizadas en Chile en 1970, cuando se comenz a experimentar en Chuquicamata con unos microorganismos capaces de obtener cobre de pilas de ripio que contenan mineral de muy baja ley y que no era posible extraerlo con los mtodos tradicionales. Este fenmeno se estudi en terreno, aislndose y cultivndose estos microorganismos para luego sembrarlos en pilas de ripio, como una forma de mejorar el proceso que se da en forma natural.En esa poca, el Instituto de Investigaciones Tecnolgicas (INTEC) orient sus esfuerzos en caracterizar y seleccionar distintos tipos de microorganismos que habitaban en ambientes naturales propicios a la lixiviacin, como por ejemplo botaderos, aguas que emergan de faenas mineras, etc. Sin embargo, dichas investigaciones se desarrollaron a un ritmo irregular, logrndose recin en 1984 un proyecto a mayor escala con la participacin de universidades, entidades estatales y el apoyo econmico de las Organizacin de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial y del Gobierno de Chile.Este proyecto, denominado Control de procesos biolgicos en la lixiviacin bacteriana del cobre de minerales chilenos, se enfoc en el estudio de la gentica, fisiologa y bioqumica de las bacterias lixiviantes, los mecanismos de interaccin de la bacteria con el mineral y cinticas de biolixiviacin en diferentes condiciones, con el objetivo de modificar algunas caractersticas fisiolgicas de los microorganismos lixiviantes, de manera de hacerlos ms eficientes; y modificar caractersticas ambientales para optimizar el proceso de lixiviacin que realizan estas bacterias.A partir de una serie de experimentos que se desarrollaron en Sudfrica se descubri que si se conservan estas bacterias en agua con un bajo contenido de cido y azufre a una temperatura de unos 75 grados centgrados, en cuatro das pueden convertir el mineral de cobre en una solucin de 30 gramos de cobre puro por cada litro de agua, la cual es luego enviada a una refinera, donde se desarrollan las etapas de extraccin por solventes y de electro-obtencin.Los avances en esta rea han permitido que en la actualidad se generen en Chile alrededor de 450 mil toneladas de cobre a travs de la biolixiviacin en plantas, con un costo de produccin de 850 dlares por tonelada y sin que se produzcan emisiones de polvo, dixido de azufre y arsnico. La cantidad de mineral que se obtiene por medio de bacterias alcanza un precio de venta que se ubica en torno a los 900 millones de dlares.

Los beneficios que pueden entregar estos microorganismos han impulsado un importante desarrollo investigativo en el rea, el cual ya ha dado importantes resultados, como cuando el ao 2004 se descubri una nueva bacteria capaz de bioxidar azufre y hierro, lo cual se produjo en el marco del proyecto de biolixiviacin que lleva a cabo BioSigma S.A., asociacin de Codelco (66,66%) y la empresa japonesa Nipon Minning & Metals Co. Ltd. (33,33%).Junto con descubrir la nueva bacteria y registrarla para obtener la patente respectiva, se trabaj en el secuenciamiento de su genoma, identificando cerca del 95% de su material gentico, incluyendo los genes responsables de acelerar el proceso de biolixiviacin, en especial el que se refiere a la disolucin de la calcopirita, que es la especie mineralgica mayoritaria en los recursos de cobre primario.A nivel internacional son lderes en este campo investigativo el Instituto de Biologa Molecular de Barcelona, el Johannesburg Technology Center, la University of Massachussets Lowel y el Mathematical Bioscience Institute de Ohio, entre otros.En la actualidad, junto con buscar la manera de hacer ms eficiente los procesos de biolixiviacin que realizan estas bacterias mineras, los investigadores han centrado sus esfuerzos en lograr una solucin para uno de los efectos negativos que causa la labor de estos microorganismos: la produccin de cido.En el noroeste de Estados Unidos existen diversas minas de carbn, en donde la presencia de estas bacterias en las aguas que fluyen por grietas y filtraciones ha producido problemas de acidificacin de suelos frtiles, un inconveniente que tal vez ms temprano que tarde pueda ser resuelto gracias a la ingeniera gentica.

Los microorganismos de importancia en la Biolixiviacion son:a) Mesfilos: T. ferrooxidans, T. thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans.b) Termfilos moderados: Sulfobacillus thermosulfidooxidans, TH-1, TH-2, TH-3 y M4.c) Termfilos obligados: Sulfolobus, Acidanus, Metallosphaera y Sulfurococcus.d) Hetertrofos: algas, hongosMecanismos de Biolixiviacin:La lixiviacin bacteriana es aplicable a minerales sulfurados de cobre que corresponden a la zona de enriquecimiento secundario, como calcosina, minerales mixtos de cobre o sulfuros primarios como la calcopirita conocidos como slfuros marginales de baja ley. Para llevar a cabo este tipo de lixiviacin deben existir al menos pequeas cantidades de pirita (FeS), de tal manera de oxidar el Fe del mineral. Mientras ms FeS haya en el mineral, mayor ser el grado de oxidacin del Fe a Fe y mayor la disolucin de cobre y fierro, lograda mediante la presencia de O (presente en el HO, CO y/o aireacin) y bacterias para catalizar la reaccin. Primero se disolvern completamente los minerales sulfurados de cobre como la CuS, CuFeS y al final la FeS (Fe) de lenta disolucinFuncin de las bacterias: Catalizar la reaccin de lixiviacin y la oxidacin de Fe Fe. Sin presencia de bacterias no se acelera la reaccin qumica de disolucin de cobre, y prcticamente se minimiza la oxidacin de Fe a Fe, obtenindose en la solucin slo el ferroso y frrico que se disolvi qumicamente. Este fenmeno es muy similar al que ocurre en la lixiviacin de minerales oxidados de cobre.Mecanismo Indirecto Solucin-Bacteria: Mecanismo que consiste en oxidar el Fe de la solucin a Fe, mediante la presencia bacterias y O. Los iones de H y O se encuentran presentes en el HO.Reaccin Global: 2Fe + O + 2H 2Fe + HO DESAFIO DE LA CALCOPIRITA:En los aos 80 se aplic por primera vez en Chile la tecnologa de extraccin por solvente y electroobtencin (SX/EW), cuya irrupcin signific una revolucin en la produccin del cobre, y en pocos aos lleg a representar un porcentaje importante de la produccin total. Por otra parte, las tecnologas de biolixiviacin han permitido recuperar cobre en minerales de baja ley, incrementando as los recursos disponibles. No obstante las tecnologas de biolixiviacin han sido aplicadas a la industria del cobre desde los aos 80s, su aplicacin solo se ha dado a nivel de sulfuros secundarios, siendo el gran desafo pendiente su aplicacin a escala industrial en los primarios, en particular en la calcopirita.

La calcopirita es una mena de cobre ampliamente distribuida. Del griego khalks, cobre y pyrs, fuego o pirita, literalmente pirita de cobre. Qumicamente es un disulfuro de hierro y azufre metalizado, de la clase 2 segn la clasificacin de Strunz de los minerales.

El sulfuro metlico es oxidado qumicamente por la accin del agente oxidante Fe. La funcin de los microorganismos es regenerar el agente oxidante. Si la oxidacin qumica es completa se obtiene Fe y SO. Cuando es incompleta se generan Fe y S, en cuyo caso la bacteria oxida tambin el azufre elemental S a SO, regenerando al medio HSO. Esta reaccin consume H por lo que se puede producir precipitacin de Fe(OH)Fe + HO Fe(OH) + 3HReaccin que sera 1.000.000 de veces ms rpida que la reaccin en ausencia de bacterias.

Mecanismo Directo Bacteria-Mineral: El Fe de la solucin generado por oxidacin del in ferroso y con presencia de bacteria, acta sobre la superficie del mineral alojndose all estas bacterias, generndose as la disolucin de cobre (Cu) y fierro (Fe). Luego este Fe en solucin proveniente de la pirita se oxida a Fe y se acelera por la accin bacteriana alojada en la superficie del mineral. Fenmeno cclico de disolucin de fierro (Fe) y de oxidacin a frrico (Fe). La bacteria est en contacto directo con la superficie del mineral, promoviendo la oxidacin del azufre de los sulfuros metlicos a sulfatos. La oxidacin proporciona la energa para el crecimiento de las bacterias.

Las bacterias se adhieren al slido, generando un biofilm, luego comienzan a disolver directamente el sulfuro o el S elemental, Este mecanismo slo lo ejercen las bacterias capaces de oxidar compuestos reducidos de S. MS + 2O MSO 2S + 3O + 2HO 2HSO Reacciones parciales: Se genera Cu y S que queda en la superficie del mineral. El S elemental se oxida a SO, y posteriormente genera HSO. Se genera Fe a partir de la oxidacin del Fe de la pirita.CuFeS = Fe + Cu + 2S+ 4e-S + 3/2 O2 + HO = 2H + SOFe + O + H = Fe + HO Mecanismo mixto: Es la combinacin de ambos mecanismos; es decir, un ataque directo e indirecto al mineral por uno o varios microorganismos activos. Tambin es conocido como lixiviacin cooperativa.

Es importante tener en claro que todo mineral sulfurado se puede lixiviar qumica o bacterialmente, lo importante es saber qu condiciones deben existir y si econmicamente rentable. Todo azufre contenido en los sulfuros de cobre o fierro puede generar cido sulfrico por oxidacin.La innovacin es la consigna: Los costos y la eficiencia son el leit motiv de la innovacin en hidrometalurgia. El uso de agua de mar para lixiviacin surge como uno de los cambios ms importantes, ante el aumento en el precio del cido sulfrico y la escasez hdrica.La lixiviacin con cloruro y agentes biolgicos; reactores y circuitos ms eficientes para la extraccin por solventes, y la cosecha de ctodos tubulares en vez de planos, son algunas de las tendencias e innovaciones tecnolgicas recientes que han impactado positivamente en la productividad, costos y eficiencia energtica de la minera local.As lo sealan diversos especialistas en hidrometalurgia aplicada a la minera del cobre. Una tecnologa que tuvo su puntapi inicial en Chile, cuando Minera Pudahuel evalu la lixiviacin TL de los autores Holmes and Narver (Estados Unidos, 1980) referida a la lixiviacin en pilas de pequea altura. Antes la moda era el mtodo de concentracin, tambin conocido como lixiviacin en batea, bastante menos eficiente a grandes volmenes. Se intent aplicar en Chuquicamata, pero al utilizar reactores y un proceso de agitacin, impeda procesar a gran escala, lo que implicaba grados de eficiencia inferiores, comenta lvaro Videla, profesor e investigador del Departamento de Minera de la Pontificia Universidad Catlica de Chile.Como tal, la hidrometalurgia parti con la extraccin por solventes a partir de oximas, tcnica introducida a comienzos de los aos sesenta. Esta provena de la SX para Uranio desarrollada en la Segunda Guerra Mundial, en lo que se conoci como Proyecto Manhattan. La existencia de la SX para cobre propici el desarrollo de nuevas tecnologas de lixiviacin, entre las que destaca el Curado cido, patentado por Codelco y CIMM en el ao 1978 y que hoy en da es una operacin universal en la lixiviacin moderna, recuerda el Dr. Jorge Menacho, consultor y gerente general de la empresa De Re Metallica Ingeniera SpA (DRM).A nivel de lixiviacin, otros avances para incrementar la eficiencia consisten en tecnologas para la instrumentalizacin y monitoreo de la calidad del riego en pilas, Esto incluye sistemas para control de homogeneidad de riego en pilas va instrumentacin, sistemas dedicados de monitoreo de temperatura y dispositivos inalmbricos, detalla Francisco Arriagada, especialista metalrgico de la empresa Arcadis.

Caractersticas de los microorganismos utilizados: Las bacterias que intervienen en los procesos de lixiviacin son generalmente auttrofas, aerbicas y quimiosintticas. Esta ltima caracterstica, las hace capaces de oxidar minerales para producir el in frrico y cido sulfrico, necesarios para las reacciones de biolixiviacin. El in frrico, es un agente fuertemente oxidante, que permite oxidar los minerales de sulfuro de cobre a sulfato de cobre que es soluble. Debido a esto, tambin se les llama microorganismos sulfo y ferro-oxidantes. Su capacidad auttrofa les permite sintetizar sus componentes celulares a partir descompuestos inorgnicos, como la fijacin del CO de la atmsfera. Se alimentan de los minerales de los que obtienen energa y realizan esta tarea como parte de sus procesos metablicos. Tambin se caracterizan por ser organismos que viven en condiciones extremas (extremfilos), en este caso, las normales de los minerales: pH cido y altas concentraciones de metales.Todas estas caractersticas les confieren la clasificacin de bacterias y arqueas quimilitoautotrficas ferro-sulfo oxidantes. Uno de sus principales exponentes es la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, aislada por primera vez desde las aguas de una mina de carbn, cuyo descubrimiento se dio a conocer en 1947 (Colmer, A.R. y Hinkle, M.E, 1947). As fue como se encontr la primera bacteria identificada capaz de lixiviar el cobre. La Acidithiobacillus ferrooxidans, ha sido la bacteria ms estudiada para biolixiviacin y por consiguiente de la que existe mayor informacin, sin embargo existen otros microorganismos identificados que solubilizan minerales sulfurados, como los que se encuentran en la Tabla 1 del Anexo, donde se entrega una lista de microorganismos reconocidos con importancia comercial en operaciones biohidrometalrgicas como tambin aquellas que nicamente pueden ser exploradas en pruebas de laboratorio pero que parecen ser prometedoras a futuro.

Factores que afectan el desarrollo bacteriano: El papel que juegan los factores ambientales, biolgicos y fisicoqumicos, sobre el crecimiento y desarrollo de las bacterias es fundamental en el rendimiento de la extraccin de metales por biolixiviacin. El control de estos factores es muy importante para asegurar las condiciones ptimas de pH, humedad, temperatura, nutrientes, fuentes de energa que deben existir junto con la ausencia de inhibidores, que permitan obtener el mximo rendimiento.Los factores que influyen en la respuesta de los microorganismos encargados de la biolixiviacin segn Pradhan et al. (2008) y el ITGE (1991) son:PH: Son bacterias acidfilo, es decir crecen en medios cidos, siendo incapaces de desarrollarse a un pH mayor de 3.0. El pH define que especies de bacterias se desarrollarn en el medio.Oxgeno y dixido de carbono: Como la mayora de las bacterias lixiviantes en la naturaleza son aerbicas, necesitan un ambiente con oxgeno para sobrevivir. El aire aporta el oxgeno (O) y dixido de carbono (CO) necesarios para la lixiviacin, por lo que es importante asegurar la aireacin independiente de la tecnologa utilizada. El oxgeno es utilizado como oxidante por los microorganismos en ambientes de lixiviacin. El dixido de carbono es utilizado como fuente de carbono para la fabricacin de su arquitectura celular o generacin de biomasa.Nutrientes: como todos los seres vivos estos microorganismos requieren de fuentes nutricionales para su ptimo desarrollo, que pueden obtener del mismo mineral, como amonio, fosfato, azufre, iones metlicos (como Mg), etc. El magnesio, es necesario para la fijacin de CO y el fsforo es requerido para el metabolismo energtico.Fuente de Energa: los microorganismos utilizan como fuente primaria de energa el ion ferroso y el azufre inorgnico. En la lixiviacin de mineral el in ferroso (Fe) es producido biolgicamente, por ello no es necesario aadirlo.Luz: la luz visible y la no filtrada tienen un efecto inhibitorio sobre algunas especies de bacterias, pero el hierro ofrece alguna proteccin a los rayos visibles.Temperatura: Los microorganismos se clasifican segn el rango de temperatura en el cual pueden sobrevivir. As las Mesfilos sobreviven en un rango ptimo de 30-40C, las moderadamente termfilas a una temperatura cercana a los 50C, y las extremadamente termfilas sobre los 65C. Si la temperatura del medio en que se encuentren los microorganismos es menor a 5C, se vuelven inactivos volviendo a cumplir su funcin si aumenta la temperatura, pero si la temperatura del medio sobrepasa el ptimo, los microorganismos se mueren.Es importante considerar que la reaccin de oxidacin de los minerales sulfurados es exotrmica, es decir libera calor al medio lo que produce el aumento de la temperatura. La posibilidad de controlar la temperatura depender del diseo de la tecnologa de biolixiviacin ocupada, por ejemplo sera ms difcil el control en una pila que un tanque agitado.Presencia de Inhibidores: durante el proceso de biolixiviacin, se van acumulando metales pesados como zinc, arsnico y hierro en la solucin de lixiviacin, y en ciertas concentraciones resultan txicos para los microorganismos. Estas concentraciones txicas se pueden disminuir al diluir la solucin lixiviante.Potencial redox (Eh): La oxidacin de las especies reducidas depende del movimiento o transferencia de electrones, por lo tanto influye en el metabolismo de la bacteria. De esta manera, la medida del potencial es un indicador de la actividad microbiana, mientras mayor sea el potencial medido, mayor ser la actividad microbiana. El potencial ptimo es de 600 a 800 mV (miliVolt).Tamao de partcula: a menor tamao de la partcula de mineral, mayor es el rea de contacto que tiene el microorganismo, haciendo ms efectiva la lixiviacin.

Tipos de Biolixiviacin:Las diferencias entre las tecnologas de biolixiviacin dependen del lugar de aplicacin, la metodologa ocupada, la ley de cobre y el tamao de partcula del mineral, principalmente. Una categorizacin amplia segn Brierley (2008), es la separacin de las tecnologas segn el mtodo en que se basan para hacer la lixiviacin. En este como los procesos de lixiviacin basados en el riego y los basados en la agitacin. Biolixiviacin en pilas: Esta tecnologa se puede procesar material recin extrado de la mina y mineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios y primarios. La extraccin de cobre desde minerales secundarios de cobre, como la calcocita (CuS) y la covelina (CuS), por biolixiviacin en pila es ampliamente practicada en todo el mundo. Generalmente las pilas se construyen con material previamente chancado, de 19mm o menos, que es llevado por correas transportadoras al rea o patio de acopio, lugar donde se forma la pila. En el trayecto el mineral es curado, irrigado con una solucin de cido sulfrico concentrado o puede ser previamente aglomerado en tambores rotativos con agua acidificada para acondicionar el mineral a los microorganismos y tambin para fijar las partculas finas a las partculas ms grandes de mineral. Luego el mineral es apilado en las reas o canchas de acopio que estn especialmente diseadas. Los patios son revestidos con polietileno de alta densidad (HDPE) y se instala sistema de drenaje con tuberas de plstico perforadas, que permiten capturar la solucin lixiviada desde la base. Tambin se instala una red de lneas de aire de plstico perforado, mediante la cual el aire es forzado por ventiladores externos a la pila, lo que asegura la disponibilidad de aire a los microorganismos. Una vez preparada la base, el mineral se apila ordenadamente con apiladores automatizados, formando un terrapln o pila de 6-8 m de altura. Las pilas pueden ser dinmicas si despus de la lixiviacin, el mineral se remueve para enviarlo al botadero y la base de la pila se reutiliza; o pilas permanentes si las nuevas pilas se cargan sobre las anteriores. El sistema de pilas permanentes permite no trasladar el material ya lixiviado a un botadero final, ya que el rea de lixiviacin se convierte en botadero al terminar los ciclos de riego. Sobre la pila se instala un sistema de riego por goteo o aspersores los que riegan la pila con una solucin de cido sulfrico, agua y microorganismos. Los microorganismos crecen naturalmente en la pila pero a objeto de mejorar el rendimiento de la operacin, es que en una etapa previa de laboratorio se aslan los microorganismos ms adecuados a las condiciones existentes en la pila y se hacen crecer para luego introducirlos en el mineral o inocular, sembrndolos mediante aspersores. La solucin cida que se infiltra a travs de la pila va disolviendo el cobre contenido en los minerales sulfurados, formando una solucin de sulfato de cobre (CuSO) que es recogida por el sistema de drenaje, y llevada fuera del sector de las pilas en canaletas impermeabilizadas hasta la planta de extraccin por solvente. Aqu se recupera el cobre de la solucin para luego formar los ctodos en la etapa de electroobtencin, y el cido es refinado y recirculado para el riego de las pilas. Se estima que para lograr un mximo de recuperacin de cobre de 80-90% se requieren de 250-350 das de biolixiviacin. Las principales ventajas de la biolixiviacin en pila son el bajo capital y costos de operacin, la ausencia de emisiones txicas y la minimizacin o la completa eliminacin de cualquier descarga de agua porque se reciclan todas las soluciones. Biolixiviacin en botaderos:Con esta tecnologa se procesa lastre, minerales de baja ley de cobre (menor a 0,5 %), mineral recin extrados de la mina, sulfuros secundarios y primarios. Como el contenido de cobre en estos minerales es tan mnimo como para cubrir los costos de la flotacin y fundicin, 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 solucin de cido sulfrico y agua. Los microorganismos crecen naturalmente dado que se dan las condiciones ptimas para su crecimiento. Debido al gran tamao de las partculas de mineral, el rea de contacto entre microorganismo-mineral disminuye, y sumado a una baja aireacin, pues no se instalan lneas de aire, la accin microbiana disminuye afectando la eficiencia del proceso. Es por ello que la biolixiviacin de cobre en los botaderos se mide en dcadas, debido a la baja tecnologa aqu aplicada. Sin embargo, por esto ltimo es un mtodo muy econmico. Los minerales son lixiviados donde fueron colocados para su eliminacin, y desde la base la solucin de lixiviacin es dirigida a los procesos de extraccin con solvente y electroobtencin para la posterior produccin de ctodos de cobre. Al igual que la biolixiviacin en pilas, el cido tambin es refinado y recirculado a la parte superior del botadero. Biolixiviacin in situ: La biolixiviacin in situ, trata el mineral en la mina, previa fractura de esta por tronadura permitiendo a la solucin fluir libremente. Este mtodo se aplica a minas abandonadas y minas subterrneas, donde los depsitos de mineral no pueden ser extrados por los mtodos convencionales, por ser minerales de baja ley o de pequeos depsitos o ambos, siendo no rentable su extraccin. Por las implicancias ambientales que conlleva la utilizacin de soluciones acidas en un rea de suelo no impermeabilizado, es que su aplicacin es mnima. Biolixiviacin 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 operacin asociados con esta tecnologa. Los minerales son depositados en un tanque de acero inoxidable de gran tamao, equipado con agitadores mecanizados y con la introduccin de aire por ventiladores, lo que asegura la disponibilidad de oxgeno y dixido de carbono para los microorganismos.Es necesario inocular estos reactores con los microorganismos, para lograr la biolixiviacin que opera en un proceso continuo.

El ritmo del progreso:A nivel de industria, es unnime que la innovacin en la minera es lenta. Aunque hay muchos avances en aspectos especficos, los cambios transformadores han sido escasos. Sobre todo en yacimientos consolidados, debido al alto costo que implica reemplazar sistemas operativos y probados.En la mayora de los casos, las mineras internacionales de mayor tamao cuentan con polticas de desarrollo e innovacin. En el caso de Codelco, existen reas destinadas a este tema, as como unidades especficas como BioSigma e IM2.Ventajas y desventajas:El uso de estas especies de bacterias a nivel industrial est asociado directamente a su capacidad de crecimiento en medio cido (carcter acidfilo), a los escasos requerimientos de nutrientes e infraestructura necesarios, debido a que no requieren fuentes orgnicas de energa ni mantenimiento de temperaturas elevadas. Otras ventajas de la tecnologa microbiana sobre los mtodos convencionales son:- Requiere poca inversin de capital, ya que las bacterias pueden ser aisladas a partir de aguas cidas de minas.- Presenta bajos costos en las operaciones bio-hidrometalrgicas, en comparacin con los procesos convencionales.- No se emiten gases ni polvo, lo que produce un impacto ambiental varias veces inferior a la tecnologa clsica de pirometalurgia, que genera emisiones con altos contenidos de dixido de azufre (SO) y arsnico (As), por el tratamiento de sulfuros en fundiciones.- Permite ahorrar en tecnologa de abatimiento, como sistemas o chimeneas de alto costo, al bajar los ndices de azufre y arsnico asociados a hornos de fundicin.- Permite el tratamiento de los recursos y reservas crecientes de minerales con baja ley. - Se pueden tratar concentrados que contengan altos niveles de metales con efectos negativos para la fundicin de cobre como de zinc.- La accin de las bacterias permite lixiviar los minerales sulfurados a temperatura y presin ambiente en la presencia de oxgeno, obtenido del aire.- Durante el proceso se genera parte del cido y el calor requeridos en la lixiviacin. El cido se genera como producto de las reacciones de oxidacin y el calor se libera por la oxidacin de la pirita, a veces presente en la matriz de mineral, lo que aumenta cerca de 7C la temperatura en el medio.- Los microorganismos crecen y se reproducen sin la necesidad de adicionar una fuente de carbono, pues la obtienen del dixido de carbono del aire.Entre las desventajas propias de la tecnologa aplicada son los impactos ambientales que esto genera, reflejado en la alta produccin de cido por parte de las bacterias (en particular contaminando fuentes de aguas subterrneas). Este hecho, junto con la bsqueda por hacer ms eficientes los procesos de biolixiviacin, ha impulsado la bsqueda de soluciones a nivel gentico de la bacteria.- A bajas temperaturas la accin de las bacterias disminuye y con ello la recuperacin de cobre. Sera necesario invertir en un sistema que pueda aumentar la temperatura en la matriz de mineral, para garantizar recuperaciones mayores de cobre.- Los tiempos para una recuperacin significativa de cobre, son ms largos para metodologas menos controladas, como la biolixiviacin en botaderos.- Es importante controlar variables como la temperatura, aireacin, pH, tamao de partculas, para asegurar las condiciones ptimas de funcionamiento de las bacterias, pero esto resulta difcil en metodologas de mayor envergadura como los botaderos y las pilas.

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ASESORIAS Y SERVICIOS UNIVERSITARIOS

Aplicacin de la biolixiviacin: La biolixiviacin en Chile comenz a experimentarse en Chuquicamata de la Divisin Norte de Codelco, II Regin a comienzos de los 70 en pilas de ripio de mineral de ley marginal, desde donde era posible recuperar cobre mediante unas bacterias. Del estudio en terreno, se lograron aislar y hacer cultivos de estas bacterias, para posteriormente esparcirlas en solucin sobre la pila de mineral, potenciando el proceso de biolixiviacin que se daba por las bacterias naturalmente presentes (CIMM, 2005). En 1986 se inici la aplicacin comercial de la biolixiviacin a minerales sulfurados remanentes de la lixiviacin primaria de minerales oxidados y mixtos de cobre, en la mina Lo Aguirre de la Sociedad Minera Pudahuel Ltda. Ubicada en la Regin Metropolitana. Al comienzo de sus operaciones, los minerales oxidados y mixtos de cobre caracterizaban el yacimiento de la mina, pero paulatinamente comenz a disminuir el contenido de xidos del mineral recin extrado, hasta que en 1987 ste era tan bajo que desde ese mismo ao, se comenz a aplicar la biolixiviacin ya no como una lixiviacin secundaria, sino como la nica alternativa de lixiviacin para los minerales extrados por la minera, por tener un alto contenido de sulfuros de cobre. La mina se clausur en 1996 debido al agotamiento del yacimiento. Luego en los aos 1993 y 1994 nacen 2 proyectos mineros en la I Regin: Cerro Colorado y Quebrada Blanca respectivamente, con ellos se impuso el desafo de implementar la biolixiviacin en condiciones adversas de altura geogrfica y de temperatura ambiente. (Domic E., 2001). La planta Cerro Colorado, de BHPBilliton, desde un principio fue diseada para realizar biolixiviacin de minerales oxidados y sulfurados, compuestos principalmente de crisocola y calcosina respectivamente. El proceso de produccin en Cerro Colorado incluye la extraccin de mineral a rajo abierto, chancado, aglomeracin, lixiviacin en pilas dinmicas, extraccin por solventes y electro-obtencin, as el mineral sulfurado se disuelve por accin bacterial y el mineral oxidado por la accin de la solucin acida. (Minerga, 2006)

La planta Quebrada Blanca, inici sus operaciones para la biolixiviacin de sulfuros secundarios de cobre, siendo calcosina mayoritariamente. Su proceso de produccin incluye las mismas etapas que se hacen en Cerro Colorado, pero para hacer la aglomeracin y el riego de pilas las soluciones se calientan con el objetivo de aumentar la temperatura de las pilas, que se ve favorecida con las cubiertas de plstico. Para seguir cumpliendo con las metas de produccin, en el ao 2003 incorporaron la lixiviacin en botaderos, que aporta con el 25% de la produccin por biolixiviacin (Hydro Copper, 2007). La factibilidad tcnica y econmica del proceso de biolixiviacin fue un tema importante de probar en el ao 1997, a raz de esto Codelco y BHPBilliton se unieron en una alianza estratgica join venture- y formaron una sociedad constituida en partes iguales llamada Alliance Copper Limited, ACL. Codelco aport con su experiencia en extraccin con solvente y electroobtencin, mientras que BHPBilliton contribuy con su conocimiento en la tecnologa de biolixiviacin con marca BioCop, de concentrados de cobre en tanques agitados. Esta alianza permiti tener en operacin una planta piloto en la divisin Chuquicamata durante 4 aos, tiempo en el cual los estudios realizados permitieron validar la tecnologa (Codelco, 2002). El principal logro fue encontrar una solucin a la explotacin de yacimientos con un alto contenido de arsnico, pues esta tecnologa deja el arsnico en una especie estable como para ser dispuesto como relave (Minera Chilena, 2005). Con la tecnologa probada, el paso siguiente fue la creacin de una planta prototipo de biolixiviacin con una capacidad de produccin de 20.000 toneladas de ctodos por ao, la que obtuvo la resolucin de calificacin ambiental favorable por parte de la Corema- II Regin, el 2005. El prximo objetivo era la creacin de una planta a escala industrial, con capacidad de 100 a 150 mil toneladas de ctodos de cobre por ao, para el procesamiento de concentrados de la mina ministro Alejandro Hales (ex Mansa Mina). El ao 2006 se disolvi la alianza ACL y Codelco compr las acciones a BHP Billiton, por lo que la empresa pas a llamarse EcoMetales Limited. Como la tecnologa BioCOP est patentada por BHP, en la venta se retir la licencia BioCOP, los equipos y tecnologas asociados a este proceso, quedndose Codelco con los dems activos de la planta, los que poda emplear para desarrollar otros procesos distintos a BioCOP, tecnologa que segn el acuerdo de fin de la alianza, no podra ser utilizada por Codelco hasta el ao 2016. Actualmente EcoMetales procesa polvos de fundicin de las fundiciones Chuquicamata y Ventanas (EcoMetales, 2009). En un esfuerzo del Gobierno de Chile por implementar la biotecnologa en los sectores econmicos claves como la minera, nace el programa Genoma Chile el ao 2001 para financiar parte de los proyectos de investigacin presentados en este contexto. En este marco se crea BioSigma S.A, una alianza estratgica join venture- entre Codelco (66,7%) y Nippon Mining & Metals Co., Ltd (33,3 %), que comenz sus actividades el 2002. En el programa de biominera de Genoma Chile que contribuy con US$ 2 millones, esta alianza realiz un proyecto de investigacin de biolixiviacin que abarcaba desde su optimizacin hasta estudios genticos de los microorganismos involucrados. Uno de los resultados obtenidos de la investigacin hasta el 2006, fue el aislamiento, secuenciamiento e identificacin del genoma de 3 bacterias altamente eficientes en la oxidacin de hierro y azufre de los minerales de cobre, lo que optimiza los tiempos para la recuperacin de cobre. Estas bacterias fueron bautizadas con nombres del mapudungn Wenelen (pionera) recientemente patentada, Licanantay (la atacamea) y Yagan (la fueguina), estas ltimas en espera de sus patentes. (Portal Minero, 2009. BioSigma S.A., no slo ha desarrollado avances importantes a nivel de la investigacin de laboratorio. En conjunto con CODELCO, ha venido desarrollando en los ltimos dos aos una aplicacin piloto en la Divisin Andina para el tratamiento de una pila de 50.000 ton. de mineral de baja ley (95% de calcopirita), alcanzando con la tecnologa aplicada por BioSigma tasas de recuperacin de hasta un 35% de cobre. Los exitosos resultados en la planta piloto, han validado la tecnologa aplicada, y que en la actualidad se apresta a un desarrollo a escala industrial. En esa lnea, se espera para el 2010 la puesta en marcha de una aplicacin a gran escala, sobre una pila de ms de 20 millones de toneladas de minerales mixtos (oxidos y sufuros secundarios y primarios, en particular calcopirita), lo que significar un aumento en la produccin anual del orden del 10% al 20%. Por otra parte, la minera Escondida, con BHPBilliton como dueo mayoritario, ha implementado el proceso de biolixiviacin en sus instalaciones. Esta minera produjo el primer ctodo de cobre mediante biolixiviacin en pilas el ao 2006, y tiene una produccin estimada de 180.000 toneladas de ctodos anuales. Durante los aos de operacin, Escondida y Escondida Norte han acumulado 1.500 millones de toneladas de mineral sulfurado de baja ley, con lo que se estima una vida til de 20 aos para el nuevo proyecto de biolixiviacin, que necesit una inversin de US$ 870 millones que considera adems la construccin de una nueva planta de electroobtencin, una planta desalinizadora de agua de mar y el tendido de caeras para transportar el agua obtenida a la planta de biolixiviacin (Minera Escondida, 2006). Un aporte importante en materia de investigacin asociada a los procesos de la minera Escondida, ha estado a cargo del Centro de Biotecnologa de la Universidad Catlica del Norte, quienes en asociacin con Escondida, y con varios proyectos pblicos concursados, desarrollan investigacin en las pilas de materiales de baja ley.

Produccin de cobre en Chile bajo tecnologa de Biolixiviacin:

Conclusin de las bacterias:La biolixiviacin tiene, ante todo, un objetivo de creacin de riqueza. Permite aumentar las tasas de recuperacin del mineral, por tanto, hacer ms rentable un determinado proceso.No obstante, la implementacin de una nueva tecnologa conlleva un alto grado de incertidumbre, asociado a la falta de informacin y prctica en las operaciones. Es claro que mientras ms difundida sea la tecnologa y su aplicacin, las barreras de acceso a stas debiesen disminuir as como el riesgo percibido por la empresa de su aplicacin.Adems de las limitaciones establecidas por el propio inversionista, existen las limitaciones asociadas al mercado como el aumento del costo energtico para el funcionamiento de los equipos, la disminucin gradual de la ley de mineral, y la creciente demanda ambiental, que establece regulaciones ms exigentes para los nuevos proyectos y mayor fiscalizacin para los que ya estn en operacin (Lawrence. R. W., 1995). El mercado y la demanda ambiental establecen limitaciones a las tecnologas convencionales, y por lo tanto exigen nuevas tecnologas ms eficientes, econmicas y ambientalmente limpias.El desafo entonces es aumentar la aplicacin comercial, en base a que existen investigaciones cientficas tanto internacionales como nacionales, hace dcadas, que avalan la tecnologa de biolixiviacin, adems de estudios en plantas pilotos a escala industrial para probar la factibilidad tcnica y econmica del proceso, dando excelentes resultados.Para que la aplicacin comercial e industrial de una nueva tecnologa sea exitosa, debe basarse en un desarrollo sustentable que involucra lo econmico, ambiental y social. De esta manera los desafos en materia de aplicacin de las tecnologas de biolixiviacin apuntan a: mejorar la eficiencia de su aplicacin, por ejemplo mediante el manejo gentico de los microorganismos involucrados para aumentar las tasas de recuperacin de cobre; realizar una explotacin racional de los recursos, para asegurar su disponibilidad futura; reutilizar materiales de baja ley que se haban dispuesto como lastre para disminuir la explotacin de mineral fresco; lograr una eficiencia en los insumos mediante su recirculacin, o la utilizacin de agua de mar; minimizar los impactos ambientales preocupndose por ejemplo que el material que es dispuesto en botaderos, o como relaves quede con especies qumicamente estables, como el caso del arsnico.El rol del Estado se ha limitado a implementar programas para incentivar la biotecnologa en la minera, como el programa Genoma, mediante un financiamiento parcial de los proyectos. El desafo es mejorar la participacin del Estado, en particular, en el fomento al desarrollo y la investigacin en esta materia. La tecnologa de la Biolixiviacin es clave para el aumento de la eficiencia de las operaciones, y por tanto en incremento de las riquezas del pas.En este sentido, y dada la importancia de la minera del cobre en el pas, se tienen altas ventajas comparativas en el desarrollo de la investigacin asociada a estas tecnologas, y el Estado debiese cumplir un rol clave, ya sea en el fomento de stas investigaciones, y tambin en la generacin de los incentivos que permitan atraer capitales para el desarrollo local de la investigacin en esta materia.