BIOLIXIVIACIÓN DEL COBRE

UNIVERSIDAD NACIONAL JÓSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN

E.A.P. INGENIERÍA AMBIENTAL

DOCENTE: Dr. Huberto Noriega CordovaASIGNATURA: Biotecnolgía Ambiental CICLO: VII

Integrantes:• ANGELES MEJIA, Dunia• AYALA MAURICIO, Evelyn• CHAVEZ SOTO, Dunker• GONZÁLES MEJÍA, Thalía• MAMANI RAMIREZ, Franco• RODIGUEZ MINAYA Jhomira• SANDON TORRES, Esteban

INTRODUCCIÓN

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

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).

A B

APLICACIÓN DE LA BIOLIXIVIACIÓN

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 pretratamiento como en el caso de calcopirita o arsenopirita, microorganismos son usados comercialmente para la extracción de cobre por medio de biolixiviación.

¿CÓMO ESTA ESTRUCTURADA LA

PIRITA?

CARÁCTERÍSTICAS ESTRUCTURA

53,48% de azufre y un 46,52% de hierro.

USO

Color: Amarillo latón.

Raya:   Gris o pardo negra.

Brillo:   

Metálico.

Dureza: 

6 a 6.5

Densidad:  

5.02 g/cm3

Óptica: 

Opaco. Color crema amarillento.

Otras: Fácilmente se limonitiza. Es el sulfuro más duro, paramagnético y termómetro geológico.

PROP. FISICAS

Empleo:       La pirita suele tener asociada oro y cobre. Directamente se emplea para extraer azufre para producción de ácido sulfúrico y sulfato ferroso.

¿CÓMO ESTA ESTRUCTURADA LA

CALCOPIRITA?

CARÁCTERÍSTICAS ESTRUCTURA

* 30.43 %  Fe * 34.63 %  Cu * 34.94 %  S

forma predominante de biesfenoide

Los cristales son pseudotetraedros, corrientemente con recubrimiento de tetraedrita o tenantita.

USO PROP. FISICAS

Empleo: Es la principal minería del cobre con alto rendimiento económico.

Mineral frágil, carente de

exfoliación, con fractura irregular.

La distinguimos de la pirita, de la

que tiene cierto parecido, por: el

hábito cristalino, la pirita es cúbica

y la calcopirita tetragonal; el color,

que es más latón o bronce que el

de la pirita y; por ser de dureza

menor a la pirita.

Tecnologías de Biolixiviación

Las diferencias entre las tecnologías de biolixiviación dependen del lugar de aplicación, la metodología ocupada, la ley de cobre y el tamaño de partícula del mineral, principalmente. Una categorización amplia según Brierley (2008), es la separación de las tecnologías según el método en que se basan para hacer la lixiviación. En este como losprocesos de lixiviación basados en el riego y los basados en la gitación.

Uzbekistan

Chile

Indonesia

New Zealand

South Africa

Zimbabwe

Zambia

Uganda

Ghana

Peru

Brazil

Australia

US

Canada

Russia

China

DRC

Botswana

Iran

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

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.

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA MICROBIANA

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

• 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.

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

CANTIDAD QUE SE REQUIERE DE H2SO4

Lixiviacion en tanqueLixiviación en pilas

TIPO DE LIXIVIACION [H2SO4]

Lixiviación in situ, terreros 0.01 a 0.05 m3

Lixiviación en pilas0.1 a 0.5 m3 de lixiviante por día/m2 de

superficie horizontal

Lixiviación en tanque de menas de cobre oxidadas

50 a 100 kg de H2SO4/m3

Lixiviación por agitación de concentrados oxidados

50 a 100 kg de H2SO4/m3

bacterias 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.

𝑀𝑆 (𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜 )+2𝑂2→𝑀 2+¿ (𝑎𝑐 ) +𝑆𝑂4

2 − (𝑎𝑐 ) ¿

Estos electrones forman una especie de batería dentro de la bacteria, creando una diferencia de potencial que genera energía.

¿CÓMO ACTÚAN?

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

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

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.

𝑀𝑆 (𝑠)+2𝐹𝑒3+¿→𝑀2 +¿ (𝑎𝑐 )+𝑆+2𝐹𝑒 2+ ¿ ¿¿ ¿

La Acidithiobacillus ferrooxidans, ha sido la bacteria más estudiada para biolixiviación .

¿CÓMO SE PRODUCE LA BIOLIXIVIACIÓN DE SULFUROS DE COBRE?

ESTRELLA SANTOS, Maribel Alicia

Los 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

.

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.

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 pH define que especies de bacterias se desarrollarán en el medio

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

pH

Oxígeno y dióxido de carbono

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

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

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 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.

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

Temperatura

Luz

RECUPERACION DEL ACIDO SULFURICOSiempre

es necesari

o recupera

r la mayor

cantidad posible de acido para un

posterior uso,

favoreciendo así

una reducción en los costos..

BIOLIXIVIACIÓN EN PILASGeneralmente las pilas se construyen

con material previamente

chancado, de 19mm o menos, que es

llevado por correas transportadoras al

área o patio de acopio, lugar donde

se forma la pila

En el trayecto el mineral es

curado, irrigado con una solución

de acido sulfúrico

concentrado o puede ser

previamente aglomerado en

tambores rotativos con

agua acidificada para

acondicionar el mineral a los

microorganismos

BIOLIXIVIACIÓN EN PILASLuego el mineral es apilado en las áreas o canchas de acopio que

están especialmente diseñadas. Los

patios son revestidos con polietileno de alta densidad se instala

sistema de drenaje con tuberías de plástico perforadas, que permiten capturar la solución lixiviada desde la base.

MECANISMO DE BIOLIXIVIACION

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) .

c. EL ATAQUE POR CONTACTO

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.

MECANISMO DIRECTO

Esquema del mecanismo directo de biolixiviación.) 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.

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. 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

¿CÓMO FABRICA SU ATP EL MICROBIO?

EXTERIOR

INTERIOR

•Gobierna el acido concentrado con pH 2.0•Existen gran densidad de p+ libres

MEMBRANANo permite el ingreso libre de

p+

•Se encuentra con un pH 6.5•Existen poca densidad de p+ libres

Hibrido, controla el paso de p+

Este movimiento genera energía química llamada ATP

Las bacterias comen electrones, los cuales son atraídos por los minerales

Estos electrones forman una especie de batería dentro de la bacteria creando una diferencia de potencial que genera energía

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-

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+ ypolisulfuros, 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.

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.

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 .

PROCESOS BASADOS EN EL RIEGO

Biolixiviación en pilas.- Con esta tecnología se puede procesar material recién extraído de la mina y mineral chancado, minerales de ley intermedia, sulfuros secundarios y primarios.

Biolixiviación en botaderos: se procesa lastre19, minerales de baja ley de cobre (menor a 0,5 %), mineral recién extraídos de la mina, sulfuros secundarios y primarios. 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.- 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.

DISEÑO DE UN PROCESO DE LIXIVIACIÓN.

Considera 5 factores:

Elección del agente lixiviante (solvente), “Depende de la estructura química del material En metalurgia, normalmente son soluciones acuosas”.Tipo de proceso químico a usar ,

Tipo de operación físico a emplear ,

Elección del equipo de lixiviación industrial,

Recuperación del metal disuelto

Parámetros a considerar:

Solubilidad del metal.Selectividad hacia metal de interés, f (pH) (baja en general) Propiedades Físicas . Tensión superficial: a < > humectación sólida .. Viscosidad : a < > eficiencia ... Bajo P.Eb (ºC) si se recupera por destilación Estabilidad Térmica : evita pérdidas por degradación.

Peligrosidad: toxicidad, inflamabilidad, no explosivo.

Costo: recicladas son mejores, por costo y riesgos ambientales.

¿Cuánto se puede recuperar de cobre por lixiviación?Variables del proceso

Las principales variables son:• La granulometría• La altura de la pila• La tasa de riego [l/h.m2] o [l/h.T]• La concentración en ácido de la

solución de riego• El tiempo de lixiviación

Todos estos factores están relacionados

entre sí.

Por ejemplo, si se aumenta la altura de la pila, la concentración en ácido del primer

metro es buena, pero baja a medida que la solución percola en la pila y el cobre de los estratos inferiores no

se lixivia bien.

Datos•Capacidad de la planta: 48000 tCu/año = 4000 tCu/mes = 133 tCu/día

•Ley del mineral:0.95 % CuT(0.80% Cu soluble + 0.15% Cu insoluble)

•Fierro: 5%

•Consumo de ácido: 3.5 kg

ácido/kg Cu producido•Recuperación en la pila: 80% CuT en 2

meses (le da las pruebas piloto) •Granulometría: 100% < 3/8"

•Altura de la pila: 5 m (parámetro

de diseño)•Densidad aparente del mineral en la pila: 1.45 t/m3 (material chancado)

Diseño de las pilas

Capacidad de la planta de chancado

Se recupera 80% x 9.5 kg Cu/TMS =

7.6 kg Cu/TMS (TMS = Tonelada Métrica

Seca).

Entonces, se tiene que procesar

Superficie de terreno

Planta recuperación:

80 %

Mineral 17500

TMS/día 0.95 %de

Cu

A botadero

17367TMS/día

133TMCu/día

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.

RESUMEN

CONCLUSIONES• 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.