La biolixiviación es la extracción o liberación de metales de sus minerales mediante el uso de organismos vivos . La biolixiviación es una de las diversas aplicaciones dentro de la biohidrometalurgia y se utilizan varios métodos para tratar minerales o concentrados que contienen cobre , zinc , plomo , arsénico , antimonio , níquel , molibdeno , oro , plata y cobalto .
La biolixiviación se divide en dos grandes categorías. La primera es el uso de microorganismos para oxidar minerales refractarios y liberar metales valiosos como el oro y la plata. Los minerales que más comúnmente son objeto de oxidación son la pirita y la arsenopirita .
La segunda categoría es la lixiviación de minerales de sulfuro para liberar el metal asociado, por ejemplo, la lixiviación de pentlandita para liberar níquel , o la lixiviación de calcocita , covelita o calcopirita para liberar cobre .
La biolixiviación puede involucrar numerosas bacterias oxidantes de hierro ferroso y azufre, incluyendo Acidithiobacillus ferrooxidans (antes conocido como Thiobacillus ferrooxidans ) y Acidithiobacillus thiooxidans (antes conocido como Thiobacillus thiooxidans ). Como principio general, en un método propuesto de lixiviación bacteriana conocido como lixiviación indirecta, se utilizan iones Fe 3+ para oxidar el mineral. Este paso es completamente independiente de los microbios. El papel de las bacterias es la oxidación adicional del mineral, pero también la regeneración del oxidante químico Fe 3+ a partir de Fe 2+ . Por ejemplo, las bacterias catalizan la descomposición del mineral pirita (FeS 2 ) oxidando el azufre y el metal (en este caso hierro ferroso, (Fe 2+ )) utilizando oxígeno . Esto produce productos solubles que pueden purificarse y refinarse aún más para producir el metal deseado. [ cita requerida ]
Lixiviación de pirita (FeS 2 ): En el primer paso, el disulfuro se oxida espontáneamente a tiosulfato por el ion férrico (Fe 3+ ), que a su vez se reduce para dar ion ferroso (Fe 2+ ):
El ion ferroso es luego oxidado por bacterias utilizando oxígeno:
El tiosulfato también es oxidado por bacterias para dar sulfato:
El ion férrico producido en la reacción (2) oxidó más sulfuro que en la reacción (1), cerrando el ciclo y dada la reacción neta:
Los productos netos de la reacción son sulfato ferroso soluble y ácido sulfúrico . [ cita requerida ]
El proceso de oxidación microbiana ocurre en la membrana celular de las bacterias. Los electrones pasan a las células y se utilizan en procesos bioquímicos para producir energía para las bacterias mientras se reduce el oxígeno a agua . La reacción crítica es la oxidación del sulfuro por el hierro férrico. La función principal del paso bacteriano es la regeneración de este reactivo. [ cita requerida ]
El proceso para el cobre es muy similar, pero la eficiencia y la cinética dependen de la mineralogía del cobre. Los minerales más eficientes son los supergénicos, como la calcocita , Cu 2 S y la covelita , CuS. El principal mineral de cobre, la calcopirita (CuFeS 2 ), no se lixivia de manera muy eficiente, por lo que la tecnología dominante para la producción de cobre sigue siendo la flotación, seguida de la fundición y la refinación. La lixiviación del CuFeS 2 sigue las dos etapas de disolución y luego oxidación adicional, con los iones Cu 2+ que quedan en solución. [ cita requerida ]
Lixiviación de calcopirita :
reacción neta:
En general, los sulfuros se oxidan primero a azufre elemental, mientras que los disulfuros se oxidan para dar tiosulfato , y los procesos anteriores se pueden aplicar a otros minerales sulfídicos. La biolixiviación de minerales no sulfídicos como la pechblenda también utiliza hierro férrico como oxidante (por ejemplo, UO 2 + 2 Fe 3+ ==> UO 2 2+ + 2 Fe 2+ ). En este caso, el único propósito del paso bacteriano es la regeneración de Fe 3+ . Se pueden agregar minerales de hierro sulfídicos para acelerar el proceso y proporcionar una fuente de hierro. Se ha logrado la biolixiviación de minerales no sulfídicos mediante la estratificación de sulfuros de desecho y azufre elemental, colonizados por Acidithiobacillus spp., lo que proporciona una estrategia para la lixiviación acelerada de materiales que no contienen minerales de sulfuro. [1]
Los iones de cobre (Cu 2+ ) disueltos se eliminan de la solución mediante extracción con disolvente de intercambio de ligando , lo que deja otros iones en la solución. El cobre se elimina mediante la unión a un ligando, que es una molécula grande que consta de varios grupos más pequeños , cada uno de los cuales posee un par de electrones solitario . El complejo de cobre-ligando se extrae de la solución utilizando un disolvente orgánico como el queroseno :
El ligando dona electrones al cobre, lo que produce un complejo : un átomo central de metal (cobre) unido al ligando. Como este complejo no tiene carga , ya no es atraído por las moléculas polares de agua y se disuelve en el queroseno, que luego se separa fácilmente de la solución. Como la reacción inicial es reversible , está determinada por el pH. Al agregar ácido concentrado se invierte la ecuación y los iones de cobre vuelven a la solución acuosa . [ cita requerida ]
Luego, el cobre se somete a un proceso de electroobtención para aumentar su pureza: se hace pasar una corriente eléctrica a través de la solución resultante de iones de cobre. Debido a que los iones de cobre tienen una carga 2+, son atraídos hacia los cátodos negativos y se acumulan allí. [ cita requerida ]
El cobre también se puede concentrar y separar desplazando el cobre con Fe de la chatarra de hierro:
Los electrones que pierde el hierro son absorbidos por el cobre. El cobre es el agente oxidante (acepta electrones) y el hierro es el agente reductor (pierde electrones). [ cita requerida ]
En la solución original pueden quedar restos de metales preciosos, como el oro. El tratamiento de la mezcla con cianuro de sodio en presencia de oxígeno libre disuelve el oro. [2] El oro se elimina de la solución mediante adsorción (llevándolo a la superficie) al carbón . [3]
Varias especies de hongos pueden utilizarse para la biolixiviación. Los hongos pueden cultivarse en muchos sustratos diferentes, como chatarra electrónica , convertidores catalíticos y cenizas volantes de la incineración de residuos municipales . Los experimentos han demostrado que dos cepas de hongos ( Aspergillus niger, Penicillium simplicissimum ) pudieron movilizar Cu y Sn en un 65%, y Al, Ni, Pb y Zn en más del 95%. Aspergillus niger puede producir algunos ácidos orgánicos como el ácido cítrico . Esta forma de lixiviación no depende de la oxidación microbiana del metal, sino que utiliza el metabolismo microbiano como fuente de ácidos que disuelven directamente el metal. [4]
La biolixiviación es en general más sencilla y, por lo tanto, más barata de operar y mantener que los procesos tradicionales, ya que se necesitan menos especialistas para operar plantas químicas complejas . Y las bajas concentraciones no son un problema para las bacterias porque simplemente ignoran los desechos que rodean a los metales, logrando rendimientos de extracción de más del 90% en algunos casos. Estos microorganismos en realidad obtienen energía al descomponer los minerales en sus elementos constituyentes. [5] La empresa simplemente recoge los iones de la solución después de que las bacterias hayan terminado.
La biolixiviación se puede utilizar para extraer metales de minerales de baja concentración, como el oro, que son demasiado pobres para otras tecnologías. Se puede utilizar para reemplazar parcialmente el triturado y la molienda extensivos que se traducen en costos prohibitivos y consumo de energía en un proceso convencional. Porque el menor costo de la lixiviación bacteriana supera el tiempo que lleva extraer el metal. [ cita requerida ]
Los minerales de alta concentración, como el cobre, son más económicos de fundir que de biolixiviar debido a la baja velocidad del proceso de lixiviación bacteriana en comparación con la fundición. La baja velocidad de la biolixiviación introduce un retraso significativo en el flujo de caja para las nuevas minas. No obstante, en la mina de cobre más grande del mundo, Escondida en Chile, el proceso parece ser favorable. [6]
Económicamente también es muy caro y muchas empresas una vez iniciadas no pueden satisfacer la demanda y terminan endeudadas. [ cita requerida ]
En 2020, los científicos demostraron, con un experimento con diferentes entornos gravitacionales en la ISS , que se podrían emplear microorganismos para extraer elementos útiles de rocas basálticas mediante biolixiviación en el espacio. [7] [8]
El proceso es más respetuoso con el medio ambiente que los métodos de extracción tradicionales. [9] Para la empresa esto puede traducirse en beneficios, ya que la limitación necesaria de las emisiones de dióxido de azufre durante la fundición es costosa. Se producen menos daños al paisaje, ya que las bacterias implicadas crecen de forma natural y la mina y el área circundante pueden quedar relativamente intactas. Como las bacterias se reproducen en las condiciones de la mina, se pueden cultivar y reciclar fácilmente . [10]
En ocasiones, durante el proceso se producen sustancias químicas tóxicas . El ácido sulfúrico y los iones H + que se han formado pueden filtrarse en el suelo y en las aguas superficiales, volviéndolas ácidas y provocando daños medioambientales. Los iones pesados como el hierro , el zinc y el arsénico se filtran durante el drenaje ácido de las minas . Cuando el pH de esta solución aumenta, como resultado de la dilución con agua dulce, estos iones precipitan y forman la contaminación del "niño amarillo" . [11] Por estas razones, la configuración de la biolixiviación debe planificarse cuidadosamente, ya que el proceso puede provocar una falla de bioseguridad . A diferencia de otros métodos, una vez iniciada, la lixiviación en biopilas no se puede detener rápidamente, porque la lixiviación seguiría con el agua de lluvia y las bacterias naturales. Proyectos como el finlandés Talvivaara demostraron ser desastrosos desde el punto de vista medioambiental y económico. [12] [13]
Disponible bajo CC BY 4.0.
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