La biolixiviación es la extracción o liberación de metales de sus minerales mediante el uso de organismos vivos . La biolixiviación es una de varias 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. El primero es el uso de microorganismos para oxidar minerales refractarios y liberar metales valiosos como el oro y la plata. Los minerales más comúnmente objeto de oxidación son la pirita y la arsenopirita .
La segunda categoría es la lixiviación de minerales sulfurados para liberar el metal asociado, por ejemplo, la lixiviación de pentlandita para liberar níquel , o la lixiviación de calcocita , covellita o calcopirita para liberar cobre .
La biolixiviación puede involucrar numerosas bacterias oxidantes de hierro ferroso y azufre, incluidas Acidithiobacillus ferrooxidans (anteriormente conocido como Thiobacillus ferrooxidans ) y Acidithiobacillus thiooxidans (anteriormente 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 no solo es una mayor oxidación del mineral, sino también la regeneración del oxidante químico Fe 3+ a partir de Fe 2+ . Por ejemplo, las bacterias catalizan la degradación 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 necesaria ]
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+ ):
Luego, las bacterias oxidan el ion ferroso utilizando oxígeno:
Las bacterias también oxidan el tiosulfato 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 necesaria ]
El proceso de oxidación microbiana ocurre en la membrana celular de las bacterias. Los electrones pasan al interior de las células y se utilizan en procesos bioquímicos para producir energía para las bacterias y al mismo tiempo reducir 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 necesaria ]
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 minerales 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, razón por la cual la tecnología de producción de cobre dominante sigue siendo la flotación, seguida de la fundición y la refinación. La lixiviación de CuFeS 2 sigue las dos etapas de disolución y posterior oxidación, dejando los iones Cu 2+ en solución. [ cita necesaria ]
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 sulfurosos. La biolixiviación de minerales no sulfurosos como la pechblenda también utiliza hierro férrico como oxidante (p. ej., UO 2 + 2 Fe 3+ ==> UO 2 2+ + 2 Fe 2+ ). En este caso, el único objetivo del paso bacteriano es la regeneración de Fe 3+ . Se pueden agregar minerales de hierro sulfídico para acelerar el proceso y proporcionar una fuente de hierro. Se ha logrado la biolixiviación de minerales no sulfurados mediante capas de sulfuros residuales y azufre elemental, colonizados por Acidithiobacillus spp., lo que proporciona una estrategia para la lixiviación acelerada de materiales que no contienen minerales sulfurados. [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 uniéndose 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 ligando-cobre se extrae de la solución utilizando un disolvente orgánico como el queroseno :
El ligando dona electrones al cobre, produciendo un complejo : un átomo metálico central (cobre) unido al ligando. Debido a que este complejo no tiene carga , ya no es atraído por las moléculas de agua polares y se disuelve en el queroseno, que luego se separa fácilmente de la solución. Debido a que la reacción inicial es reversible , está determinada por el pH. Agregar ácido concentrado invierte la ecuación y los iones de cobre regresan a una solución acuosa . [ cita necesaria ]
Luego, el cobre pasa por 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 por los cátodos negativos y se acumulan allí. [ cita necesaria ]
El cobre también se puede concentrar y separar desplazando el cobre con Fe de la chatarra:
Los electrones perdidos por 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 necesaria ]
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 adsorbiéndolo ( llevandolo a la superficie) en carbón . [3]
Se pueden utilizar varias especies de hongos para la biolixiviación. Los hongos se pueden cultivar 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 de un 95%. Aspergillus niger puede producir algunos ácidos orgánicos como el ácido cítrico . Esta forma de lixiviación no se basa en 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 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 residuos que rodean a los metales, alcanzando rendimientos de extracción superiores al 90% en algunos casos. En realidad , estos microorganismos obtienen energía al descomponer los minerales en sus elementos constituyentes. [5] La empresa simplemente recoge los iones de la solución una vez que las bacterias han terminado.
La biolixiviación se puede utilizar para extraer metales de minerales de baja concentración, como el oro, que son demasiado pobres para otras tecnologías. Puede usarse para reemplazar parcialmente la extensa trituración y molienda que se traduce en costos y consumo de energía prohibitivos en un proceso convencional. Porque el menor coste de la lixiviación bacteriana supera el tiempo que lleva extraer el metal. [ cita necesaria ]
Los minerales de alta concentración, como el cobre, son más económicos de fundir que de biolixiviación debido a la lenta velocidad del proceso de lixiviación bacteriana en comparación con la fundición. La lentitud de la biolixiviación introduce un retraso significativo en el flujo de caja de las nuevas minas. Sin embargo, en la mina de cobre más grande del mundo, Escondida en Chile , el proceso parece favorable. [6]
Económicamente también es muy caro y muchas empresas una vez iniciadas no pueden seguir el ritmo de la demanda y acaban endeudadas. [ cita necesaria ]
En 2020, los científicos demostraron, con un experimento con diferentes entornos de gravedad en la ISS , que se podían 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 necesaria limitación de las emisiones de dióxido de azufre durante la fundición es costosa. Se producen menos daños al paisaje, ya que las bacterias involucradas crecen de forma natural y la mina y el área circundante pueden dejarse relativamente intactos. A medida que las bacterias se reproducen en las condiciones de la mina, se cultivan y reciclan fácilmente . [10]
A veces se producen sustancias químicas tóxicas en el proceso. El ácido sulfúrico y los iones H + que se han formado pueden filtrarse al suelo y al agua superficial, volviéndola ácida y causando daños ambientales. Los iones pesados como el hierro , el zinc y el arsénico se escapan 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 , formando la contaminación "Yellow Boy" . [11] Por estas razones, una configuración de biolixiviación debe planificarse cuidadosamente, ya que el proceso puede conducir a una falla de bioseguridad . A diferencia de otros métodos, una vez iniciada, la lixiviación en biomontones no se puede detener rápidamente, porque la lixiviación continuaría con el agua de lluvia y las bacterias naturales. Proyectos como el finlandés Talvivaara resultaron ser ambiental y económicamente desastrosos. [12] [13]
Disponible bajo CC BY 4.0.
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