La biolixiviación es la extracción de metales de sus minerales mediante el uso de organismos vivos . Esto es mucho más limpio que la lixiviación en pilas tradicional con cianuro . [1] La biolixiviación es una de varias aplicaciones dentro de la biohidrometalurgia y se utilizan varios métodos para recuperar cobre , zinc , plomo , arsénico , antimonio , níquel , molibdeno , oro , plata y cobalto .
Proceso
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, los iones Fe 3+ se utilizan 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+ )) usando oxígeno . Esto produce productos solubles que pueden purificarse y refinarse más para producir el metal deseado. [ cita requerida ]
La pirita lixiviación (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 el ion ferroso (Fe 2+ ):
- (1) espontáneo
El ion ferroso luego es oxidado por bacterias usando oxígeno:
- (2) (oxidantes de hierro)
El tiosulfato también es oxidado por bacterias para dar sulfato:
- (3) (oxidantes de azufre)
El ion férrico producido en la reacción (2) oxidó más sulfuro como en la reacción (1), cerrando el ciclo y dada la reacción neta:
- (4)
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 la bacteria. Los electrones pasan al interior de las células y se utilizan en procesos bioquímicos para producir energía para las bacterias al tiempo que reducen el oxígeno al agua . La reacción crítica es la oxidación del sulfuro por el hierro férrico. El papel 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 minerales supergénicos como la calcocita , Cu 2 S y la covellita , CuS. El principal mineral de cobre, la calcopirita (CuFeS 2 ) no se lixivia de manera muy eficiente, por lo que la tecnología dominante de producción de cobre sigue siendo la flotación, seguida de la fundición y el refinado. La lixiviación de CuFeS 2 sigue las dos etapas de disolución y luego oxidación adicional, dejando los iones Cu 2+ en solución. [ cita requerida ]
Calcopirita lixiviación :
- (1) espontáneo
- (2) (oxidantes de hierro)
- (3) (oxidantes de azufre)
reacción neta:
- (4)
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. Biolixiviación de minerales no sulfurosos, tales como pitchblende también utiliza el hierro férrico como un 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 sulfídico para acelerar el proceso y proporcionar una fuente de hierro. Se ha logrado la biolixiviación de minerales no sulfídicos 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. [2]
Su posterior procesamiento
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 solitarios . El complejo ligando-cobre se extrae de la solución utilizando un disolvente orgánico como el queroseno :
- Cu 2+ (aq) + 2LH (orgánico) → CuL 2 (orgánico) + 2H + (aq)
El ligando dona electrones al cobre, produciendo un complejo : un átomo de metal 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 vuelven a una solución acuosa. [ cita requerida ]
Luego, el cobre pasa a través de un proceso de electrodeposición para aumentar su pureza: se pasa una corriente eléctrica a través de la solución resultante de iones de cobre. Debido a que los iones de cobre tienen una carga de 2+, son atraídos por 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:
- Cu 2+ (aq) + Fe (s) → Cu (s) + Fe 2+ (aq)
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 requerida ]
Es posible que queden restos de metales preciosos como el oro en la solución original. El tratamiento de la mezcla con cianuro de sodio en presencia de oxígeno libre disuelve el oro. El oro se elimina de la solución adsorbiéndolo (llevándolo a la superficie) al carbón . [3] [4]
Con hongos
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 desechos municipales . Los experimentos han demostrado que dos cepas de hongos ( Aspergillus niger, Penicillium simplicissimum ) fueron capaces de 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 se basa en la oxidación microbiana del metal, sino que utiliza el metabolismo microbiano como fuente de ácidos que disuelven directamente el metal. [ cita requerida ]
Factibilidad
Viabilidad económica
La biolixiviación es en general más simple 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 residuos que rodean a los metales, alcanzando rendimientos de extracción superiores al 90% en algunos casos. Estos microorganismos en realidad obtienen energía al descomponer los minerales en sus elementos constituyentes. [5] La empresa simplemente recolecta los iones de la solución después de que las bacterias hayan terminado. Hay una cantidad limitada de minerales. [ cita requerida ]
La biolixiviación se puede utilizar para extraer metales de minerales de baja concentración como oro que son demasiado pobres para otras tecnologías. Se puede utilizar para reemplazar parcialmente la trituración y trituración extensiva que se traduce en un costo y un consumo de energía prohibitivos 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 utilizar la biolixiviación porque el beneficio obtenido de la velocidad y el rendimiento de la fundición justifica su coste debido a que el proceso de lixiviación bacteriana es muy lento en comparación con la fundición. Esto genera menos ganancias, además de introducir un retraso significativo en el flujo de caja para las nuevas plantas. Sin embargo, en la mina de cobre más grande del mundo, Escondida en Chile, el proceso parece ser favorable. [ cita requerida ]
Económicamente también es muy caro y muchas empresas una vez que se inician no pueden satisfacer la demanda y terminan endeudadas. [ cita requerida ]
En el espacio
![Effects of microorganisms on rare earth element leaching](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Effects_of_microorganisms_on_rare_earth_element_leaching.webp/128px-Effects_of_microorganisms_on_rare_earth_element_leaching.webp.png)
En 2020, los científicos demostraron, con un experimento con diferentes entornos de gravedad en la EEI , que se podían emplear microorganismos para extraer elementos útiles de rocas basálticas mediante biolixiviación en el espacio. [6] [7]
Impacto medioambiental
El proceso es más respetuoso con el medio ambiente que los métodos de extracción tradicionales. [ cita requerida ] Para la empresa, esto puede traducirse en ganancias, 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 involucradas crecen naturalmente, y la mina y el área circundante pueden quedar relativamente intactas. A medida que las bacterias se reproducen en las condiciones de la mina, se cultivan y reciclan fácilmente . [ cita requerida ]
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 provocando daños medioambientales. Los iones pesados como el hierro , el zinc y el arsénico se escapan durante el drenaje ácido de la mina . Cuando el pH de esta solución aumenta, como resultado de la dilución con agua dulce, estos iones precipitan , formando la contaminación "Yellow Boy" . [8] Por estas razones, se debe planificar cuidadosamente una configuración de biolixiviación, ya que el proceso puede conducir a una falla de bioseguridad . A diferencia de otros métodos, una vez iniciada, la lixiviación en pilas biológicas no se puede detener rápidamente, porque la lixiviación continuaría 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. [ cita requerida ]
Ver también
- BHP Billiton
- Talvivaara
- Fitominera
Referencias
- ^ [httm.nationalgeographic.com/2009/01/gold/larmer-text/5 "Técnica de flotación más limpia que la lixiviación en pilas"] Comprobar
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valor ( ayuda ) . Ngm.nationalgeographic.com. 2012-05-15 . Consultado el 4 de octubre de 2012 . - ^ Poder, Ian M .; Dipple, Gregory M .; Southam, Gordon (2010). "Biolixiviación de relaves ultramáficos por Acidithiobacillusspp . Para secuestro de CO2". Ciencia y tecnología ambientales . 44 (1): 456–462. Código bibliográfico : 2010EnST ... 44..456P . doi : 10.1021 / es900986n . PMID 19950896 .
- ^ "Mineral de oro - una descripción general | Temas de ScienceDirect" . www.sciencedirect.com . Consultado el 3 de febrero de 2021 .
- ^ "Uso en Minería | Código Internacional de Manejo de Cianuro (ICMI) para la Fabricación, Transporte y Uso de Cianuro en la Producción de Oro (ICMI)" . www.cyanidecode.org . Consultado el 3 de febrero de 2021 .
- ^ "Enterprise Europe Network" . een.ec.europa.eu . Consultado el 28 de agosto de 2020 .
- ^ Crane, Leah. "Los microbios devoradores de asteroides podrían extraer materiales de las rocas espaciales" . Nuevo científico . Consultado el 9 de diciembre de 2020 .
- ^ Cockell, Charles S .; Santomartino, Rosa; Finster, Kai; Waajen, Annemiek C .; Eades, Lorna J .; Moeller, Ralf; Rettberg, Petra; Fuchs, Felix M .; Van Houdt, Rob; Leys, Natalie; Coninx, Ilse; Hatton, Jason; Parmitano, Luca; Krause, Jutta; Koehler, Andrea; Caplin, Nicol; Zuijderduijn, Lobke; Mariani, Alessandro; Pellari, Stefano S .; Carubia, Fabrizio; Luciani, Giacomo; Balsamo, Michele; Zolesi, Valfredo; Nicholson, Natasha; Loudon, Claire-Marie; Doswald-Winkler, Jeannine; Herová, Magdalena; Rattenbacher, Bernd; Wadsworth, Jennifer; Craig Everroad, R .; Demets, René (10 de noviembre de 2020). "El experimento de biominería de la estación espacial demuestra la extracción de elementos de tierras raras en microgravedad y gravedad de Marte" . Comunicaciones de la naturaleza . 11 (1): 5523. doi : 10.1038 / s41467-020-19276-w . ISSN 2041-1723 . PMC 7656455 . PMID 33173035 .
Disponible bajo CC BY 4.0 .
- ^ Dr. RC Dubey (1993). Un libro de texto de biotecnología: para estudiantes universitarios y universitarios en la India y en el extranjero . Nueva Delhi. pag. 442. ISBN 978-81-219-2608-9. OCLC 974386114 .
Otras lecturas
- TA Fowler y FK Crundwell - "Lixiviación de sulfuro de zinc con Thiobacillus ferrooxidans"
- Brandl H. (2001) "Lixiviación microbiana de metales". En: Rehm HJ (ed.) Biotechnology , vol. 10. Wiley-VCH, Weinheim, págs. 191–224
- Watling, HR (2006). "La biolixiviación de minerales sulfurados con énfasis en sulfuros de cobre - Una revisión". Hidrometalurgia . 84 (1-2): 81. doi : 10.1016 / j.hydromet.2006.05.001 .
- Olson, GJ; Brierley, JA; Brierley, CL (2003). "Revisión de biolixiviación parte B". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 63 (3): 249–57. doi : 10.1007 / s00253-003-1404-6 . PMID 14566430 . S2CID 24078490 .
- Rohwerder, T .; Gehrke, T .; Kinzler, K .; Sand, W. (2003). "Revisión de biolixiviación parte A". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 63 (3): 239–248. doi : 10.1007 / s00253-003-1448-7 . PMID 14566432 . S2CID 25547087 .