Monografias | Efectos de la adaptación bacterial en la lixiviación de minerales

La oxidación biológica de sulfuros es una emergente tecnología que aprovecha la capacidad oxidativa y de solubilización de metales que posee cierto grupo de bacterias , principalmente Acidithiobacillus ferrooxidans. La literatura es amplia en señalar las características y principales ventajas del proceso.
La aplicación industrial de la lixiviación bacteriana o biooxidación debe considerar el correcto manejo de los parámetros que lo rigen, en especial aquellos que definen las esenciales condiciones ambientales para el crecimiento de los microorganismos, que permite tener una cepa bacterial adecuadamente adaptada a las condiciones de trabajo presentes, favorables o adversas dentro de la lixiviación.
Asimismo, se debe recordar que en aguas de mina, así como en el inicio de la lixiviación, la concentración de bacterias o población bacterial es escasa, alcanzando valores que llegan a 10⁴ bacterias por mililitro de solución, por lo que es necesario incrementar la misma a valores más altos (10⁸ – 10⁹ bacterias/ml) para tener una mayor colonización del material.

Se realizaron dos corridas experimentales:
a.- Aislamiento y adaptación en medio líquido TK
El aislamiento de los microorganismos lixiviantes se realizó siguiendo los pasos establecidos en Guerrero, J.J. (1990). Para el efecto se tomaron 100 mililitros de agua de mina, la que se sometió a microfiltración para concentrar la población bacteriana presente.
Este concentrado sirvió de inóculo para el cultivo en medio básico de sales con FeSO₄.7H₂O como fuente energética (MBS+Fe). El crecimiento bacteriano se evidenció por un cambio de coloración en la solución, indicando la oxidación del Fe⁺² hacia Fe⁺³. El pH inicial fue de 1.9, y se cultivó a temperatura ambiente y sin agitación. La solución obtenida sirvió, a su vez, como inóculo para todas las pruebas experimentales.
Posteriormente, se llevaron a cabo tres pruebas en medio líquido (MBS+Fe) a diferentes condiciones de temperatura y adición de aire, evaluándose el aumento en la población bacteriana en función del tiempo. Las condiciones experimentales fueron: 30 ml de solución bacterial más 70 ml de MBS+Fe en frascos erlenmeyer de 250 ml.

Las variables evaluadas fueron:
Prueba 01: cultivo a temperatura ambiente (15º C), sin agitación.
Prueba 02: cultivo a 30º C, sin agitación.
Prueba 03: cultivo a temperatura ambiente (15º C) y agitación con aire.
La evaluación de la población bacterial se realizó mediante conteo microscópico directo, empleando una cámara hemacitométrica o de Neubauer. La población inicial fue de 7.3 x 10⁷ bacterias/ml. La evaporación fue compensada con agua destilada.

b.- Ataque a mineral
Para las pruebas de ataque bacterial al material de estudio se utilizó mineral sulfurado molido completamente a malla –325, con una ley de cabeza de 22.4% Fe, 0.46% Cu, 0.29% Pb. El proceso adaptativo se realizó en tres etapas. Entre cada etapa, transcurrido cierto tiempo, se tomó un volumen de solución que sirvió de inóculo para la siguiente (transferencias). Para cada caso se utilizó solución nutriente (MBS) sin fierro, ya que se encuentra en el mineral. La evaporación fue compensada con la adición de agua destilada. La agitación se realizó mediante el ingreso de aire directamente al interior de los frascos. Se trabajo a temperatura ambiente.
Las condiciones de cultivo fueron:

• Etapa I: Cultivo Inicial con mineral
• Volumen solución bacterial más nutrientes 475 ml
• Mineral (-325) 25 gr
• Tiempo (días) 27

Luego de transcurridos diez días de tratamiento, se tomó un volumen determinado de solución como inóculo para la primera transferencia (Etapa II)

• Etapa II: Primera Transferencia
• Volumen solución bacterial más nutrientes 470 ml
• Mineral (-325) 30 gr
• Tiempo (días) 22

Para la etapa III se procedió de la misma manera que en la etapa I

• Etapa III: Segunda Transferencia
• Volumen solución bacterial más nutrientes 450 ml
• Mineral (-325) 50 gr
• Tiempo (días) 15

Una vez concluidas las pruebas se procedió un filtrado, secado y pesado de los relaves (residuos de lixiviación) y análisis por su contenido de fierro.

a.- Aislamiento y adaptación en medio líquido TK
La evolución del crecimiento bacteriano se caracterizó por el lento desarrollo mostrado en las pruebas 01 y 02, a diferencia de la última de ellas. Luego de 10 días de cultivo las poblaciones bacterianas finales fueron:
Prueba 01: 8.40 x 10⁷ bacterias/ml
Prueba 02: 9.05 x 10⁷ bacterias/ml
Prueba 03: 1.50 x 10⁸ bacterias/ml

b.- Ataque a mineral

Los resultados obtenidos luego de analizar los relaves se pueden resumir en la siguiente tabla:

En primer lugar, en la corrida a, es posible notar un ligero incremento en la concentración poblacional (bacterias/ml) en aquella prueba a la cual se le agregó aire (prueba 03), en contraste con aquellas que carecieron de este suplemento nutricional. Igualmente, es posible evidenciar, entre las pruebas 01 y 02, una ligera diferencia en la segunda prueba justificada por haber sido cultivada en un ambiente temperado. Recuérdese que las temperatura óptima de desarrollo de las bacterias ferrooxidantes se encuentra establecida en los 35º C.

De otro lado, es necesario indicar que tanto la temperatura como la provisión de O2 y CO2 (presentes en el aire) son parámetros vitales para el desarrollo de los microorganismos, aunque, para este caso particular, la adición de aire resulta siendo más importante. Se debe destacar que las pruebas se llevaron a cabo a una altitud por encima de los tres mil metros sobre el nivel del mar, en la sierra peruana.

En segundo lugar, de la corrida b, se desprende que la adaptación vía transferencias sucesivas permite una mayor obtención o disolución del metal de interés, en este caso fierro, así como acortar el tiempo de tratamiento, como puede notarse por la diferencia entre cada una de las etapas del ataque bacteria al mineral.

• Bauer, J. L. ,1986. Lixiviación Bacteriana: Introducción a la parte microbiológica de la Biohidro-metalurgia con sp. de Thiobacillus. Revista de la ANBIOP, 3(2): 53-60.
• Gentina, J. C.; F. C. Acevedo, 1992, Lixiviación Bacteriana de Minerales. En : IV Curso Latinoamericano de Biotecnología , Chile.
• Guerrero, J. J., 1990, Recuperación de Valores Metálicos por vía Biohidrometalurgica. En: Segundo Seminario Regional de Ingeniería Metalúrgica, UNCP, Huancayo.
• Guerrero, J.J.; 1992, "Biotratamiento de Minerales: Alternativa para el Desarrollo Nacional" Mundo Minero, Año XI, Nº 131, pp 27.
• Guerrero, J.J.; 1993 "Biotratamiento de Minerales: sulfuros de fierro y sulfuros de cobre", Mundo Minero, Año XII, Nº 138, pp 32 - 33.
• Guerrero, J.J.; Olivera, S.C; 1993,"Aspectos biológicos de la lixiviación bacteriana", En: V Congreso Nacional de Ingeniería Metalúrgica. UNSAAC, Cusco, Mayo 1993.
• Guerrero, J.J.; 1994, "Factores Ambientales en el manejo de bacterias ferrooxidantes" , Mundo Minero, Año XIV, Nº 153, pp 36.
• Guerrero, J. J.; S.C. Olivera; J. Sánchez. 1998, Disolución Microbiana de Minerales, En: Segundo Simposium Regional de Minería, Arequipa, Octubre 1998.
• Guerrero, J.J.; 1998, "Biotecnología en la Disolución y recuperación de Metales" www.mobot.org./jwcross/phytoremediation/Biotecnologia.htm www.perumine.com/paper/guerrero.htm www.monografias.com/trabajos12/lixivia/lixivia.shtml www.monografias.com/trabajos13/biomtek/biomtek.shtml
• Guerrero, J.J.; Olivera, S.C; 1999; "Biotecnologías aplicadas a la disolución y recuperación de metales" VIII Reunión Científica del ICBAR. Instituto de Investigación de Ciencias Biológicas, Univ. Nac. Mayor de San Marcos. www.unmsm.edu.pe/biologia/reunion/c8b03.htm
• Guerrero, J.J., Sáez, M..; 2001, "Biohidrometalurgia en la recuperación de valores metálicos" Revista Industrial Data (Fac. Ing. Industrial – UNMSM), Vol. 4 N° 2 , pp 7 – 10.
• Olson, G. J.; Kelly, R. M. ,1986. Microbiological metal transformations: Biotechnological applications and potential. Biotechnol. Progress. 2(1): 1-15.
• Pooley, F.D., 1993, Desarrollos en Bio-hidrometalurgia para el Procesamiento de Minerales. En : XXI Convención de Ingenieros de Minas del Perú. Ica, 1993.

Resumen
Los procesos biotecnológicos aplicados a la industria minera implican el empleo de cierto grupo de microorganismos con la capacidad de oxidar sulfuros metálicos para la recuperación de los valores contenidos en ellos.
Dentro de este marco, la adaptación de la biomasa microbiana al mineral de estudio o de tratamiento permite activar y mejorar la eficiencia de los microorganismos en el proceso de disolución de metales.
En el presente trabajo se presenta el efecto de la adición de aire sobre el aumento de la población bacterial, así como los efectos de la adaptación de los microorganismos en la disolución y oxidación del ión ferroso presente en un mineral. Los resultados reportados indican la necesidad de una etapa previa de adaptación en el tratamiento biológico de minerales. Los datos presentados pueden ser poco espectaculares pero permiten corroborar esta afirmación.