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MICROORGANISMOS EN LA EXTRACCION DE MINERIA

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leidy zulay gomez jaimes

on 23 November 2014

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MICROORGANISMOS EN LA EXTRACCION DE MINERIA
OBJETIVO GENERAL

Determinar cuáles son los microorganismos que se utilizan en el proceso de extracción de los minerales tales como el hierro, cobre, uranio entre otros.

OBJETIVOS ESPECIFICOS


1. Conocer las nuevas aplicaciones y soluciones de la biotecnología en la actividad minera.

2. Investigar algún proceso biotecnológico que se pueda utilizar en la extracción de los minerales tales como el cobre, hierro, uranio entre otros.

3. Determinar su participación en el mantenimiento de las condiciones de acidez y concentración de metales, que le dan a este hábitat el calificativo de “ambiente extremo” y del que, en gran medida, las bacterias quimiolitoautótrofas identificadas en el presente trabajo son responsables directas.

4. Identificar los microrganismos más efectivos utilizados en la minería para la extracción de los minerales.

CONCLUSIONES
• El rol de los microorganismos es fundamental en los ciclo biogeoquímicos de los metales y su utilización en los procesos de biorremediación de desechos sólidos y líquidos es esencial para ambiente.
• Otro aspecto sumamente importante a desarrollar en el futuro próximo es el uso de reacciones fotoquímicas para la eliminación de contaminantes.
• Para que la aplicación comercial e industrial de una nueva tecnología sea exitosa, debe basarse en un desarrollo sustentable que involucre lo económico, ambiental y social.
• 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.
JUSTIFICACIÓN
Este trabajo es de gran importancia bebido al impacto ambiental y a los efectos que produce sobre la humanidad conllevando a diferentes problemas tanto ambientales, geológicos y de salud. El objetivo de la investigación es conocer los microorganismos que se utilizan para la extracción de los minerales, esto servirá para minimizar la contaminación del suelo con químicos pesados para la extracción de los mismos, que así mismo todo el ambiente se ve beneficiado. Para el desarrollo del potencial minero del país se requiere la consolidación de una política que permita, de una parte, aumentar la productividad de las explotaciones mineras tradicionales legales, y de otra, incentivar la participación de inversionistas estratégicos en la exploración, explotación y desarrollo sostenible de los yacimientos mineros. Este avance tecnológico y ecológico propuesto gracias a la biotecnología viene a acompañar la creciente resistencia popular a la instalación de minas contaminantes, como fue el caso de los habitantes de varios países latinoamericanos en contra de la explotación de oro en la región.

INTRODUCCIÓN
El uso de microorganismos por el hombre, para los más diversos fines y objetivos, se remonta a tiempos antiguos. Productos fermentados como el yogurt, quesos, kéfir, salsa de soja, cerveza, vino y cientos de otros productos han sido preparados con la ayuda de bacterias y hongos, aún en el completo desconocimiento de su existencia. Biolixiviación es el nombre que se le entrega al conjunto de reacciones químicas que tienen como resultado la disolución de minerales por parte de bacterias, las cuales lixivian, es decir, disuelven las rocas o minerales, los solubiliza (por eso el proceso se llama Biolixiviación o Lixiviación Biológica) para obtener la energía que necesitan a expensas de sustancias inorgánicas, liberando de paso cobre en mayor cantidad que con métodos convencionales.

MARCO TEÓRICO
Los microorganismos que son responsables de la disolución de metales a partir de los minerales principalmente, organismos quimiosintéticos pertenecientes al género Thiobacillus. Existen otros microorganismos de importancia pertenecientes al género Leptospirillum, Sulfolobus, Sulfobacillus y Acidianus.
Los métodos utilizados para llevar a escala la biolixiviación son:
• Lixiviación in situ
• Lixiviación de escombrera (Dump leaching)
• Lixiviación en lotes (Heap leaching)
• Reactores agitados

Lixiviación en situ: explota los recursos de minerales con rupturas naturales y físicas subterráneas.
Lixiviación en escombreras: Minerales de baja ley o desechos cuyo tratamiento por otras vías se haría incosteable.
Lixiviación en lotes: Se utiliza para tratar minerales de baja ley o colas del proceso de flotación.
Reactores agitados: Se ha utilizado fundamentalmente para tratar minerales sulfuro refractario de oro, piritas y arsenopiritas.

COMO ES LA BACTERIA
En la biolixiviación se utilizan microorganismos que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos, es decir, se trata de bacterias que literalmente comen piedras. Son organismos que viven en condiciones extremas, en este caso; pH ácido y altas concentraciones de metales, condiciones normales en los minerales.
LA BIOLIXIVIACIÒN O LIXIVIACIÒN BACTERIANA ¿QUE ES?
La biolixiviación o lixiviación bacteriana es un proceso natural de disolución, ejecutado por un grupo de bacterias que tienen la habilidad de oxidar minerales sulfurados, permitiendo la liberación de los valores metálicos contenidos en ellos.
Por mucho tiempo, se pensó que la disolución o lixiviación de metales era un proceso netamente químico, mediado por el agua y oxígeno atmosférico. El descubrimiento de bacterias acidófilas, ferro y sulfooxidantes, ha sido primordial en la definición de la lixiviación como un proceso catalizado biológicamente.

En términos generales, se puede decir que la biolixiviación es una tecnología que emplea bacterias específicas para extraer un metal de valor como uranio, cobre, zinc, níquel o cobalto, presente en la mina o en un concentrado mineral. El producto final de la biolixiviación es una solución ácida que contiene metal en su forma soluble.
La más conocida es la “Acidithiobacillus ferrooxidans”; su nombre nos indica varias cosas: “acidithiobacillus” es acidófilo porque crece en pH ácido, es “thio” porque es capaz de oxidar compuestos de azufre, es un “bacillus” porque tiene forma de bastón y ferrooxidans”, porque además puede oxidar el fierro.
Estos microorganismos se Alimentan Principalmente de dos impurezas que hay que extraer del mineral para producir cobre: el azufre, que las bacterias pueden oxidar y convertir en ácido sulfúrico y el fierro, el cual es precipitado sobre el mineral de descarte, lo que permite lograr una disolución más barata y simple.

Las bacterias lixivian (disuelven), las rocas o minerales y los solubilizan, por eso el recesó se llama biolixiviación, o lixiviación biológica. El sulfuro de cobre, CuS, es uno de los minerales que pueden ser convertidos en una forma soluble del metal, que en este caso es cobre. Mediante una reacción de oxidación, las bacterias extraen los electrones y disuelven el sulfuro de cobre (CuS), que es sólido, obteniendo una solución de sulfato de cobre (CuSO4) a partir de la cual se puede recuperar el cobre como metal.
FUNDAMENTOS FISICO QUIMICOS DE LA BIOLIXIVIACION
Las bacterias lixiviantes permitieron separar el cobre de los minerales sólidos, con los que se encontraba mezclado, haciendo rentable su procesamiento.
La técnica de oxidación bacteriana empleada para el tratamiento de minerales sulfurados auríferos, se fundamenta en la acción efectiva de la bacteria Thiobacillus ferrooxidans (T.ferroxidans) para oxidar especies reducidas de azufre a sulfato y para oxidar el ion ferroso a ion férrico.
El Thiobacillus ferrooxidans es eficaz en ambiente ácido, aeróbico, móvil y quimioautotrófico, presentándose en forma de bastoncitos de 1-2 micrones de largo por 0.5-1.0 micrones de ancho. Presentan un punto izo eléctrico en torno de 4.0 – 5.0 y se desenvuelven en el intervalo de temperatura de 28 ºC a 35 ºC
Esta reacción es importante para lixiviación de metales pues permite la acumulación de biomasa bacteriana en minerales y soluciones, además de obtener una fuerte oxidación de muchos sulfuros y producir un alto potencial redox en el medio.
SULFATOS OXIDADOS POR BACTERIAS
LEXIVIACION INDIRECTA
Este tipo de lixiviación se realiza con Fe2 (SO4)3 en ausencia de oxígeno o de bacterias, es responsable de la disolución o lixiviación de varios minerales sulfurados de importancia económica.
Dentro de este mecanismo, son importantes dos reacciones mediadas por T. ferrooxidans.
El mecanismo de lixiviación indirecta depende de la regeneración biológica del sulfato férrico.
El azufre (Sº) puede ser convertido en ácido sulfúrico (H2SO4) por T. ferrooxidans.
Este ácido sulfúrico mantiene el pH del sistema a niveles favorables para el desarrollo de la bacteria.

LEXIVIACION DIRECTA
Las bacterias ferrooxidantes también pueden lixiviar sulfuros metálicos directamente, sin la participación del sulfato férrico producido biológicamente.
Dado que el hierro siempre está presente en ambientes de lixiviación natural, es posible que tanto la lixiviación indirecta como la directa ocurran de manera simultánea.

Factores que afectan la lixiviación bacteriana.
Depende de la concentración del ion ferroso y del hierro soluble que afecta el sistema de transporte de electrones en la membrana, cuando oxida azufre. El pH es un factor crítico T. ferrooxidans requiere acidez para que el metal del mineral facilite la oxidación del azufre y síntesis de energía con calcopirita. Depende del sulfuro de zinc de calcocita y covelita que necesitan hierro soluble. El carácter acidofílico de T. ferrooxidans lo comparte con T. thooxidans con hongos del suelo, levaduras y protozoarios en esa condición fisicoquímica el hierro es disponible para la vida.
Temperatura optima de lixiviación bacteriana.
Dos factores críticos afectan la LB de Thiobacillus, el primero el aumento de temperatura por la bacteria al oxidar el azufre, lo que genera calor durante su crecimiento. El intervalo de temperatura óptimo para Thiobacillus está entre 25 y 35oC, para máxima oxidación de ion ferroso a temperatura no mayor de 35 °C y disminuye a 45 °C Thiobacillus luego muere, se propone usar. Archaeabacteria hipertermofilica acidofilica usan como fuente de energía, SMBL a temperatura mayor de 80oC, estas bacterias viven en la naturaleza en ambientes extremos. Por ello se le asocia con la oxidación de compuestos inorgánicos de S en zonas volcánicas terrestres y marinas. Estas bacterias representan una nueva posibilidad para la explotación de SMBL.

Microorganismos resistentes y microorganismos tolerantes a metales.
Los resistentes se caracterizan por poseer mecanismos de detoxificación codificados genéticamente, inducidos por la presencia del metal (27). En cambio, los tolerantes son indiferentes a la presencia o ausencia de metal. Tanto los microorganismos resistentes como tolerantes son de particular interés como captores de metales en sitios contaminados, debido a que ambos pueden extraer los contaminantes. La resistencia o tolerancia experimentada por microorganismos es posible gracias a la acción de diferentes mecanismos Estos fenómenos son:
Biosorción:
La biosorción es un fenómeno ampliamente estudiado en la biorremediación de diversos metales pesados como el cadmio, cromo, plomo, níquel, zinc y cobre (13, 19, 28, 29). Los microorganismos utilizados como biosorbentes, aislados a partir de ecosistemas contaminados, retienen los metales pesados a intervalos de tiempo relativamente cortos al entrar en contacto con soluciones de dichos metales. Esto minimiza los costos en un proceso de remediación, ya que no requiere el agregado de nutrientes al sistema, al no requerir un metabolismo microbiano activo.
Bioacumulación:
Este mecanismo celular involucra un sistema de transporte de membrana que internaliza al metal pesado presente en el entorno celular con gasto de energía. Este consumo energético se genera a través del sistema H+-ATP tasa. Una vez incorporado el metal pesado al citoplasma, éste es secuestrado por la presencia de proteínas ricas en grupos sulfhídricos llamadas metalotioneínas o también puede ser compartimentalizado dentro de una vacuola, como ocurre en hongos.
Biomineralización:
Este mecanismo aparece por el funcionamiento de una bomba que expulsa el metal tóxico presente en el citoplasma hacia el exterior celular en contracorriente a un flujo de H+ hacia el interior celular. Esto produce una alcalinización localizada sobre la superficie celular externa y por lo tanto la precipitación del metal pesado.
Otra forma de precipitar los metales es a través de la formación de sulfuros o fosfatos, como resultado de alguna actividad enzimática celular. Un ejemplo de ello es la precipitación de sulfuros metálicos en reactores con cultivos mixtos de bacterias reductoras de sulfato o la acumulación de CdS en la pared celular de las bacterias Klebsiella planticola y Pseudomonas aeruginosa .

Biotransformación:
Este es un proceso que involucra un cambio químico sobre el metal pesado, como por ejemplo en el estado de oxidación o metilación. Esta transformación biológica de los metales pesados que resultan tóxicos mediada por enzimas microbianas puede dar como resultado compuestos poco solubles en agua o bien compuestos volátiles.
TIPOS DE MINERALES
Los minerales que constituyen la corteza terrestre se han formado a partir de los elementos químicos que originaron el planeta, gracias a reacciones ocurridas en su interior. Por este motivo, la cantidad de combinaciones es inmensa.
Para poner un poco de orden, se clasifican los minerales atendiendo a la forma en que se originan, a sus características cristalográficas, a su composición química. Mención aparte merecen los cristales y, entre ellos, los llamados "piedras preciosas" que siempre han cautivado a la humanidad

CLASIFICACION DE LOS MINERALES
La clasificación química divide los minerales en grupos según sus compuestos químicos. Cualquier mineral conocido puede ser integrado dentro de estos grupos, pues la práctica totalidad de ellos incluyen alguno de estos compuestos.
1.- Elementos nativos: son los que se encuentran en la naturaleza en estado libre, puro o nativo, sin combinar o formar compuestos químicos. Ejemplos: oro, plata, azufre, diamante.
2.- Sulfuros: compuestos de diversos minerales combinados con el azufre. Ejemplos: pirita, galena, blenda, cinabrio.
3.- Sulfosales: minerales compuestos de plomo, plata y cobre combinados con azufre y algún otro mineral como el arsénico, bismuto o antimonio. Ejemplos: pirargirita, proustita.
4.- Óxidos: producto de la combinación del oxígeno con un elemento. Ejemplos: oligisto, corindón, casiterita, bauxita.
5.- Haluros: compuestos de un halógeno con otro elemento, como el cloro, flúor, yodo o bromo. Ejemplos: sal común, halita.
6.- Carbonatos: sales derivadas de la combinación del ácido carbónico y un metal. Ejemplos: calcita, azurita, mármol, malaquita.
7.- Nitratos: sales derivadas del ácido nítrico. Ejemplos: nitrato sódico (o de Chile), salitre o nitrato potásico.
8.- Boratos: constituidos por sales minerales o ésteres del ácido bórico. Ejemplos: bórax, rasorita.
9.- Fosfatos, arseniatos y vanadatos: sales o ésteres del ácido fosfórico, arsénico y vanadio. Ejemplos: apatita, turquesa, piromorfita.
10.- Sulfatos: sales o ésteres del ácido sulfúrico. Ejemplos: yeso, anhidrita, barita.


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