Biomineria Como Fuente Eco

1. Biomineria Como Fuente Eco –Sustentable Para La Actividad Minera Legal Biomining As An Eco-Sustainable Source For The Legal Mining Activity A Biominagem Como Fonte Eco-Sustentável Para A Atividade De Mineração Legal Victor Andre Valdivia Gutierrez 2019205146 victorvaldivia2001pastoral@gmail.com Nicoll Andrea Valdivieso Vera 2019205134 nicollvaldiviesovera@gmail.com Resumen Alrededor del mundo, existen grandes cantidades de sulfuros derivados de la explotación minera con particularidades refractarias y/o con iones, en su estructura translúcida, perjudiciales al medio ambiente y a la salud humana. Dichos sulfuros presentan contenidos de oro relevantes, pero su procedimiento de estos materiales no es ideal por métodos tradicionales, lo cual acrecienta el precio de la recuperación de los valores metálicos presentes. La biominería por su parte comprende un grupo de técnicas microbiológicas, donde se emplean para la recuperación de metales desde los minerales. Es una tecnología que tiene gran relevancia, tanto desde el enfoque científico y tecnológico debido a sus aplicaciones actuales, y altas oportunidades futuras, para diferentes procesos industriales. Los microorganismos acidófilos son empleados en estos procesos ya que tienen capacidad de oxidar minerales de hierro y azufre. En este trabajo haremos un análisis del inicio histórico de este tipo de tecnología, las bases químicas y microbiológicas del proceso, así como sus estudios industriales. Asimismo, daremos a conocer nuevos espacios de investigación y progreso, de tal manera de perfeccionar y aumentar los campos de aplicación de esta tecnología minera de bajo impacto ambiental. Palabras Clave: Biominería, sulfuros, derivados, iones, microbiológicas, metales, tecnología. Abstract Around the world, there are large quantities of sulfides derived from mining with refractory characteristics and/or with ions in their translucent structure that are harmful to the environment and to human health. These sulfides have relevant gold contents, but the processing of these materials is not ideal by traditional methods, which increases the price of the recovery of the metallic values present. Biomining comprises a group of microbiological techniques used for the recovery of metals from ores. It is a technology that has great relevance, both from the scientific and technological approach due to its current applications, and high future opportunities, for different industrial processes. Acidophilic microorganisms are used in these processes since they have the capacity to oxidize iron and sulfur minerals. In this work we will analyze the historical beginning of this type of technology, the chemical and microbiological bases of the process, as well as its industrial studies. We will also present new areas of research and progress, in order to improve and increase the fields of application of this mining technology with low environmental impact. Key words: Biomining, sulfides, derivatives, ions, microbiological, metals, technology. Abstrato Em todo o mundo, existem grandes quantidades de sulfetos derivados da mineração com características refratárias e/ou com íons em sua estrutura translúcida que são prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana. Estes sulfuretos têm teores relevantes de ouro, mas o processamento destes materiais não é ideal pelos métodos tradicionais, o que aumenta o preço da recuperação dos valores metálicos presentes. A biominagem compreende um grupo de técnicas microbiológicas utilizadas para a recuperação de metais a partir de minérios. É uma tecnologia que tem grande relevância, tanto pela abordagem

2. científica e tecnológica devido a suas aplicações atuais, como por suas altas oportunidades futuras, para diferentes processos industriais. Microrganismos acidófilos são utilizados nestes processos, pois têm a capacidade de oxidar minerais de ferro e enxofre. Neste trabalho, analisaremos o início histórico deste tipo de tecnologia, as bases químicas e microbiológicas do processo, assim como seus estudos industriais. Também apresentaremos novas áreas de pesquisa e progresso, a fim de melhorar e aumentar os campos de aplicação desta tecnologia de mineração com baixo impacto ambiental. Palavras-chave: Biominagem, sulfetos, derivados, íons, microbiológicos, metais, tecnologia. I. Introducción En el campo de la minería las prácticas biotecnológicas para que se lleve a cabo el proceso de minerales son empleadas, especialmente, para la extracción de oro y cobre (Ehrlich , Newman, 2009).También, es de vital importancia explicar que actualmente, del 10% al 15% de la obtención mundial de cobre es derivada a partir de la biolixiviación de minerales de cobre de bajo tenor (Bevilaqua, 2002).Los métodos alternos como la biohidrometalurgia muestran ventajas como inferiores costos de operación y capital de inversión, los cuales logran llegar a ser hasta un 50% menos en insumos y pequeños requerimientos de energía (ACEVEDO, F., GENTINA, , 1993)desde el ámbito ambiental, la baja emisión de gases nocivos, comparado con otros métodos usados de manera común en el favor de minerales, como la tostación (Çopur, 2001) En Perú la actividad minera es la fuente primordial de ingresos, sin embargo, ésta forja una gran contaminación, como lo es la explotación de sulfuros que puede generar un eminente drenaje ácido de mina, la cual está siendo confrontada con recientes opciones, como el uso de bacterias biolixiviantes. La existencia de significativos recursos de baja ley, remanentes de la explotación de minerales, sumado a las sospechas de agotamiento de las reservas minerales, ha generado en los investigadores la búsqueda de técnicas rentables y eficientes para el rescate de metales, entre ellos, el cobre. Entre estas técnicas, la biolixiviación, un proceso natural de disoluciones, resulta de la acción de bacterias específicas para extraer metales de los minerales. (Agudelo J., Betancur U., Martínez-Nieto W., Castañeda-Peña, 2002) Asimismo, la biolixiviación es una tecnología que se encuentra en estado de implementación en los yacimientos mineros (Nagy A.A., Gock E.D., Melcher F., Atmaca T., Hahn L.,, 2007)). En Tacna, en el yacimiento minero de Toquepala propiedad de la empresa Southern Peru Copper se está avanzando con las técnicas de biolixiviación encontrándose en una etapa de experimentación a escala de laboratorio. En este proceso es importante el uso de consorcios nativos (Saavedra A. & Corton E., 2014)debido a que el microorganismo se encuentra presente en el consorcio, formando un ambiente propicio y adecuado para el desarrollo del otro, logrando incrementar su interacción, espacio adecuado para su desarrollo y su acción lixiviante (Acevedo F., Gentina J. C, 2005)L. ferroxidans y los oxidadores de azufre Thiobacillus

3. thiooxidans o Thiobacillus caldos (termófilos moderados) han expuesto una más eficaz disolución de la calcopirita que en cultivos solos. El proceso de sinergismo atenúa sincronía metabólica a las bacterias termófilas moderadas Sulfobacillus spp. y A. ferroxidans que oxidan el azufre (Juárez, 2004). Entre todos los microorganismos lixiviantes presentes en los consorcios, los que tienen mayor demanda en biolixiviación son Acidithiobacillus ferroxidans y Acidithiobacillus thiooxidans, encontrándose también Leptobacillus ferroxidans. Estos microorganismos muestran, entre sus características transcendentales, que son aptos para vivir en ambientes hasta de un pH 1 y son quimiolitoautótrofos, debido a que tienen como fuente de energía componentes inorgánicos. Por ejemplo, una de las principales características de Thiobacillus ferrooxidans, que lo hacen el microorganismo más factible para ser empleado en la oxidación biológica de minerales de hierro y azufre, para recobrar metales de interés económico, es su capacidad para oxidar selectivamente al ??2+ presente en los minerales refractarios de la clase de los sulfuros como la pirita y la arsenopirita (E, 1997)La biolixiviación microbiana sucede con diferentes factores dispuestos como son el pH bajo (1-2), los nutrientes, la presencia de metales pesados, la temperatura, la luz, oxígeno y dióxido de carbono. La biooxidación tiene relación directa con la biolixiviación .Estos microorganismos utilizan como fuente primaria de energía las formas reducidas de hierro y azufre, y el ??2como fuente de carbono para su síntesis celular Los microorganismos agrupados a este proceso se clasifican según la temperatura a la que se desenvuelven de forma óptima en mesófilos (˂ 40 °C), termófilos moderados (entre los40 y 55 °C) e hipertermófilos (entre los 55 y 85 °C(Brierley, 2000). En la biolixiviación intervienen bacterias mesófilas Acidithiobacillus ferrooxidans, At. Thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans y Leptospirillum ferrifilium, termófilas moderadas At. Caldus, Leptospirillum thermoferrooxidans y Sulfobacillus y termófilas Sulfolobus, AcidianusMetallosphaera y Sulfisphaera, entre otras (Rohwerder et al., 2003). Este trabajo tuvo como objetivo entender, recopilar información de distintos artículos científicos para dar a conocer el tema de la biominería, comprendiendo su importancia desde su aplicación ,como sus ventajas sostenibles hacia el cuidado del medio ambiente y la actividad minera legal . II. Metodología Esta investigación es una exploración de literatura narrativa (Rother, 2007).En donde se seleccionaron 18 artículos científicos de investigación en biominería en donde: i) 4 relatan sobre la biotecnología microbiana , ii) 5 artículos detallan las técnicas aplicadas en la biotecnología , iii) 06 explican sobre el tema de la botinería general , dando a conocer un poco en relacion a sus inicios y avances a lo largo del tiempo iv) 3 artículos tratan sobre casos aplicados en campo y cuales fueron los resultados obtenidos . Para tal efecto se eligieron artículos publicados entre los

4. años 2004 al 2017 , en los que se incluyeron artículos de investigación que evidencian casos aplicativos , de los que se exceptuaron los trabajos de finalización del curso, monografías, disertaciones y tesis. III. Resultados y Discusión La biomineria es parte de la biotecnología donde distintos autores investigan sobre este proceso que se realiza con microorganismos, con el fin de evitar la explotación de recursos a través de procesos químicos que degradan los suelos. Diversos artículos dedicados a la investigación demuestran la efectividad de los microrganismos como una nueva tecnología, dentro de ellos tenemos la biolixiviación encargados de lixiviar los metales presentes en minerales. Figura 1. Investigaciones y autores sobre la biomineria •JOSÉ J. GUERRERO ROJAS •Paola del Rosario Eyzaguirre Liendo •Daladier Miguel Castillo Cotrina •Héctor Alonso PELÁEZ MORALES •María Consuelo PRADA FONSECA •Gerardo CAICEDO PINEDA •Claudia Ximena MORENO HERRERA •Marco Antonio MÁRQUEZ GODOY biolixiviacion biodesulfurizacion Afexiones a la salud por relaves mineros Bioxidacion •Iselle Sabastizagal •Jonh Astete •Walter Cáceres •María del Carmen Gastañaga •Martha Lucero •Tania Oblitas •Jessie Pari •Félix Rodríguez •Delia Ho Loe k Fuente: Autores 3.1. Biomineria La biomineria se aplica en la industria minero-metalurgia en tres procesos: Biolixiviación, Biooxidación y biomineralización, en cada uno de estos bioprocesos se emplea diferentes microorganismos para el sustrato y sus productos con el fin de tener mayor rentabilidad en el mercado y genere menos impactos en el ambiente

5. 3.1.1.Biolixiviacion como un bioproceso para la minería La lixiviación bacteriana se explicaba como un proceso natural que se vale de la capacidad de cierto grupo de microorganismos – principalmente bacterias del género Acidithiobacillus de oxidar sulfuros metálicos hacia sus sulfatos solubles correspondientes, con la producción de ácido sulfúrico y sulfato férrico. (ROJAS, 2008) El cobre es un metal que se extrae en la minería a tajo abierto, para realizar la extracción, se utiliza microorgnismos como Acidithiobacillus, Sulfobacillus spp, entre otros, según el artículo revisado utiliza las bacterias mencionadas anteriormente, estas bacterias son tolerantes a altas concentraciones de cobre por el cual realizaron varios pasos para comprobar su efectividad, se dividió en dos partes: primero se realizó el aislamiento de bacterias y segundo se realiza el bioproceso de biolixiviacion. Figura 2. modelo de aislamiento de bacterias acidófilas altamente resistente al cobre Fuente:

6. Figura 3. Modelo de Biolixiviación cíclica en pilas usando bacterias altamente resistentes Fuente: En las figuras mostradas (figura 3 y 4) se puede observar el proceso de biolixiviacion de cobre, la metodología se basó en el aislamiento de las bacterias puestos en biorreactores para evaluar su crecimiento durante un tiempo determinado (96 hrs) y a diferentes concentraciones de sulfato de cobre, posteriormente se realizó electroforesis en geles de agarosa Este resultado indica la presencia de microorganismos del dominio bacteria, en los cuatro grupos del consorcio expuesto al cobre, finalmente se realiza el cultivo in vitro en diferentes tiempos de crecimiento. Como resultados arrojaron que los microorganismos pueden utilizarse como bioindicadores de concentraciones de cobre en minas, relaves, entre otros, este también realiza una lixiviación de cobre con contenido mayor de 1000 Mm. 3.1.2.Bio-oxidación Para la extracción de minerales se realiza pretratamientos como el método gravimétrico, pero no siempre resulta factible debido a que minerales como el oro y la plata están encapsulados dentro de minerales sulfurados tales como la pirita y la arsenopirita ocasionando que las minerías utilicen otros métodos en el cual generara impactos negativos, por el cual el método de bio-oxidación resulta ser una alternativa para estos casos. La biooxidación del mineral provoca la liberación del oro de la matriz sulfurada, pone en solución al mineral sulfurado, dejando al oro expuesto en la fase sólida, para posteriormente ser recuperado mediante métodos convencionales tales como la cianuración. (Lock, 2004).

7. En el artículo revisado se evalúa el proceso de biooxidación de arsenopirita utilizando la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans, este proceso se realizó en 30 días para evaluar el crecimiento de las bacterias. Figura 4. Resumen del proceso de biooxidacion de arsenopirita con la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans caracterizacion inicial del mieral Biooxidación de Arsenopirita Adaptación de A. ferrooxidans a diferentes mallas Tyler (200 y 325) Ensayos de Biooxidacion Fuente: Elaboración Propia En la figura 4 se observa los pasos que se realizaron para evaluar la efectividad de la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans como bio-oxidante de la arsenopirita, como primer paso se caracterizó el mineral pasando por molienda, auto clavado por 20 min y se caracterizó en un microscopio óptico, como resultado es la liberación de la arsenopirita con un porcentaje mayor a 90. Para la adaptación se evaluó en dos diferentes mallas Tyler de 200 y 325, este juega un papel importante para su adaptación, como resultado se obtuvo que el número de malla efectiva fue la de 200. En los ensayos de Bio-oxidación presentan dos casos ( malla 200 y 320) se pueden diferenciar cinco tipos de fases, fase I: lag o de adaptación, donde los microorganismos se adaptaron su metabolismo a las nuevas; fase II: pre-exponencial, en esta los microorganismo continúan su proceso de adaptación; fase exponencial III, la velocidad de crecimiento es máxima y el tiempo de generación mínimo; y finalmente la fase IV o fase estacionaria, donde no es común observar el crecimiento del número de bacterias. (Ospina, Mejía Restrepo, Osorno Bedoya, Márquez, & Morales, 2012)

8. 3.1.3.Biodesculturización de carbones en suspensión El proceso de biodesulfurización es autorregenerador del catalizador, y con base en el mecanismo de reacción implícito en el proceso, también se genera el medio ácido necesario para que se lleve a cabo la reacción (Rawlings 2005, Sand y Gehrke 2006); además podría proporcionar rutas alternativas para el proceso de conversión y limpieza del carbón. (MORALES, 2013) En el artículo revisado evaluó la influencia de la relación inicial de Fe3+/Fe2+ en el proceso de biodesulfurización de una muestra de carbón. Se utilizó un medio de cultivo empleando una cepa de Acidithiobacillus ferrooxidans con una concentración inicial de hierro total de 1200 mg/L, variando las proporciones Fe3+/Fe2+ entre 80:20, 50:50 y 20:80 respectivamente. Se utilizó un tamaño de partícula pasante de malla 60. Se analizaron los principales factores fisicoquímicos que pueden influir, con monitoreos de pH y potencial redox en el líquido lixiviante y mediciones de concentración de hierro total, Fe3+ y Fe2+ en solución. De acuerdo con los resultados obtenidos, los experimentos 50:50 y 20:80 mostraron mayor eficiencia, presentando los mayores porcentajes de biolixiviación de hierro en solución, alcanzando 65% y 74% respectivamente de oxidación de pirita después de 14 días de proceso. (MORALES, 2013). 3.1.4.Afexiones a la salud por relaves mineros Estas afexiones suelen darse por metales pesados que se encuentran de manera natural en el ambiente, pero por actividades antropogénicas han dado como resultado el incremento de concentración de estos metales, causando daños hacia la salud, mayormente este afecta a los niños y ancianos. El Perú es productor de plomo, el cual es un factor contaminante para la población debido a la explotación minera y sus relaves mineros, esto se da mayoritariamente en la sierra. Según un estudio se realizó una evaluación a niños del departamento de Pasco, donde existen relaves mineros con alto contenido de metales pesados. Principalmente se basaron en el plomo, en el cual se demostró que las poblaciones presentan alto contenido del metal mencionado, por lo que es recomendable que las poblaciones no sean habitadas por salud. En caso de la oroya se encontró que 25% de los neonatos ya tienen valores de plomo superiores a 10 µg/dL (14), diferentes estudios realizados en niños, y en niños de 6 meses a 6 años se detectó que 99,9% excedía estos valores. (Astete, y otros, 2009).

9. IV. Conclusiones El consorcio conformado por A. ferrooxidans y Sulfobacillus sp, demuestra capacidad de resistencia a altas concentraciones de cobre (1,000 mM) y sirve de modelo para estudios de alta resistencia al cobre ya que es usado en procesos de biolixiviación con contenidos superiores a 1000 mM de cobre, también se establece que estas especies logran ser un bioindicador de elevadas concentraciones de cobre en drenajes ácidos de minas, PLS y relaves en operaciones industriales mineras. Los procesos convencionales en comparación a los biotecnológicos representan algunas desventajas debido a que este ultimo representa : una amplia versatilidad a la hora de elegir el mejor método , el cual va desde un trabajo in-situ, incluso reactores inspeccionados con cabida de tratamiento de alrededor de 1000 toneladas por día para oro, no causa contaminantes gaseosos, presentando una fácil y económica neutralización y disposición de desechos sólidos y líquidos, sencillez y versatilidad del diseño que consiente su uso en locaciones remotas, sin necesidad de mano de obra muy calificada. Asimismo, tienen la destreza de poder ser empleados en montajes complejos como integridad de procesos ya efectivos. Los procesos biotecnológicos aplicados a la minería son considerados internacionalmente como una opción “más limpia”, mostrando ventajas partiendo del punto de vista ambiental hasta el económico. En ese sentido las aplicaciones biotecnológicas se asignan como opciones viables para la solución a variados problemas provocados por la industria minero-metalúrgica, utilizándose en diversos procesos desde el pretratamiento oxidante de materiales refractarios hasta la recuperación de metales como el oro y la plata, logrando una posterior recuperación de metales base como son el Zn, Cu, Pb, Co, Ni y Ti, mediante el biotratamiento de diversos materiales manejados en la industria como la desulfurización de carbones, bioblanqueo de caolines, entre otros . Las rizobacterias logran solubilizar cobre metálico y los procesos de biosorción y bioacumulación fueron 44 y 13 veces mayores .

10. Las diferentes capacidades de estas bacterias, aisladas de la rizosfera de plantas que se desarrollan en sitios contaminados con elementos potencialmente tóxicos (Cu, Ni, Zn, Pb y Cd, entre otros), se debe explorar con mayor profundidad para la ejecución de opciones biológicas para la remediación de suelosy limpieza de aguas. Contrariamente de las supuestas ventajas que presenta la biominería sobre otras alternativas, esencialmente desde el punto de vista ambiental, y que los nuevos depósitos minerales descubiertos tienen bajas leyes haciendo aún menos rentables las operaciones pirometalúrgicas, el impacto de esta tecnología en las operaciones comerciales, es relativamente bajo. V. Referencias Acevedo F., Gentina J. C. (2005). Biolixiviación de minerales de cobre. Fundamental, 25-43. ACEVEDO, F., GENTINA, . (1993). Bioleaching of minerals-a valide alternative for developing countries. Estados Unidos : Journal of Biotechnology. Agudelo J., Betancur U., Martínez-Nieto W., Castañeda-Peña. (16 de Julio de 2002). TEMPERATURA SOBRE CRECIMIENTO MICROBIANO Y CAPACIDAD BIOXIDATIVA. AprendeOnline, 27. Obtenido de AprendeOnline. Astete, J., Cáceres, W., Gastañaga, M. d., Lucero, M., Sabastizagal, I., OblitasJessi, T., & Rodríguez, F. (2009). INTOXICACIÓN POR PLOMO Y OTROS PROBLEMAS DE SALUD EN NIÑOS DE POBLACIONES ALEDAÑAS A RELAVES MINEROS. Peru. Bevilaqua. (2002). Oxidation of Chalcopyrite by Acidihiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans in shake flasks . Estados Unidos : Process Biochemistry. Çopur. (2001). Solubility of ZnS Concentrate Containing pyrite y chalcopyrite in HNO3 solutions. U.S.A: Chem. Biochem. Eng. E, O. (1997). Aislamiento y caracterización de cepas de Thiobacillus ferrooxidans con alta resistencia a arsénico. Adventure, 63-70. Ehrlich , Newman. (2009). Geomicrobiology, Fifth. Estados Unidos: aylor & Francis Group, LLC. Lock, D. H. (2004). Introducción a la Biometalurgia. Lima .

11. MORALES, H. A. (2013). INFLUENCIA DE LA RELACIÓN INICIAL DE Fe3+/Fe2+, EN UN PROCESO DE BIODESULFURIZACIÓN DE CARBONES EN SUSPENSIÓN. Nagy A.A., Gock E.D., Melcher F., Atmaca T., Hahn L.,. (2007). Biooxidation and cyanidation for gold and silver recovery from acid mine drainage generatingtailings (Ticapampa, Perú). Trans Tech, 94. Ospina, J., Mejía Restrepo, E., Osorno Bedoya, L., Márquez, M. A., & Morales, A. L. (2012). Biooxidación de concentrados de arsenopirita por Acidithiobacillus ferrooxidans en erlenmeyer agitados. ROJAS, J. J. (2008). BIO‐LIXIVIACIÓN. Saavedra A. & Corton E. (2014). Biotecnología microbiana plicada a la minería. Química Viva, 18-32.