Convenio 002 unab-minesa para el desarrollo del proyecto denominado “tratamiento de minerales sulfurados refractarios de oro mediante procesos de biolixiviación utilizando consorcios microbianos nativos como una alternativa de contribución a la sostenibilidad ambiental”

  • Chálela Álvarez, Graciela (Investigador principal)
  • Rojas Aguilar, Norma Yadira (Investigador principal)

Proyecto: Investigación CientíficaInvestigación Básica

Detalles del proyecto

Descripción

La minería es una actividad extractiva altamente destructiva y dependiendo del método que se utilice puede ser altamente nociva para la salud de las personas y para el medio ambiente. Entre los principales impactos se encuentran: la destrucción de la corteza terrestre; la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas; el envío de emisiones sólidas a la atmósfera por las actividades de voladura y arranque de material, en los procesos de carga y por el transporte o por las actividades metalúrgicas y la remoción eólica de partículas finas procedentes de los botaderos; la afectación de la flora y fauna del entorno; la emisión de gases por la combustión de la maquinaria, emisión de voladuras que producen CO2, CO, mezcla explosiva de metano y aire (grisú), las emisiones propias de la actividad minera como COX, NOX, SOX, SO2 de la pirometalurgia; los aerosoles tóxicos que se producen en los procesos de biohidrometalurgia que implican el riego por aspersión de pilas de mineral con compuestos tóxicos como el ácido sulfúrico y el cianuro de sodio para la extracción del oro; ruido por los diferentes mecanismos de acción como la molienda del mineral y las excavaciones, ondas aéreas, que son ondas de presión que general vibraciones; desertificación, erosión y pérdida de la fertilidad del suelo, con modificación del relieve de los terrenos, aumento notorio de la escorrentía; pérdida de las propiedades químicas del suelo, contaminación por metales pesados, acidificación por drenajes ácidos y adición de al suelo de sales especialmente sulfatos impacto visual y los efectos negativos a veces graves a la salud humana. Como enfermedades pulmonares, afectaciones de la piel, cáncer de diversos tipos.

En Colombia la minería ha causado notables daños, con tasas altas de mortalidad infantil que en los departamentos del Cesar y la Guajira llegaron en el 2012 se registraron respectivamente 20 y 32 decesos influenciado este fenómeno por la ejecución irresponsable de las actividades mineras.

En Potafolio de Mayo de 2016, aparece un interesante artículo de Emilio Sardi, en donde hace un análisis sobre la minería en el país: “Los efectos negativos ambientales, sociales y de seguridad de las explotaciones mineras, legales e ilegales, son divulgados día tras día, y generan indignación en comunidades, preocupación en medios de comunicación y decisiones judiciales de altas cortes, No aludiré hoy a la minería ilegal más allá de señalar que su impacto como factor de inseguridad y degradación ambiental es monstruoso. Es fuente financiera de bandas criminales de todas las layas y siglas, empezando por la Farc, y quizás por eso está absolutamente descontrolada. El Estado central elude el problema mediante el simple expediente de endosárselo a los alcaldes, quienes obviamente no tienen la forma de enfrentarlo. Pero, también, la llamada minería legal tiene graves problemas. En el 2015, 9.291 títulos mineros inscritos en el registro minero nacional cubrían más del 5% territorio. Ese año, las inspecciones del Estado generaron 29.966 no conformidades, o incumplimientos de parte de los titulares de esas concesiones, en temas jurídicos, técnicos, económicos, ambientales y de seguridad minera. Esta cifra, similar a la de cualquiera de los años precedentes, en los que más de 90% de los títulos, rutinariamente, suma cerca de 30 mil incumplimientos por año”.

Dada esta situación es necesario buscar soluciones alentadoras, no en contra de la minería sino cambiando los mecanismos y la mentalidad de la extracción de minerales. En la actualidad se conocen los aportes significativos de los microorganismos pertenecientes a diversos grupos taxonómicos en los procesos de extracción de metales de interés económico a partir de yacimientos o concentrados minerales de baja ley, a estos microorganismos se les conoce como biolixiviantes y a su metodología como biolixiviación microbiana que lleva implícita la bioxidación. A estos microorganismos se les ha encontrado en diferentes ambientes tanto mesófilos como termófilos, pertenecientes a los dominios Bacteria y Archae como Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thioxidans, Leptospirillum ferrooxidans, Ferroplasma acidiphillum, Acidithiobaillus caldus, Sulfolobus acidocaldarius.

Diferentes investigaciones a partir del descubrimiento de los microorganismos lixiviantes, han demostrado las aplicaciones potenciales en la biolixiviación como una alternativa rentable, viable y ambientalmente sostenible.
El crecimiento y multiplicación de un microorganismo biolixiviante como su capacidad de biolixiviar metales, como oro, presente en los minerales pirita (FeS2) o arsenopirita (FeAsS), puede ser afectado por diferentes factores fisicoquímicos y ambientales como la temperatura, el pH, la saturación de oxígeno, el potencias redox entre otros. Es por eso que conocer la temperatura adecuada y el efecto que ésta produce en el crecimiento microbiano y la capacidad biolixiviante de un cultivo nativo, se constituye en un tema innovador, ya que la búsqueda bibliográfica ha reportado pocos trabajos sobre el mismo y los resultados obtenidos de la investigación serán de gran importancia para el desarrollo de las nuevas tecnologías que sin duda traerá grandes beneficios, como la mayor extracción de minerales sin producir daños ambientales apreciables..

Pregunta de investigación
¿Cuál es el efecto de la temperatura y el grado de correlación en el crecimiento microbiano y la biolixiviación sobre pirita y arseonopirita utilizando un cultivo microbiano biolixiviante?
¿Los microorganismos nativos que intervienen en los procesos de lixiviación tienen la capacidad de oxidar minerales sulfurados para las reacciones de biolixiviación que les permite sintetizar sus precursores celulares a partir de compuestos inorgánicos?

Hipótesis
El aumento gradual de la temperatura en los cultivos de microorganismos nativos adaptados a diferentes temperaturas incrementa su multiplicación y por consiguiente la capacidad biolixiviante sobre minerales sulfurados.
La metodología de la biolixiviación utilizando microorganismos nativos que no produce alteración al ambiente, contribuye a alcanzar los objetivos del desarrollo sostenible relacionados con el agua, los ecosistemas terrestres, y la salud.

Justificación
Cada vez se hace necesario y casi obligatorio en la industria de la minería, la búsqueda de métodos de extracción más amigables con el ambiente en la extracción de minerales, debido en primer lugar a los costos tan altos que acarrean los procesos y en segundo lugar porque al usar sustancias químicas se produce una gran e irreversible contaminación ambiental con consecuencias para la salud humana.
Como uno de los desarrollos más notables en el estudio de los procesos de disolución de minerales, durante los últimos años, son los fundamentos bioquímicos de las reacciones de lixiviación, que en este contexto explican los mecanismos químicos detrás del comportamiento del azufre en estos procesos (Schippers y Sand 1999; Schipperset al. 1996 y 1999),
Una alternativa biológica a este problema es la utilización de microorganismos biolixiviantes nativos, los cuales se encuentran presentes en los drenajes de las minas y en los sólidos de las minas. Aislarlos, hacerlos crecer en medios adecuados y determinar los factores que puedan inhibir su crecimiento y capacidad biolixiviante, es de suma importancia para realizar una buena biolixiviación.
Diversos autores indican que la concentración de metales pesados, los nutrientes, el pH y la temperatura afectan el crecimiento microbiano de los cultivos biolixiviantes. Entre todos éstos, la temperatura es la que tiene mayor incidencia sobre la multilicación. (Constanza, 2000).
A los microorganismos biolixiviantes se les ha encontrado en ambientes con temperatura en el rango de mesófilos y termófilos, a la mayoría como mesófilos. La temperatura óptima de crecimiento y desarrollo de un microorganismo es variable en el rango de temperatura mesofílica, por ello es importante determinar cuál es esa temperatura óptima para su crecimiento y capacidad biolixiviante.
A medida que los estudios fueron avanzando se descubrió una compleja comunidad microbiana acidófila involucrada en la solubilización de metales. En estos ambientes se pueden encontrar una gran variedad de microbios como bacterias, arqueas, mohos, conformando un valioso consorcio microbiano. Están presentes microorganismos con metabolismo autótrofo y heterótrofo, los microorganismos más importantes con capacidad biooxidante que se encuentran con frecuencia en estos ambientes son aquellos con capacidad de oxidar hierro como Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillium ferrooxidans, Ferroplasma acidiphilum entre otros. También se encuentran microorganismos con capacidad de oxidar azufre, como Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus caldus.. es importante resaltar que la mayoría de los microorganismos quimiolitoautótrofos que participan en el proceso de solubilización de metales presentes en un ecosistema dado pueden inhibirse por la presencia de compuestos orgánicos. (Saavedra y Cortón, 2014).
En presencia de buena cantidad de compuestos orgánicos, es notorio el aumento de la comunidad de microorganismos heterótrofos, como es el caso la presencia frecuencia de Acidiphillium spp., que es un acidófilo heterótrofo, cuya misión parece ser la de mantener en concentraciones bajas los compuestos orgánicos y evitar de esta manera la inhibición de los consorcios biolixiviantes. Una vez se descubrió A. ferrooxidans y dada su valiosa capacidad hierro-oxidante, la comunidad científica empezó a publicar su participación en la solubilización de metales a partir de rocas minerales. Se comprobó finalmente, que la presencia de microorganismos en la solubilización de los metales asociados a minerales con azufre se aumentaba de manera bastante eficiente.(Bryner y colaboradores, 1954, citado por Cotón y Saavedra, 2014).

Con este estudio se inició el interés para comprender los procesos microbiológicos y bioquímico, directos mediados por los microbios e indirectos por la acción de sus metabolitos que hacen posible el proceso. Una ventaja que tiene la biominería comparado con otros procesos biotecnológicos es el interés multidisciplinario, luego de su descubrimiento los microorganismos quimiolitoautótrofos ya se aplican exitosamente no solo a nivel de planta piloto sino en la gran minería.
En un Manual sobre el impacto ambiental, verdades y falacias de la minería publicado en 2012, en la Argentina, se enumeran los impactos, amenazas y riesgos que se producen a lo largo de todo el ciclo minero de metales:
“- En la prospección: tala de árboles, construcción de túneles y trincheras. Alterando tanto el paisaje como la topografía del terreno y provocando erosiones inevitables.
- En la exploración: perforaciones. alteraciones en el suelo y contaminación de acuíferos (con combustibles y lubricantes). Atentando también contra la salud de la población.
- En la construcción y diseño de la mina: perforaciones, adecuación del terreno, movimiento de máquinas y equipos pesados. Ocasionando erosión, eliminación de vegetación, generación de polvo, pérdida de drenajes naturales, deslizamientos y depósito de sedimentos en ríos cercanos.
-En la explotación y extracción de minerales: perforaciones, voladuras y transporte que ocasionan con frecuencia daños a la fauna acuática y aérea.
-En el procesamiento del mineral: operaciones físicas y químicas con el empleo de mucha agua, apilado de colas y relaves (residuos de la explotación), desechos de sustancias químicas empleadas, generación de depósitos de escorias y en algunas ocasiones, un alto consumo de energía. Es entonces casi inevitable contaminación del aire, el agua y el suelo con el consiguiente riesgo para personas, animales y plantas.
-Durante el cierre y la remediación de la mina: Si bien es cierto que no se puede pretender que las áreas explotadas vuelvan a su estado original, es deseable que al menos sirvan para otras finalidades. El principal problema es el procesamiento de las geomembranas y el de carácter social por el despido de los trabajadores y la consecuente generación de pueblos fantasmas.”

En el mismo Manual, se enumeran los daños ambientales más frecuentes que inciden sobre:
1. La flora y la fauna: deforestación de suelos, con la consiguiente eliminación de especies endémicas y eliminación del control que lleva a cabo la vegetación en los casos de las grandes crecidas de los cursos de agua en los períodos de mucha lluvia.
2. El suelo: modificaciones en el relieve por las excavaciones y generación de elevada cantidad de residuos de roca sin ningún valor económico.
3. El agua: alto consumo de agua, que en general disminuye significativamente la capa freática del lugar y, en otras ocasiones, contaminación de las mismas por la movilización de metales solubilizados por los productos químicos ácidos cuando se aplica lixiviación.
4. El aire: el polvo que genera la actividad minera en ocasiones es causa de enfermedades por trastornos respiratorios y asfixia de plantas y árboles. Se pueden producir emisiones de gases tóxicos como subproducto de algunos de los procesos de tratamiento.

Por todo lo anterior, los procesos biotecnológicos aplicados a la minería se consideran mundialmente como una alternativa “más limpia”, mostrando ventajas tanto desde el punto de vista ambiental como económico. Es por esto que las aplicaciones biotecnológicas se imponen como alternativas con gran potencial para la solución a múltiples problemas generados por la industria minero-metalúrgica, utilizándose mundialmente en diversos procesos como lo son pretratamiento oxidante de materiales refractarios a la recuperación de metales como el oro y la plata, lixiviación para la posterior recuperación de metales base como son Zn, Cu, Au, Pb, Co. Ni y Ti, además biotratamiento de variados materiales procedentes de la industria como la desulfurización de carbones, bioblanqueo de caolines, entre otros.
Los procesos biotecnológicos presentan ventajas, comparados con los procesos convencionales, debido a: amplia versatilidad a la hora de decidir el método indicado, el cual puede ir desde una operación in-situ, hasta reactores controlados con capacidad de tratamiento de alrededor de 1000 toneladas por día para oro, no produce contaminantes gaseosos, fácil y económica neutralización y disposición de desechos sólidos y líquidos (ambientalmente aceptados y fácilmente controlables), simplicidad y versatilidad del diseño que permite su uso en locaciones remotas, sin requerimientos de mano de obra muy calificada y su puesta en marcha corta y costos de capital y operación bajos. Además, poseen la habilidad de poder ser usados en montajes complejos como complemento de procesos físicos y químicos ya existentes. (David,et al. 2011).


Objetivo General

Tratar minerales sulfurados refractarios de oro mediante procesos de biolixiviación utilizando consorcios microbianos nativos como una alternativa de contribución a la sostenibilidad ambiental.

Objetivos Específicos

•Enriquecer el mineral a lixiviar procedente de los sólidos de la región aurífera de california, Santander, mediante su inmersión en medio 9K Silverman y Lundgren por 10 días para liberar a los microorganismos.
•Aislar microorganismos biolixiviantes de drenaje de minas y de mineral de pirita y arsenopirita utilizando diversos medios de cultivo.
•Identificar a los diferentes microorganismos aislados y mas tarde se conformarán consorcios para la biolixiviación.
•Determinar el efecto de diferentes temperaturas, 25, 40, 50, 70ºC y el grado de correlación en el crecimiento microbiano y la biolixiviación de los minerales, en el medio de cultivo seleccionado.
•Definir la temperatura a la cual se establece mayor concentración microbiana de oro biolixiviados.
•Establecer el grado de correlación entre la curva de crecimiento microbiano, la biooxidación de hierro III y la biolixiviación del oro.
•Emplear para el proceso de biolixiviación reactores agitados a para establecer una circulación ascendente-descendente de la pulpa lo que facilita el bioproceso.

EstadoFinalizado
Fecha de inicio/Fecha fin2/08/191/08/20

Objetivos de desarrollo sostenible de las Naciones Unidas

En 2015, los estados miembros de las Naciones Unidas acordaron 17 Objetivos de desarrollo sostenible (ODS) globales para erradicar la pobreza, proteger el planeta y garantizar la prosperidad para todos. Este proyecto contribuye al logro de los siguientes ODS:

  • ODS 3: Salud y bienestar
  • ODS 6: Agua limpia y saneamiento
  • ODS 15: Vida de ecosistemas terrestres

Palabras clave

  • minerales
  • oro
  • sostenibilidad ambiental.

Líneas de Investigación UNAB

  • Desarrollo sostenible
  • Biotecnología y Ambiente

Estado

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