La aplicación de la biolixiviación posibilita recuperar mayor cantidad de metal y reducir el tiempo de los procesos

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06 Febrero, 2017

El cultivo y mantenimiento de microorganismos para la biolixiviación se realiza en las plantas de procesamiento.

Uno de los principales problemas durante los procesos de lixiviación de cobre es el tiempo que se requiere para llevar a cabo esta técnica y la cantidad de metal rojo recuperado. Una de las alternativas que se emplean para mejorar este procedimiento poco rentable es la lixiviación orgánica o biolixiviación, que termina acortando los tiempos e incrementado la cantidad recuperada, incluso de los elementos con mayor grado de resistencia a la disolución.

Según el especialista de la Cámara Minera del Perú, Patricio Navarro Donoso: “La velocidad con la que se producen las reacciones de sulfuros de cobre durante el proceso de lixiviación es sumamente lenta, lo cual provoca que esta técnica no se constituya como económicamente factible. Es precisamente ahí donde resulta importante el empleo de bacterias, las cuales actuarán como elementos catalizadores de la velocidad de las reacciones para obtener el mayor número posible de estas en ciclos más cortos. Todo esto con el objetivo de facilitar que este procedimiento resulte económicamente más rentable”.

Hay que señalar que las diferentes especies mineralógicas de cobre se comportan en forma diferente respecto a la lixiviación, teniendo en cuenta que la presencia del metal rojo en el entorno natural se da en dos grupos de minerales: los oxidados y los sulfurados. Los primeros resultan fácilmente solubles, por lo que su beneficio se realiza a través de la lixiviación ácida. Por su parte, los sulfurados resultan insolubles, incluso en ácidos concentrados, por lo que para extraer el cobre de ellos, previamente se deben oxidar los sulfuros. Para ello, la tecnología convencional utiliza la molienda fina, la concentración selectiva por flotación y la obtención del metal por pirometalurgia.

Se puede realizar una clasificación de las velocidades con las que ocurren los procesos de disolución de acuerdo con las características de los minerales. Tenemos en primer lugar los procesos de cinética muy rápida, donde se encuentran los sulfatos de cobre, cloruros y carbonatos. Todos ellos se disuelven con muy poca acidez y a temperatura ambiente. En segundo lugar tenemos los minerales que se lixivian con una cinética levemente inferior a los anteriores, dentro de estos elementos encontramos los silicatos y óxidos de cobre, los cuales requieren de una solución levemente acidulada.

Continuando con las categorías, llegamos a los elementos de cinética moderada, acá nos encontramos con los óxidos reducidos. Estos elementos para disolverse necesitan de un oxidante como el ión férrico  y son sensibles a la agitación y la temperatura. Después se establecen los minerales con cinética lenta, a esta división pertenecen los sulfuros simples de cobre. Finalmente, se encuentran los elementos de cinética muy lenta, donde destacan los sulfuros dobles de cobre como la calcopirita.

Resulta importante resaltar que materiales como la calcopirita, conjuntamente con la calcosina y covelina, constituyen la mayor proporción de las reservas de cobre. En el caso puntual de la calcopirita, resulta bastante refractaria, incluso a la aplicación de bacterias. Hasta hace pocos años no existía una forma de explotación comercial rentable de este elemento y solo se contaba con la recuperación parcial que se obtenía en los botaderos.

Esto empezó a cambiar el  2011, cuando la empresa Chilena Codelco, a través de su filial Biosigma (que  nace producto de una asociación con la japonesa Nippon Mining and Metal) presentó y patentó la invención del microorganismo Wenelén, logrando así la propiedad intelectual de una bacteria que acelera el proceso de recuperación de cobre en los minerales de baja ley como la calcopirita.

“El valor de Wenelén es que se trata de un microorganismo que tiene propiedades claves para la biolixiviación de la calcopirita, que es la gran tarea que tiene la industria del cobre: alcanzar la biolixiviación de este mineral en condiciones de eficiencia y en tiempos comparables al de otros elementos sulfurados. Esto constituye una tremenda oportunidad para transformar recursos de baja ley en reservas comercialmente explotables”, indicó Pedro Morales, Gerente Corporativo de Innovación de Codelco hasta el 2013.

Como se conoce, desde el punto de vista de industrial, los principales métodos de lixiviación de minerales son los siguientes: lixiviación en pilas, lixiviación en botaderos y la lixiviación por agitación. En cuanto a las bacterias, las que resultan usadas de forma más habitual en los procesos industriales son las Thiobacillus ferroxidans y Thiobacillus thiooxidans. La reproducción de estos organismos es por simple partición. Para su desarrollo es necesario que cuenten con unas condiciones óptimas de temperatura, acidez, y oxigenación. A su vez, necesitan la ausencia de otros factores que en lugar de estimular su desarrollo, simplemente las eliminan o dificultan. Entonces, se puede decir que son elementos de una fuerte sensibilidad en relación a las condiciones externas que las rodean.

Estos microorganismos siempre están presentes en las aguas industriales mineras, por lo tanto, dentro de una planta se realiza su cultivo y mantenimiento para su posterior incorporación en los sistemas de lixiviación, a través de su inyección en los PLS que contienen las soluciones que terminarán alimentando a los botaderos o pilas. Las bacterias que generalmente intervienen en la biolixiviación son las autotróficas, que requieren de dióxido de carbono para sintetizar sus nutrientes, y las aeróbicas, que necesitan de oxígeno para su respiración. Como el dióxido de carbono y el oxígeno son sustancias que se encuentran en el aire, resulta indispensable que, tanto los botaderos como las pilas de lixiviación cuenten con un adecuado sistema de aireación.

Existen dos tipos de mecanismo mediante los cuales las bacterias participan en el proceso de lixiviación. El directo, que involucra que las reacciones químicas que se producen sean  catalizadas enzimáticamente y requiere la existencia del contacto físico de los microorganismos con el mineral. Por otro lado, en cuanto al procedimiento indirecto, las reacciones químicas (sean del tipo enzimáticas o no), se producen sin existir un contacto físico entre las bacterias y el mineral.

Como se ha mencionado, uno de los agentes que condicionan su crecimiento es la temperatura. Si bien el rango es muy amplio (entre 2 y 40º C), los valores ideales para su desarrollo varían entre 30 y 35º C. También se ha comprobado que se produce una inhibición de la actividad bacteriana cuando se produce el aumento de la concentración de iones férricos en la solución.

En la actualidad una de las aplicaciones de la lixiviación bacteriana más empleada a nivel mundial dentro de las plantas metalúrgicas es la que se realiza en botaderos o in situ, que se aplica a minerales de cobre o sulfuros metálicos. Otro método empleado en gran número de operaciones es la lixiviación en pilas, con aplicaciones a minerales de cobre. Esta está asociada a minerales de baja ley y del tipo mixto. Otro procedimiento en el cual se involucra la acción bacteriana es la lixiviación agitada en reactores controlados, los cuales se aplican específicamente a los concentrados de  sulfurados de cobre y de oro ocluido en pirita.

“Uno de los objetivos estratégicos de Codelco es el desarrollo y adaptación de tecnologías, encontrar nuevos métodos de explotación y generar conocimiento, con la finalidad de contribuir al avance en materias de seguridad, sustentabilidad, reducción de costos y productividad”, señala Fidel Báez, actual Gerente de Tecnología e Innovación de Codelco.

Como consecuencia de estos objetivos, esta compañía chilena ha continuado trabajando para encontrar procedimientos que permitan mejorar la recuperación del cobre. De esta forma el año pasado se llevó a cabo una prueba industrial en la División Radomiro Tomic, que demostró que la tecnología de utilización de microorganismos, desarrollada por Biosigma, permite obtener mejores resultados en cuanto a la recuperación de cobre. Esto debido a que las bacterias empleadas son capaces de disolver el hierro y el azufre, liberando metal rojo y dejándolo soluble, incluso desde la calcopirita.

Para el desarrollo de la citada prueba se consideró la construcción de una Planta de Producción de Biomasa y sus instalaciones anexas. Esto permitió elaborar microorganismos y soluciones biolixiviantes en una cantidad suficiente para procesar el mineral de baja ley en dos pilas de aproximadamente 25 mil toneladas cada una, con una ley promedio de cobre del 0,4%. Más del 70% del cobre contenido en estos minerales se encontraba en la forma de minerales sulfurados primarios, especialmente calcopirita y bornita. Dos depósitos utilizaron tecnología Biosigma y las restantes, la biolixiviación estándar con microorganismos nativos.

La prueba, de un año de duración, resultó muy exitosa. El método Biosigma logró recuperar entre un 30 y 50% más de cobre fino que la tecnología convencional. Además, aumentó la velocidad de recuperación, lo que ayudó a disminuir los ciclos de biolixiviación a menos de la mitad.

Por último hay que indicar que la aplicación de las bacterias se amplía a la recuperación de otros metales relacionados con minerales sulfurados, como en el caso de los sulfuros de cobalto, níquel, cinc, plomo y otros polimetálicos. Asimismo, existen estudios para permitir el tratamiento de minerales complejos de manganeso y plata, y para la recuperación de metales del grupo del platino. También se han propuesto bacterias para la recuperación de minerales de uranio, cuyo mineral se encuentra combinado con piritas.