16.6A: Lixiviación microbiana de mineral
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La lixiviación microbiana de minerales es el proceso en el que se utilizan microorganismos para extraer metales de minerales.
Objetivos de aprendizaje
- Evaluar las ventajas de la lixiviación microbiana
Puntos Clave
- La biolixiviación es más barata que la extracción química, más segura para el medio ambiente y más eficiente en la extracción de metales con baja concentración en minerales.
- Se realiza por bacterias oxidantes de hierro y sulfuro u hongos productores de ácido.
- Las bacterias reciclan el principal reactivo de lixiviación, como el hierro férrico, y realizan etapas de oxidación adicionales mientras obtienen energía de la transferencia de electrones.
Términos Clave
- lixiviación de mineral: El proceso de recuperación de metales a partir de minerales mediante el uso de una serie de técnicas diferentes.
La lixiviación microbiana de minerales (biolixiviación) es el proceso de extracción de metales de minerales con el uso de microorganismos. Este método se utiliza para recuperar muchos metales preciosos diferentes como cobre, plomo, zinc, oro, plata y níquel. Los microorganismos se utilizan porque pueden:
- disminuir los costos de producción.
- causan menos contaminación ambiental en comparación con los métodos tradicionales de lixiviación.
- extraer metales de manera muy eficiente cuando su concentración en el mineral es baja.
El proceso de lixiviación
Las bacterias realizan la reacción clave de regenerar el principal oxidante de mineral que en la mayoría de los casos es hierro férrico, así como una mayor oxidación del mineral. La reacción se realiza en la membrana celular bacteriana. En el proceso, se generan electrones libres y se utilizan para la reducción de oxígeno a agua que produce energía en la célula bacteriana.
Los minerales, como la pirita (FeS 2), se oxidan primero por el hierro férrico (Fe 3+) a tiosulfato (S 2 O 3 2-) en ausencia de bacterias.
En la primera etapa, el disulfuro se oxida espontáneamente a tiosulfato por el hierro férrico (Fe 3+), que a su vez se reduce para dar hierro ferroso (Fe 2+):
(1) FeS2+6Fe3++3H2O7Fe2++S2O2−3+6H+Fes2+6Fe3+3H2O7Fe2++S2O32−+6H+espontáneo
Las bacterias se agregan en la segunda etapa y se recupera Fe 3+ del hierro ferroso (Fe 2+) que luego se reutiliza en la primera etapa de lixiviación:
(2) 4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O (oxidantes de hierro) 4Fe2++O2+4H+4Fe3++2H2O (oxidantes de hierro)
El tiosulfato también es oxidado por las bacterias para dar sulfato:
(3) S2O2−3+2O2+H2O2SO2−4+2H+ (oxidantes de azufre) S2O32−+2O2+H2O2SO42−+2H+ (oxidantes de azufre)
El hierro férrico producido en la reacción (2) oxidó más sulfuro como en la reacción (1), cerrando el ciclo y dada la reacción neta:
(4) 2FeS2+7O2+2H2O2Fe2++4SO2−4+4H+2Fe2+7O2+2H2O2Fe2++4SO42−+4H+
Los productos netos de la reacción son sulfato ferroso soluble y ácido sulfúrico.
El proceso de oxidación microbiana ocurre en la membrana celular de la bacteria. Los electrones pasan a las células y se utilizan en procesos bioquímicos para producir energía para las bacterias mientras reducen el oxígeno al agua. La reacción crítica es la oxidación del sulfuro por el hierro férrico. El papel principal del paso bacteriano es la regeneración de este reactivo.
La lixiviación de cobre tiene un mecanismo muy similar.
Microorganismos capaces de lixiviación de mineral
Las reacciones de biolixiviación son realizadas industrialmente por muchas especies bacterianas que pueden oxidar hierro ferroso y azufre. Un ejemplo de tales especies es Acidithiobacillus ferroxidans. Algunas especies de hongos (Aspergillus niger y Penicillium simplicissimum) también han demostrado tener la capacidad de disolver metales pesados. Cuando se utilizan hongos, el mecanismo de lixiviación es diferente. Los hongos utilizan los ácidos que producen en sus reacciones metabólicas para disolver el metal.
En general, la biolixiviación es más limpia y segura para el medio ambiente que el procesamiento químico. Sin embargo, la contaminación ambiental con productos tóxicos, como el ácido sulfúrico de la lixiviación de la pirita, y metales pesados aún es posible. Otro inconveniente de la lixiviación microbiana es la lentitud a la que funcionan los microbios.