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BIOTECNOLOGIA APLICADA A LA INDUSTRIA MINERO-METALURGIASon muchos los elementos que deterioran el medio natural, y muchas las actividades del hombre que tienen consecuencias negativas en los recursos naturales de la Tierra. Cada vez es mayor el nmero de alarmas que se disparan para alertarnos de los riesgos, no existe ningn medio que no est afectado, o con grandes posibilidades de afectarse, y no existe ninguna solucin que garantice la plena resolucin de los peligros.

El vertido de sustancias txicas se hace cada ao ms incalculable. Miles de compuestos qumicos, creados en laboratorios, alteran el funcionamiento de los ecosistemas y atentan contra la salud de sus habitantes: efluentes agrcolas, residuos industriales y accidentes industriales, contaminan aguas superficiales, suelos, aire, corrientes acuosas, y los reservorios.

Cuando hablamos de microbios (bacterias, hongos y levaduras), lo primero que viene a nuestra mente son aquellos organismos microscpicosresponsables de las enfermedades que aquejan al ser humano: diarreas, clera, tuberculosis, tifoidea, infecciones urinarias, o pie de atleta, entre otras.Los microbios cumplen una serie de tareas beneficiosas y fundamentales para la humanidad y la vida en su conjunto. Jams imaginamos que existan microorganismos tiles en la fabricacin de productos como vino, cerveza, yogurt, pan, medicamentos, entre otros; o que sean capaces de vivir en condiciones extremas de temperatura y acidez siendo tiles en la extraccin de metales contenidos en minerales.El empleo de microorganismos bacterias, levaduras y hongos como catalizadores de procesos industriales se conoce como BIOTECNOLOGA, y en el sector minero mundial concita gran inters por la enorme posibilidad derecuperar metales presentes en minerales difciles de tratar con la tecnologas convencionales, asi como tratar efluentes generados en la etapa productiva.PRENSA REGIONAL MOQUEGUA, Diciembre 13, 2013, pp6Una primera definicin del trmino nos permite decir que la biominera es la disciplina que estudia y aplica la utilizacin de microorganismos para facilitar la extraccin y recuperacin de metales desde yacimientos minerales conteniendo hierro y/o sulfuros, concentrados sulfurados en pilas o biorreactores.En un sentido ms amplio, aplica la biotecnologa a la industria minero-metalrgica en tres bioprocesos (Bio-lixiviacin, Bio-oxidacin y Bio-mineralizacin) para lograr la purificacin de metales, cada uno emplea microorganismos especficos con variaciones con el sustrato (minerales) y los productos (Iones, metales, polmeros, cidos, etc) para aumentar la productividad de la Industria y tener menor impacto al medio ambiente.Adicionalmente, implica otras reas: Biosorcin de metales txicos y valiosos Bioremediacin Fitoremediacin Biosensores. Biomonitores. Biomarcadores. Diseo de bioreactores e Ingeniera ecolgica Tratamiento biolgico de efluentes y desechos: drenajes cidos, efluentes cianurados. Mejoramiento gentico Reduccin pasiva y activa de sulfatos Pantanales o wetlands modificados con ingeniera Biocidas en pilas de roca estriles Ingeniera ecolgica para purificacin de soluciones Tapones biolgicos impermeabilizar superficie de botaderos. Fosfato de origen biolgico para estabilizar residuos. Tratamiento biolgico de aguas residuales. Biosurfactantes Biofiltros para tratamiento de gases txicos, otros masBIORREMEDIACINUso de microorganismos para la remediacin ambientalBIOMINERAAportes biolgicos a los procesos de explotacin mineraLixiviacin, Flotacin RecuperacinEn un principio, cuando se quera explicar la habilidad y el empleo de microorganismos en la disolucin de metales generalmente se hablaba de LIXIVIACIN BACTERIANA o BIOLIXIVIACIN y para darle una mayor jerarqua se la elevaba al rango de BIOHIDROMETALURGIA o simplemente BIOMETALURGIA. Esto bsicamente porque los estudios, y las aplicaciones industriales, se concentraban en la disolucin o lixiviacin de cobre o uranio. La lixiviacin bacteriana se explicaba como un proceso naturalque se vale de la capacidad de cierto grupo de microorganismos principalmente bacterias del gnero Acidithiobacillus (antes Thiobacillus) - de oxidar sulfuros metlicos hacia sus sulfatos solubles correspondientes, con la produccin de cido sulfrico y sulfato frrico. (Guerrero, 2008)Con el surgimiento del inters de recuperar oro a partir de menas refractarias, naci el concepto de BIOOXIDACIN DE SULFUROS, necesario para explicar la participacinbacteriana en un mecanismo muy distinto que para la disolucin del cobre. Cmo se realiza el proceso? El microrganismo se sirve del mineral como alimento, lo utiliza para sobrevivir y libera metales sin requerir una aplicacin externa de energa.

FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR EL PROCESO1255 g/l Cu(II)160 g/l Fe(II) Resistente a metales)72 g/l Ni(II)120 g/l Zn(II)30 g/l Co(II) Acidfilo (pH 1-4) Oxida Fe2+ y S Es un bacilo Aerbico Usa CO2 Mesfilo (20-40 oC)Acidithiobacillus ferrooxidans

Acidithiobacillus thiooxidansLeptospirillum ferrooxidansLIXIVIACIN BACTERIANALEVADURASBACTERIAS HONGOSIncremento en la velocidad de disolucin de ciertos componentes en una matriz insoluble o poco soluble,por accin directa o indirecta de microorganismosBIOLIXIVIACIN Cenizas, Escorias Residuos cloacales Sedimentos Acuticos Residuos industriales Disposicin final Residuos domiciliarios Aceleracin del procesoNUTRIENTESDE METALESMEDIO LIXIVIANTEAIRERECUPERA CIN Tierras contaminadas Minas Clausuradas Radionclidos RecuperacinINOCULACION Ms econmico Solubilizacin gradual de los metalesRemocin por BiolixiviacinBiolixiviacin cido-reductoraBiolixiviacin oxidanteBiolixiviacin cidaSulfurosOxidosMetales solubles en menores estados de oxidacinRemocin por BiolixiviacinMEDIO LIXIVIANTE CIDOA.f./A.t./A.c.MEDIO LIXIVIANTE OXIDANTE4 Fe2++H+Fe3+O2+44+2H2OA.f./L.f.BACTERIAS MINERASS + 3/2 O2 + H2OH2SO4LeptospirillumAcidithiobacillusSilicatosCNEAOCTUBRE 2007EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)HongosLevadurasBacterias hetertrofaspH muy elevadosCarbonatosPresencia de compuestos orgnicosRemocin por BiolixiviacinContaminante primario Txico MutagnicoCarcinognicoSoluble y mvilMenos txico Menos mvil Insoluble a altos pHUnUn ejemplo:ejemplo:Bioreduccin/oxidacindemetalesPRECIPITACINREDUCCINCROMO(III)CROMO(VI)Curtiembres, Metalurgia, Galvanizado, Petroqumica, etc.el cromoBIOOXIDACION EN PILASSulfuros de CobreSulfuros de CobreProceso ms ampliamente estudiado.Por accin bacterial el cobre se transforma en Sulfato de cobre soluble a partir del cual el metal puede ser recuperado.

Los sulfuros secundarios son oxidados ms fcilmente. 4 CuFeS2 + 17 O2 + H2SO4 . 4 CuSO4 + 2 Fe(SO4)3 + 2 H2O CuS2 + H2SO4 + 2.5 O2 2 CuSO4 + H2O A nivel industrial se aplica con xito en Chile, USA , Per, etc.Proceso BIOCOP para el tratamiento de cobre arsenical. Lixiviacin en Botaderos de Toquepala.LIXIVIACIN DE SULFUROS

Sulfuros Aurferos Refractarios Romper la matriz de sulfuro (pirita o arsenopirita) en la quese encuentra atrapada la partcula aurfera.2 FeAsS + 7 O2 + H2SO4 + H2O Fe2 (SO4)3 + 2 H3 AsO4 En este caso, y a diferencia de los metales base, la tecnologa bacteriana resulta siendo un pre-tratamiento antes que una disolucin propiamente dicha del metal. El enorme desarrollo e inters surgido por la biolixiviacin se debe a la necesidad de recuperar el oro contenido en menas de difcil tratamiento. Es posible tratar sulfuros refractarios empleando tanques agitados o pilas (heaps): BiOx, MinBac, Newmont, Geocoat.El proceso fue desarrollado por Newmont en su unidad de Carlin, Nevada para el tratamiento de un mineral de baja ley (1 gr/T Au).Se preparan pilas de 8.5 a 10.7 metros de altrura con material molido, aglomerado con un inculo bacteriano, y acondicionado con cido.La ventaja de la aglomeracin es el rpido inicio de la biooxidacion. Se aplican periodos de descanso.BIOXIDACIN EN PILASDesarrollado por GeoBiotics para el tratamiento de sulfuros aurferos refractarios.El proceso est diseado para trabajar con concentrados generados por flotacin o concentracin gravimtrica.El concentrado se mezcla con un inculo bacteriano produciendo una pulpa delgada que se coloca sobre una roca soporte de 5 a 20 mm de dimetro. El soporte puede ser desmonte, grava, o algun producto que pueda tolerar las condiciones del proceso. La pelcula formada por el concentrado es de 0.5 a 1 mm de espesor .El proceso favorece la formacin de poros a travs de los cuales se facilita la difusin del oxgeno necesario para el trabajo bacteriano.PROCESO DE GEOCOAT

REMEDIACIN BIOLGICA

REMEDIACIN BIOLGICALa remediacin biolgica es una interesante alternativa que permite tratar, recuperar y/o restaurar cursos de aguas, suelos contaminados de metales, productos orgnicos, y dems polucin industrial.Dos tipos:

Biorremediacin

Fitorremediacin

BIORREMEDIACIN Uso de microorganismos (hongos, levaduras, bacterias) y/o sus derivados para degradar contaminantes o disminuir su accin sobre el medioambiente y su accin txica sobre los seres vivosBIORREMEDIACINEx situRemocin de los contaminantes para su tratamientoBIORREMEDIACINVENTAJAS DE TRATAMIENTO IN SITU Elimina problemas de transporte Elimina modificaciones abruptas del lugar Aplicable a contaminaciones diluidas y difundidas en un rea muy grandeIn situTratamiento en el lugar Contaminacin antigua Concentraciones moderadas de contaminante Contaminacin orgnica mltiple No se requiere una limpieza rpidaPuede agregarse nutrientes (N, P), aceptores de electrones (O2) e incluso sustratos (metano, fenol, tolueno)BIO-ESTIMULACINImplica mejorar las condiciones ambientales para favorecer el crecimiento microbianoEstrategias de biorremediacin Contaminacin reciente Concentraciones altas de contaminante Concentraciones bajas de contaminante, pero inaceptables Se requiere una limpieza rpidaAumento de las capacidades metablicas de la comunidad microbiolgica indgenaBIO-AUMENTO Inoculacin de microorganismos degradadores en el sistemaEstrategias de biorremediacinEn los procesos de biorremediacin generalmente se emplean mezclas de ciertos microorganismos o plantas capaces de degradar o acumular sustancias contaminantes tales como metales pesados y compuestos orgnicos derivados de petrleo o sintticos. Bsicamente, los procesos de biorremediacin pueden ser de tres tipos:

BIODEGRADACION MICROBIANA En este tipo de remediacin se usan microorganismos directamente en el foco de la contaminacin. Los microorganismos utilizados en biorremediacin pueden ser los ya existentes (autctonos) en el sitio contaminado o pueden provenir de otros ecosistemas, en cuyo caso deben ser agregados o inoculados

Existen, por ejemplo, bacterias y hongos que pueden degradar con relativa facilidad petrleo y sus derivados, benceno, tolueno, acetona, pesticidas, herbicidas, teres, alcoholes simples, entre otros. Los metales pesados como uranio, cadmio y mercurio no son biodegradables, pero las bacterias pueden concentrarlos de tal manera de aislarlos para que sean eliminados ms fcilmente.

METABOLISMO MICROBIANO. Los microorganismos ingieren contaminantes como fuente de carbono y algunos nutrientes como fsforo y nitrgeno. La digestin de estos compuesto en sustancias ms simples como parte del metabolismo del microorganismo, puede resultar en la degradacin del compuesto en forma parcial (transformacin) o total a dixido de carbono (CO2) y agua (H2O). BIODEGRADACION ENZIMATICAEste tipo de degradacin consiste en el empleo de enzimas en el sitio contaminado con el fin de degradar las sustancias nocivas.

Un ejemplo lo constituyen las enzimas lipasas (que degradan lpidos) que se usan junto a cultivos bacterianos para eliminar los depsitos de grasa procedentes de las paredes de las tuberas que transportan los efluentes. Otras enzimas que rompen polmeros utilizados de forma similar son las celulosas, proteinasas y amilasas, que degradan celulosa, protenas y almidn, respectivamente. Adems de hidrolizar estos polmeros, existen enzimas capaces de degradar compuestos altamente txicos. Estas enzimas son utilizadas en tratamientos en donde los microorganismos no pueden desarrollarse debido a la alta toxicidad de los contaminantes

Por ejemplo, se emplea la enzima peroxidasa para iniciar la degradacin de fenoles y aminas aromticas presentes en aguas residuales de muchas industrias.DETERMINACIN DE LA ACTIVIDAD ENZIMTICA DE LACASAS Y LIGNINA PEROXIDASAS DE HONGOS DEGRADADORES DE COLORANTES SELECCIONADOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS.

FITORREMEDIACINLa fitorremediacin constituye una variacin de las tcnicas de remediacin biolgica, pero se concreta en eluso de plantas verdes dirigidas a liberar, contener, o transformar encompuestos inocuos a los contaminantes del suelo.FITOEXTRACCINFITOVOLATILIZACINFITODEGRADACINFITOFILTRACINFITOESTABILIZACINFITO-REMEDIACINFITORREMEDIACINTIPOS DE PLANTAS MS USADAS Freatfitas - Plantas de races profundas (lamo, sauce, algodonero). Pasturas - Por su tipo de raz retienen el suelo. Leguminosas - Permiten fijar N2 y enriquecer el suelo en compuestos nitrogenados Acuticas - Permiten la degradacin

TENER UN PROFUSO SISTEMA DE RACESPRODUCIR ALTA BIOMASATENER UN RPIDO CRECIMIENTOACUMULAR ALTOS NIVELES DE METAL EN LAS ZONAS COSECHABLESSER TOLERANTE A ALTAS CONCENTRACIONES DE METALPLANTA IDEALADECUADOSESTTICAMENTEPUEDEN RECUPERARSE METALES RAROS O CAROSMENOS TRABAJOMENOS EQUIPAMIENTOMEDIAS Y BAJAS CONCENTRACIONESVENTAJAS DE LA FITO-REMEDIACINOTRAS APLICACIONESLos microorganismos, especialmente bacterias, como agentes biogeoqumicos juegan un rol muy importante en los ciclos de la materia sobre la tierra: carbono,nitrgeno y azufre, al ser agentes especficos de transformaciones qumicas agran escala.En el caso del Drenaje Acido de Mina (AMD), Acidithiobacillus ferrooxidans, conjuntamente con Leptospirillum ferrooxidans, es considerado como uno de los ms importantes contribuyentes al drenaje cido .CGeneracin de Aguascidasbacterias, de utilizar compuestos cianurados como fuente de carbono y nitrgenoformacin de amonio.Se aprovecha de la capacidad de ciertos grupos de microorganismos, mayormente convirtiendo el compuesto txico en sustancias inocuas. La biodegradacin de cianuro puede ser aerbica y anaerbica y resulta en lamina de Homestake MiningenLead. Southenlabiodegradacindeloscianurosylapertenece al gnero Pseudomonas. El procesoincluyelarupturaoxidativadelcianuroyuna biopelcula.a nitratomedianteuna nitrificacinbiolgica.+ NH3NO2-1NO3-1+ O2 =La primera operacin industrial se localiza en laDakota, USA. El sistema de tratamiento se basa biosorcin de los metales pesados txicos. El principal microorganismo encontradoinvolucra dos pasos biolgicos. El primero, thiocianato y la captura de los iones metlicos enEl segundo paso, convierte el amonio producidoMxCNy + 2 HxO + O2 = M-biopelcula + HCO3(Me: Fe, Cu, Zn)SCN- + 2 H2O + 5/2 O2 = SO4-2 + HCO3-1 + NH3NH4+ + 3/2 O2 = NO2-1 + 2 H+ + H2OBIORREMEDIACIN DE LA CONTAMINACIN POR MERCURIOMERCURIO: actividad antropognica Se conocen mltiples usos ya sea con propsitos industriales, medicinales y cosmticos. En la actualidad, su empleo involucra la produccin de cloro-alcalis, en la fabricacin de cables e interruptores elctricos, en instrumentos de medicin y control y en usos dentales.MERCURIO: toxicidad MERCURIO, y en especial su forma orgnica metilmercurio : Potente neurotoxina capaz de menoscabar el desarrollo neurolgico en fetos y en nios pequeos y provocar dao en el sistema nervioso central de los adultos. Altas exposiciones al mercurio inorgnico pueden daar elsistema digestivo, el sistema nervioso y los riones. Tanto el mercurio orgnico como el inorgnico son absorbidos va el tracto gastrointestinal y desde aqu afectar a otros sistemas. Mercurio elemental: efectos negativos en la salud al ser aspirados como vapor y depositarse en los pulmones. Esto como consecuencia de una exposicin a derrames de mercurio o a la ruptura de materiales que lo contienen y exponen al metal al aire, particularmente en habitaciones clidas o pobremente ventiladas.MERCURIO: REMEDIACIN BIOLGICA Ya sea in situ o ex situ, la biorremediacin de mercurio ha probado ser una tecnologa efectiva para el tratamiento de la contaminacin con este metal. Capacidad de ciertos grupos biolgicos de soportar altas concentraciones de mercurio presentes en los medios donde se encuentran. Mecanismos codificadas en genes que les permite modificar la forma contaminante usualmente el metilmercurio y transformarlo en una forma menos txica o en mercurio elemental. Adicionalmente, puede presentarse una acumulacin o retencin del qumico en la biomasa microbiana. En los ltimos tiempos existe una tendencia a realizar mejoramiento gentico a ciertas especies vegetales (transgnicos) para que presenten la capacidad de tolerar altas concentraciones de mercurio en el suelo y eliminar o disminuir su capacidad txica.MERCURIO: REMEDIACIN BIOLGICA Tratamiento Microbiano Las bacterias resistentes al mercurio (MRB Mercury-resistant bacteria) estn ampliamente distribuidas en la naturaleza, totalizando aproximadamente entre el 1- 10% del total de bacterias heterotrficas aerbicas. Su presencia est correlacionada con el nivel de contaminacin mercurial en un ambiente, aunque tambin pueden ser aisladas en ambientes no contaminados.Mecanismos de biorremediacinLos microorganismos pueden sobrevivir a elevadas concentraciones desales mercuriales debido a diferentes mecanismos.a.- Reduccin enzimtica a Hg y volatilizacinEl mecanismo ms comn de resistencia al mercurio es la reduccin enzimtica de iones de mercurio bivalente (Hg2+) a su forma elemental (Hg) por la flavoenzima citoplasmtica mercurio-reductasa.El mercurio elemental parece ser eliminado por difusin pasiva desde la clula bajo condiciones fisiolgicas normales. La consiguiente volatilizacin del mercurio remueve este material del ambiente circundante antes de que ocurra una re-oxidacin.biomineralizacin deHg2+como un complejo mercurio-azufre insoluble masMERCURIO: REMEDIACIN BIOLGICA Formacin de HgS insolubleEl sulfuro de mercurio (HgS) puede formarse por la reaccin directa de Hg2+ con el Hg2S producido anaerbicamente por la bacteria Clostridium cochlearium; aunque tambin se reporta la capacidad de Klebsiella aerogenes de producir HgS.Remocin de mercurio en aguas residualesLas bacterias tambin presentan la capacidad de remover el mercurio presente en aguas residuales. Las investigaciones(4) reportan que la capacidad de Klebsiella pneumoniae de usar tres distintos mecanismos para la remocin de mercurio.El primero de ellos, es la reduccin enzimtica y volatilizacin de mercurio debido a la presencia del determinante de resistencia a mercurio Tn5073. El segundo mecanismo, es la precipitacin aerbica de Hg2+ como HgS insoluble como resultado de la produccin de H2S. La tercera ruta es laque como HgS, debido probablemente a la produccin aerbica de un compuesto thiol voltil.BIORREMEDIACIN DE COBRELos hongos sobre todo los de la pudricin blanca como el Pleurotus ostreatus se han reportado como buenos acumuladores de cobre, adems de cadmio, mercurio, plomo y zinc.Estudios realizados en Argentina, demuestran que algunas cepas de la bacteria Escherichia coli, en un proceso ex situ, podran ser eficientemente utilizadas para detoxificar suelos o aguascontaminados con cobre.Una cepa de Cryptococcus agrionensis fue capaz de captar 15,8 mg de cobre por gramo de levadura, adems de retener otros metales.MUCHASGRACIAS POR SU ATENCIN!