El uso de microorganismos en la minera en la actividad minera
Preservación y remediación ambiental
Desde tiempos remotos, los microorganismos han desempeñado un papel
relevante en diferentes procesos de interés para la humanidad, desde su
intermediación en la producción de alimentos y bebidas hasta su
participación en las enfermedades infecciosas, aunque sólo en los últimos
150 años la ciencia ha permitido comprender, al menos parcialmente, la
naturaleza de la acción microbiana. Obviamente, tampoco la minería es
completamente ajena a la intervención de microorganismos aunque sólo en el
último medio siglo y a partir del aislamiento de una bacteria en una
explotación minera ( específicamente en las minas de Río Tinto, Huelva,
España ), se ha comprendido la importancia de su participación.
Actualmente, el reconocimiento de dicha participación ha originado una
nueva especialidad, denominada biominería, que describe esencialmente a la
tecnología de explotación de minerales utilizando la acción de
microorganismos.
Bajo el término bio-minería se enmarcan diferentes
procesos de la explotación de los minerales, abarcando desde la concentración
de las especies de interés (a través de la bio-flotación), de la
recuperación de los elementos presentes en ellas o facilitando su
recuperación (biolixiviación y bioxidación respectivamente) hasta su acción
en tareas de remediación ambiental ( biorremediación ). El proceso de
biolixiviación se aplica fundamentalmente para la remoción de una
sustancia de interés ( generalmente, un metal ) desde una estructura sólida
como el mineral a una forma soluble en solución acuosa desde la cual será
posible extraerla. Las bacterias y arqueas que participan en este proceso
pueden encontrarse directamente asociadas a los minerales sulfurados; entre
ellas se destacan las bacterias del género Acidithiobacillus y
Leptospirillum (figura 1) que actúan a temperaturas
moderadas ( mesófilas ), a PH muy bajos ( acidófilas ) y sin
requerimientos de fuentes orgánicas de carbono (utilizan el dióxido de
carbono del aire ). Esta tecnología es utilizada comercialmente para la
recuperación de cobre en muchos países del mundo (prácticamente el 30 %
se recupera por esta vía) entre los cuales se destaca claramente Chile
(mayor productor y exportador mundial ). También se ha utilizado para
la recuperación de uranio y potencialmente es aplicable para la recuperación
de otros metales como níquel, cobalto y cinc. La biolixiviación es un
proceso rentable para la recuperación de metales de bajo valor en el
mercado, fundamentalmente al ser utilizada como lixiviación “heap” que
consiste básicamente en ubicar al mineral triturado sobre una lona plástica
formando “pilas” de algunos metros de altura, para posteriormente
regarla con una solución diluida de ácido sulfúrico; los microorganismos
asociados al mineral disuelven a los metales que posteriormente son
recuperados desde las soluciones que surgen de la parte inferior de la pila (ver
figura 2)
Figura:
Esquema del proceso de biolixiviación en pilas. La pila de mineral
es regada en la parte
superior.
El medio percola a través de la pila y es recogido en la
parte inferior, enviado para la recuperación de los metales y,
habitualmente, recirculado a la pila.
La biolixiviación es una tecnología capaz de reemplazar eficazmente a
tecnologías convencionales, no sólo por sus menores requerimientos de
infraestructura y mantenimiento, sino también por tener un impacto ambiental
sustancialmente inferior.
Los microorganismos también pueden usarse en la explotación
del oro, aunque en este caso sólo pueden mejorar el proceso y, eventualmente,
mitigar su impacto ambiental. En particular, en el caso de minerales
refractarios (en los cuales el oro se encuentra diseminado en una matriz de
sulfuros y arsenosulfuros ), es preciso realizar un pretratamiento para
liberar al oro antes de proceder a su cianuración. Para este pretratamiento
existen alternativas tales como la tostación a altas temperaturas o el
calentamiento a altas presiones.
No obstante, ambas pueden ser reemplazadas por el proceso
de bioxidación que consiste en un tratamiento con microorganismos capaces de
oxidar la matriz de sulfuros. La bioxidación permite la fácil liberación
del oro y, además, elimina otros metales que podrían incrementar el consumo
de cianuro y disminuir la eficiencia del proceso. Este ya es una 3736 tecnología
aplicada comercialmente en diferentes partes del mundo y se utiliza a nivel de
enormes tanques agitados y aireados para el proceso microbiano de los
concentrados.
Para ello pueden usarse bacterias mesófilas (como las
indicadas para el procedimiento de biolixiviación) pero también
microorganismos que actúan a temperaturas mayores (60-70 ºC), tales como las
arqueas denominadas Sulfolobus, debido a que el control de la temperatura
resulta factible tanto técnicamente (al usar tanques agitados en lugar de
pilas) como económicamente (ya que se está recuperando el metal de alto
valor en el mercado).
Luego de la bioxidación, se procede a cianurar los
residuos sólidos. Una de las mayores aplicaciones comerciales se encuentra en
Obuasi (Ghana) que trata diariamente más de 1000 toneladas de concentrados.
Es importante puntualizar que las actividades mineras generan un enorme
impacto ambiental independientemente de la tecnología de explotación que se
utilice.
La biominería, si bien es
una alternativa que puede reducir en parte este impacto ambiental, no escapa a
aquella generalización. De todos modos, el proceso de biolixiviación
reemplaza tecnologías claramente más contaminantes, como la pirometalurgía,
permitiendo disminuir sustancialmente el requerimiento energético y también
la generación de emisiones gaseosas, especialmente la de dióxido de azufre,
que es uno de los principales promotores y responsables de la lluvia ácida.
Por otro lado, la bioxidación aunque no reemplaza completamente el proceso de
cianuración, disminuye significativa-mente el consumo de cianuro y, además,
reduce sustancialmente el impacto ambiental que producirían las otras
metodologías de pretratamiento de minerales refractarios.
Además de la posibilidad de contribuir a tecnologías
alternativas con menor impacto ambiental, es posible utilizar procesos biológicos
para remediar contaminaciones ya producidas por diferentes actividades
industriales, en particular, por la actividad minera. Esta alternativa,
denominada biorremediación, se viene usando intensamente para el tratamiento
de contaminaciones con compuestos orgánicos; sólo en los últimos tiempos se
ha comenzado a aplicar también al caso de los compuestos inorgánicos y, en
particular, a los metales pesados como ocurre particularmente en el caso de la
industria minera.
A diferencia de los compuestos orgánicos que pueden ser
completamente degradados, los metales no pueden serlo y los procesos de
tratamiento se reducen a convertirlos en otras especies más convenientes.
La actividad minera puede generar una cantidad enorme de
contaminantes, entre los que se destacan los drenajes ácidos de minas que
suelen contener importantes cantidades de diferentes metales pesados.
Entre los procesos biológicos aplicables en estos casos,
se destacan la bioabsorción que implica el secuestro de íones metálicos por
parte de diferentes microorganismos: los metales quedan atrapados en la
superficie o en el interior de los microorganismos y luego de que éstos son
separados del líquido, pueden ser recuperados por elución o por destrucción
de la biomasa respectivamente.
Un proceso alternativo a la bioabsorción es la
bioprecipitación; en este caso, los microorganismos generan compuestos
capaces de reaccionar y formar especies insolubles con los metales. Las
bacterias sulfato-reducto-ras son probablemente el ejemplo más interesante,
ya que generan sulfuro de hidrógeno que es capaz de formar sulfuros
insolubles con muchos meta-les pesados. Otros microorganismos suelen reducir
el grado de contaminación de los metales convirtiéndolos en otras especies
(a través del cambio de su estado de oxidación) menos tóxicas o menos
solubles.
Además, es posible utilizar plantas para la estabilización
e incluso para la extracción de metales (fitorremediación) tanto de aguas
como de suelos o residuos sólidos.
También existen procesos biológicos que pueden aprovecharse para el
tratamiento de las emisiones de cianuro provenientes, por ejemplo, de las
explotaciones de oro que son alternativas viables a las tecnologías fisicoquímicas
bien conocidas, como la oxidación con diversos agentes químicos (agua
oxigenada, ácido de Caro o cloro).
La degradación del cianuro por acción de bacterias,
hongos y levaduras suele transformarlo en bicarbonato y amonio y puede ser la
metodología más adecuada cuando se trata del trata-miento de efluentes que
estén a temperaturas superiores a los 10 ºC, de modo que la actividad
microbiana se produzca a una velocidad aceptable.
Debe puntualizarse que, en general, la biorremediación es
una alternativa económicamente preferible y ambientalmente más amigable que
la mayoría de los procesos fisicoquímicos, especialmente cuando se trata de
remediar grandes volúmenes con concentraciones pequeñas.
Resumiendo, los procesos biológicos pueden ser utilizados
como alternativas viables para reemplazar tecnologías convencionales para la
explotación de minerales y también para el tratamiento de muchas de las
contaminaciones en efluentes líquidos, y también de residuos sólidos
genera-dos en la actividad minera.