ES2313398T3 - Procedimiento de biolixiviacion en cuba. - Google Patents
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Abstract
Uso de carbono no gaseoso para reducir el efecto inhibidor de la plata en células microbianas usadas en un proceso de biolixiviación en cuba, estando contenida la citada plata en un concentrado que se somete al proceso de biolixiviación en cuba.
Description
Procedimiento de biolixiviación en cuba.
Esta invención se refiere en general a un
proceso de biolixiviación en cuba y, más particularmente,
relacionado con el aporte de carbono a células microbianas usadas
en un proceso de biolixiviación en cuba.
En un proceso de biolixiviación en cuba se usan
células microbianas para oxidar azufre y hierro reducidos de
concentrados minerales molidos que contienen metales dianas o
valiosos. Uno de estos procesos se describe, por ejemplo, en el
documento US 2004/0038354.
La cuba o reactor contiene una suspensión del
concentrado que se agita y a la que se añaden nutrientes. La
suspensión se burbujea con aire o aire enriquecido y usualmente su
pH se controla en el intervalo de 0,8 a 2.
Para catalizar el proceso de oxidación que
origina la descomposición del mineral, se usan bacterias a
temperaturas mesófilas, por debajo de 45ºC, mientras que se usan
arqueas a temperaturas termófilas, por encima de 45ºC. Así, se
solubiliza directamente el metal valioso o se mejora su recuperación
corriente abajo.
Las células microbianas que se usan en este tipo
de proceso de biolixiviación son usualmente quimiolitótrofas y se
desarrollan autotróficamente fijando dióxido de carbono de la
atmósfera o de una fase gaseosa aportada para satisfacer sus
necesidades de carbono. Las células microbianas necesitan carbono
como componente fundamental de metabolitos celulares y productos
funcionales. En la publicación de P. G. Tzeferis, Erzmetall 48
(1995), número 10, se describe el uso de melazas como fuente
económica de carbono.
En el caso de biolixiviación termófila (por
encima de 45ºC), es importante usar aire enriquecido debido a la
menor solubilidad y, por consiguiente, menor transferencia de masa
de dióxido de carbono y oxígeno con un incremento de la
temperatura. El aire enriquecido puede contener una concentración
elevada de oxígeno y dióxido de carbono y está bien documentado que
se necesitan estas concentraciones elevadas para conseguir
desarrollo microbiano óptimo y velocidades óptimas de oxidación del
hierro y azufre.
El oxígeno y dióxido de carbono necesarios para
enriquecer el aire que se burbujea al reactor se producen
normalmente en plantas de generación. Sin embargo, la inversión y
costes operativos de estas plantas son importantes, siendo
particularmente grande el coste asociado con el dióxido de carbono.
Además, el porcentaje de utilización del dióxido de carbono
aportado durante el proceso de biolixiviación puede ser bajo,
frecuentemente menor que el 40%. Esto es un coste adicional añadido
al coste operativo de una planta de biolixiviación.
En algunos casos el material concentrado
sometido a biolixiviación contiene plata además del metal de
interés, usualmente cobre, níquel u oro. La presencia de plata
puede originar, en algunos casos, efectos inhibidores graves hacia
las células microbianas y afectar, por lo tanto, al proceso de
biolixiviación. Aunque la plata es sólo parcialmente soluble bajo
las condiciones típicas de biolixiviación, la disolución del mineral
que contiene plata origina la presencia transitoria de plata en
solución antes de que se produzca en el reactor su precipitación o
eliminación por formación de un complejo. Esta solubilidad
transitoria es suficiente para originar una interacción rápida de
la plata con las células microbianas en las que, lo más comúnmente,
la plata penetra la membrana celular y se une con gran afinidad a
compuestos contenidos en el citoplasma celular. Los compuestos con
los que la plata puede interaccionar en la célula son, entre otros,
cisteína y metionina, aminoácidos que contienen azufre. Los efectos
inhibidores de la plata se pueden observar fácilmente por
microscopía electrónica de transmisión, junto con técnicas de
análisis de metales, en forma de nódulos de plata presentes en el
interior de las células afectadas.
La invención se refiere al uso de carbono no
gaseoso de acuerdo con la reivindicación 1.
El carbono que se aporta al proceso de la manera
antes mencionada puede ser en lugar o además del carbono que se
aporta al proceso en forma de dióxido de carbono.
Para aportar carbono en forma no gaseosa se
puede usar cualquier fuente apropiada. La fuente se puede
seleccionar de carbono orgánico soluble en agua y compuestos
inorgánicos sólidos de carbono, como carbonatos.
Preferiblemente el carbono es carbono derivado
de carbono orgánico soluble que se puede seleccionar de levadura,
extracto de levadura y extractos de carbono, o carbono derivado de
lodos activados, efluentes de curtidurías, biomasas residuales de
procesos de biolixiviación, melazas, licor de maíz empapado,
sacarosa, glucosa y metanol.
El extracto de levadura es una fuente preferida
de carbono porque usualmente contiene una serie de compuestos
nutricionales, como vitaminas, aminoácidos y cofactores, además de
carbono, que favorecen el desarrollo microbiano. Compuestos
similares incluyen extracto de carne. Estos compuestos nutricionales
complejos se pueden usar como tales o junto con fuentes puras de
carbono. El objetivo de usar estas mezclas (como extracto de
levadura) debe ser reemplazar por lo menos el carbono aportado por
la fuente nutricional compleja y reducir así el consumo total del
extracto de levadura.
Las fuentes nutricionales complejas, como el
extracto de levadura, contienen una gran diversidad de otros
compuestos nutricionales además de carbono. Entre estos, hay
compuestos con una gran afinidad para formar complejos con la plata
presente en la solución. Se cree que estos compuestos son
aminoácidos que contienen azufre aunque también pueden incluir
otros compuestos actualmente desconocidos. El beneficio inesperado
es que estos compuestos actúan eliminando rápidamente la plata
presente en estado disuelto evitando y/o reduciendo así la
interacción perjudicial de la plata con las células microbianas o
del proceso de biolixiviación. Este mecanismo facilita un proceso
más robusto de biolixiviación de cenizas que contienen plata que, de
otro modo, prohibiría el procesamiento de estas cenizas por medios
biohidrometalúrgicos.
Se pueden usar fuentes puras de carbono, como
sacarosa, combinadas con fuentes nutricionales complejas (como
extracto de levadura). Se ha encontrado que el uso de sacarosa tiene
un beneficio inesperado en estas aplicaciones porque parece que
incrementa la robustez, estabilidad e integridad de la membrana
celular bajo las condiciones duras de la biolixiviación. Esto es
beneficioso desde el punto de vista de funcionamiento del
proceso.
La invención se describe más por medio de un
ejemplo con referencia al dibujo adjunto que ilustra
esquemáticamente un proceso de biolixiviación en cuba que funciona
de acuerdo con los principios de esta invención.
El dibujo adjunto ilustra esquemáticamente un
proceso de biolixiviación en cuba 10. En este proceso, se envía una
suspensión 12 que contiene concentrados minerales molidos a un
tamaño pequeño de partículas, típicamente menor que 80 micrómetros,
a un reactor o cuba 14 que incluye un agitador 16 accionado por un
motor y usado para agitar la suspensión. La suspensión ha sido
inoculada con bacterias conocidas y en el reactor se aportan
nutrientes 18 a la suspensión de acuerdo con criterios
conocidos.
Se aporta un gas 20 a un sistema de burbujeo 22
del reactor. El gas puede ser aire enriquecido con oxígeno 24 y
opcionalmente con dióxido de carbono 25, de acuerdo con las
necesidades.
La suspensión se mantiene en el reactor al nivel
de pH deseado y a la temperatura deseada, de acuerdo con criterios
conocidos, para que el proceso de biolixiviación descomponga o
solubilice los metales dianas que posteriormente son recuperados en
un proceso corriente abajo 28.
Como se ha explicado en el preámbulo, la fuente
de dióxido de carbono 26 representa un factor significativo de
coste en el proceso de biolixiviación. El coste de generación del
dióxido de carbono es alto y, además, el porcentaje de utilización
del dióxido de carbono por la suspensión en el reactor es bajo. Esto
significa, en realidad, que una proporción importante del dióxido
de carbono que se genera no se usa o se desprende a la
atmósfera.
Aunque la adición suplementaria de carbono
orgánico es bien conocida en la técnica de cultivos de células de
biolixiviación, no se usa actualmente en operaciones comerciales de
biolixiviación en cuba de las que el solicitante tenga
conocimiento. Los inesperados beneficios en cuanto a eliminación de
plata y mayor robustez de la membrana celular tampoco han sido
anticipados a escala comercial. Esta invención proporciona que todas
o parte de las necesidades de carbono de las células microbianas
usadas en el proceso de biolixiviación se satisfacen aportando al
reactor carbono 32 en forma no gaseosa. A este respecto, una fuente
preferida de carbono es un extracto soluble en agua de levadura que
se puede usar combinado con una fuente pura de carbono, como
sacarosa.
La mayoría de los microorganismos de
biolixiviación tienen unas necesidades estrictas de dióxido de
carbono como única fuente de carbono aunque algunas cepas, por
ejemplo, facultativas autótrofas y facultativas heterótrofas, son
menos determinantes a este respecto. Estas cepas son por lo tanto
capaces de usar fuentes de carbono distintas de dióxido de carbono,
como sustitutivas del dióxido de carbono o como suplemento del
dióxido de carbono. Así es posible conseguir condiciones óptimas de
biolixiviación en cuba aportando a la cuba una fuente orgánica
soluble en agua de carbono, como un extracto de levadura 32.
Preferiblemente la fuente de carbono se aporta en forma líquida y
se bombea al reactor 14 o, como se indica en la línea de puntos, a
la suspensión 12 o, alternativa o adicionalmente, se añade en forma
de polvo seco a la suspensión en la cuba.
El carbono no gaseoso se mantiene en el reactor
a una concentración en el intervalo de 10 a 600 mg/l aunque, de
acuerdo con las necesidades, en la suspensión pueden prevalecer
concentraciones mayores o menores de la fuente de carbono.
En el proceso de biolixiviación se usan
preferiblemente cepas microbianas más adaptadas a utilizar fuentes
orgánicas de carbono, como extracto de levadura, en lugar de dióxido
de carbono. El extracto de levadura es un producto producido por
métodos conocidos en la técnica, que incluyen una etapa de lisis
(esto es, rotura de las células) que libera así el contenido de las
células. El contenido celular soluble en agua se separa de las
células y se produce en forma de pasta o de polvo seco soluble en
agua. El producto final, conocido como extracto de levadura,
contiene una gran concentración y diversidad de aminoácidos,
vitaminas y nutrientes orgánicos e inorgánicos y, por lo tanto, es
adecuado para su uso en medios de desarrollo microbiano.
El extracto de levadura se puede obtener
frecuentemente a un coste menor que el dióxido de carbono, referido
al contenido de carbono. También, la utilización del carbono de la
levadura por las células microbianas es más eficaz (esto es, se usa
más carbono) que cuando el carbono está en forma gaseosa, esto es,
como dióxido de carbono. El uso de extracto de levadura junto con
fuentes puras de carbono, como sacarosa, puede reducir el coste
total de dicha adición suplementaria de carbono.
Es posible usar fuentes alternativas o
adicionales de carbono, que incluyen extractos complejos de carbono
solubles en agua y producidos de materiales vegetales, como melazas
y licor de maíz empapado, o efluentes de curtidurías o lodos
activados procedentes de plantas de depuración de aguas residuales.
Estas sustancias contienen principalmente compuestos de carbono
pero usualmente contienen una diversidad menor de aminoácidos y
vitaminas que el extracto de levadura.
Otras fuentes solubles de carbono, adecuadas
para su uso en esta invención, son compuestos de carbono purificados
a un nivel en el que predomina y puede ser identificado fácilmente
el compuesto constituyente principal, como sacarosa, glucosa y
metanol.
Usando una fuente soluble en agua de carbono,
como un extracto de levadura (fuente nutricional compleja), sola o
combinada con sacarosa (fuente pura de carbono) en un proceso de
biolixiviación en cuba, se reducen la inversión y costes operativos
del proceso debido a las necesidades menores o nulas de dióxido de
carbono. Otros beneficios que se consiguen incluyen los
siguientes:
- (a)
- mayor facilidad de funcionamiento, debido a necesidades menores de burbujeo de gas,
- (b)
- menor inversión y menores costes operativos de agitación y burbujeo,
- (c)
- menores efectos inhibidores causados por la plata,
- (d)
- mayor robustez de la membrana celular como consecuencia de mayor robustez del proceso,
- (e)
- mejores condiciones nutricionales de la suspensión presente en el reactor. Esto es consecuencia de la liberación de aminoácidos, vitaminas y otros micronutrientes de la fuente orgánica de carbono que optimizan el desarrollo microbiano y el rendimiento de la biolixiviación, y
- (f)
- mayor solubilidad de compuestos de azufre en presencia de carbono orgánico soluble, incrementándose así la velocidad de oxidación del azufre y, por lo tanto, mejorando la eficacia del proceso de biolixiviación.
Estos beneficios se pueden conseguir con
procesos de biolixiviación mesófila o termófila en cuba.
Claims (5)
1. Uso de carbono no gaseoso para reducir el
efecto inhibidor de la plata en células microbianas usadas en un
proceso de biolixiviación en cuba, estando contenida la citada plata
en un concentrado que se somete al proceso de biolixiviación en
cuba.
2. Uso de acuerdo con la reivindicación 1, en el
que el proceso de biolixiviación incluye una etapa de aportar a las
células microbianas carbono en forma de dióxido de carbono.
3. Uso de acuerdo con la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que el carbono no gaseoso se deriva de una
fuente seleccionada de carbono orgánico soluble en agua y compuestos
inorgánicos sólidos de carbono.
4. Uso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el carbono no gaseoso es carbono
derivado de carbono orgánico soluble seleccionado de levadura y
extracto de levadura, y carbono derivado de lodos activados,
efluentes de curtidurías, biomasa residual de procesos de
biolixiviación, melazas, licor de maíz empapado, sacarosa, glucosa
y metanol.
5. Uso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el carbono no gaseoso es carbono
derivado por lo menos de sacarosa, combinado con un extracto de
levadura.
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