MX2007011929A - Reactor para el cultivo, biooxidacion de soluciones y/o la propagacion en gran escala de microorganismos aislados y/o nativos utiles en la lixiviacion de minerales. - Google Patents

Abstract

La invención divulga un reactor y método para el cultivo, biooxidación de cationes en solución y/o propagación en gran escala de microorganismos aislados en conjunto, con o sin microorganismos nativos útiles en la biolixiviación de minerales metálicos sulfurados. En particular, la invención divulga un reactor para el cultivo y/o propagación en gran escala de un consorcio de microorganismos aislados Acidithiobacillus thiooxidans Licanantay DSM 17318 en conjunto con Acidithiobacillus ferrooxidans Wenelen DSM 16786 con o sin la presencia de otros microorganismos.

Description

REACTOR PARA EL CULTIVO, BIOOXIDACIÓN DE SOLUCIONES Y/O LA PROPAGACIÓN EN GRAN ESCALA DE MICROORGANISMOS AISLADOS Y/O NATIVOS ÚTILES EN LA LIXIVIACIÓN DE MINERALES.

CAMPO DE LA INVENCION La invención divulga un reactor para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos aislados en conjunto, con o sin microorganismos nativos, útiles en la biolixiviación de minerales metálicos sulfurados. El reactor se utiliza también para la biooxidación, mediante la acción de microorganismos extremófilos oxidantes de cationes tales como el ión ferroso, iones arsenioso, cuproso u otros contenidas en efluentes, riles u otras soluciones de interés industrial en procesos de tratamiento integral, confinamiento y recuperación de metales— En particular, la invención divulga un reactor para el cultivo y/o propagación en gran escala de un consorcio de microorganismos aislados Acidithiobacillus thiooxidans Licanantay DSM 17318 en conjunto con Acidithiobacillus ferrooxidans Wenelen DSM 16786 con o sin otros microorganismos .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Actualmente, más del 90% del cobre de mina del mundo se obtiene del procesamiento de minerales sulfurados de cobre.

Entre las especies sulfuradas de cobre presentes en los minerales, las principales son calcopirita, bornita, calcosina, covelina, tenantita y enargita, siendo la calcopirita la especie de mayor abundancia relativa, y por tanto, la de mayor interés económico.

El procesamiento de minerales sulfurados de cobre hoy en día se sustenta en tecnologías basadas en procesos físicos y químicos asociados al chancado, molienda, flotación de los minerales, seguidos de la fusión-conversión de los concentrados y refinación electrolítica del metal. En la práctica, más del 80% del cobre se produce mediante el procesamiento de minerales a través de la ruta descrita -denominada convencional - que está limitada a minerales de leyes altas y medias, en función de las características específicas de los yacimientos y de las plantas de procesamiento de minerales. Es por esto, que existen vastos y valiosos recursos de minerales de leyes relativamente bajas que con las tecnologías convencionales son sub-económicos, y permanecen inexplorados por la falta de una tecnología efectiva para su beneficio.

Por otra parte, los minerales en los cuales el cobre está en forma de especies oxidadas - fácilmente solubles en ácido - se procesan mediante procesos de lixiviación ácida, seguidos de procesos de extracción con solventes y electroobtención del metal, en lo que se conoce como vía hidrometalurgia para la obtención del cobre. Esta ruta es muy atractiva por su menor costo de operación e inversión comparada a las tecnologías convencionales, así como por su menor impacto ambiental. Sin embargo, las aplicaciones de esta tecnología están limitadas a minerales oxidados, o al caso de minerales mixtos sulfurados de cobre en los cuales el metal está presente en la forma de sulfuros secundarios (calcosina o covelina) , que son solubles en ácido en presencia de un agente oxidante enérgico catalizado por microorganismos (Uhrie, JL, Wilton, LE, Rood, EA, Parker, DB, Griffin, JB and Lamana, JR, 2003, "The metallurgical development of the Morenci MFL Project" , Copper 2003 Int Conference Proceedíngs, Santiago, Chile, Vol VI, 29-39).

Se ha establecido desde hace mucho tiempo que la solubilización o lixiviación de minerales sulfurados es favorecida por la presencia de bacterias que oxidan fierro y azufre, lo que se conoce como biolixiviación (ver por ejemplo la reciente revisión de Rawlings DE; Biomineralization of metal -containíng ores and concentrates, TRENDS in Biotechnology, Vol.21 No .1 , p38-42, 2003) . En la explotación de estos minerales mediante biolixiviación en pilas o botaderos a escala comercial, utilizando microorganismos mesófilos en el rango de 25-45°C, se obtienen recuperaciones y velocidades de extracción satisfactorias de 85% de recuperación en 270 días de operación - para la biolixiviación de sulfuros secundarios como covelina (CuS) y calcocina (Cu2S) . En este rango de temperatura las bacterias presentes, más ampliamente descritas son del género Acidithiobacillus y Leptospirillum, dentro de las cuales las especies más comunes son A. ferrooxidans, A thíooxidans, y L. ferrooxidans (Espejo RT and Romero, J., 1997, "Bacterial corrmunity in copper sulfide ores inoculated and leached with solutions fro a co wercíal -scales copper leaching plant" , Applied & Environmental Microbiology, Vol 63, 4, 183-187) .

De acuerdo con lo anterior, y en diversos procesos se mencionan formas de favorecer las condiciones de crecimiento de los microorganismos que participan en la biolixiviación. Por ejemplo, en WO2004027100 se presenta un método en el cual se producen microorganismos libres de sus exopolímeros , para luego inyectarlos en una pila de biolixiviación en la cual se les provee de los nutrientes y/o condiciones necesarias para que generen dichos exopolímeros. En el documento WO0071763 se plantea la introducción en la pila de biolixiviación de licor ácido que contiene bacterias. En otro documento, US 20040091984 se menciona la incorporación de cultivos de bacterias para favorecer la biolixiviación, las cuales se obtienen desde piscinas de lixiviación. En WO03068999, se plantea que el uso de inóculos líquidos tiene problemas asociados como una distribución desigual, y se sugiere una solución mediante el uso de aerosoles.

En los documentos mencionados, si bien se menciona la incorporación de microorganismos en las pilas de biolixiviación, no se encuentran referencias o descripciones de reactores para el cultivo de los microorganismos que se plantean como necesarios.

Por otra parte, en documentos como US 6.110.253, en el cual se agregan a la pila microorganismos termófilos de manera puntual, no se toma nota de la necesidad de métodos industriales prácticos para el cultivo de grandes cantidades de bacterias.

En un enfoque diferente, con IO el que se plantea en US 5.763.259, se lleva a cabo el enriquecimiento de la propia flora bacteriana del mineral que se explota mediante la deshidratación de partículas de dicho mineral sobre las cuales crecen las bacterias, e incluso mediante la disminución de la actividad del agua remanente. En este enfoque, el cultivo de los microorganismos se lleva a cabo en fase esencialmente sólida, y el inoculo que se plantea es también sólido. Tampoco en este documento se presenta gran detalle del reactor en el que se lleva a cabo dicho enriquecimiento .

De manera similar, en el documento RU2188243 se plantea el tratamiento de parte de un mineral en un reactor, en particular con bacterias sulfooxidantes , mineral que luego es retirado del reactor, y mezclado con la otra parte de mineral, mezcla que luego se apila. En este caso tampoco se encuentra una descripción del reactor, y además se puede plantear que es un equipo de costo importante debido principalmente a que debe tratar mineral en una cuantía mayor al 5% del total que se procesa.

Finalmente, el documento CL 42.561 presenta un reactor bio-electroquímico que permite obtener altas densidades de microorganismos para la biolixiviación de minerales sulfurados mediante la regeneración electroquímica del ión ferroso aplicando energía eléctrica desde una fuente de poder continua regulada en función del potencial de oxido-reducción. Además, en dicho reactor se inyecta aire para proporcionar tanto dióxido de carbono como oxígeno, que son necesarios para las bacterias . De acuerdo con este documento, para obtener altas densidades celulares, es necesario emplear energía eléctrica externa para regenerar el ión ferroso. Sin embargo, el reactor bio-electroquímico presenta severas limitaciones técnicas, especialmente a nivel de las membranas, para su escalamiento hasta un nivel industrial, por lo que no se utiliza en sistemas comerciales .

Tal como se puede observar a partir de los documentos citados, existe en la técnica gran preocupación por el aumento en el número de microorganismos activos en los minerales a fin de favorecer la biolixiviación, y en particular por el aumento de cierto tipo de microorganismos, tipo que depende de la biolixiviación que se practica. Esto se puede explicar mediante dos razones: Primero, los microorganismos presentes en el mineral, o las cinéticas de los mismos pueden no ser las más apropiadas para las condiciones de biolixiviación, lo que explica la inoculación de microorganismos determinados.

Segundo, el inicio del proceso de biolixiviación bacteriana de sulfuros de cobre, requiere que las bacterias entren en contacto con la superficie del mineral a ser biolixiviado , y luego se multipliquen de modo de colonizar la superficie de sólido disponible. Una vez que dicha colonización se ha realizado, la cinética de biolixiviación se hace más rápida (Lizama, H.M., Fairweather, M.J., Dai , Z., Allegretto, T.D. 2003a. "How does bioleaching start?" . Hydrometallurgy . 69: 109-116) .

En este sentido, en operaciones piloto de biolixiviación, se ha observado una fase de latencia o fase "lag" durante la cual la cinética de disolución del mineral es lenta, la cual ha sido asociada a la etapa de colonización de la superficie del mineral por los microorganismos (Lizama, H M; Harlamovs, J R; Belanger, S; Brienne, S H. 2003b. "The Teck Comineo HydroZinc process". Hydrometallurgy 2003: 5th International Symposium Honoring Professor lan M. Ritchie; Vancouver, BC; Canadá; 24-27 Aug . 2003. pp . 1503-1516. 2003) .

Por lo tanto, si se contase con un reactor para el cultivo y/o propagación en gran escala de una fuente adecuada de microorganismos para la inoculación, por ejemplo, la inoculación continua de pilas y/o botaderos, sería posible disminuir la duración de la fase de colonización del mineral por las bacterias, y/o se podría obtener una alta concentración de bacterias biolixiviantes en la superficie del mineral.

Los efectos de contar con dicha fuente de microorganismos serían entonces, por una parte, la disminución de la fase lag, lo que a su vez equivale a una reducción del tiempo total de biolixiviación , y por otra parte, dicha fuente de microorganismos permitiría el aumento en la concentración de los mismos en el mineral, lo que se traduce en una mayor rapidez de biolixiviación del mineral.

Ahora bien, desde el punto de vista de la biología subyacente, se sabe que el crecimiento de los microorganismos biolixiviantes es sensible a parámetros tales como temperatura, pH, composición de la solución, aireación, entre otros, sobre los cuales se tiene poco control en una pila o botadero, y los que además varían ampliamente durante el tiempo de explotación de estos sistemas y que varían también con la localización dentro del sistema, y pueden por lo tanto estar lejos de las condiciones óptimas que son posibles de obtener en un reactor, en el cual se tiene mayor control sobre tales parámetros .

Además, el cultivo de cepas de interés en pilas y botaderos, como una cepa mesófila o termófila particular, compite con el crecimiento de microorganismos nativos. Por lo tanto, la práctica común en operaciones industriales de cultivo "ir¡ sítu", es decir en las propias pilas, botaderos, tranques de relave o en otras operaciones similares, posee las desventajas de hacer muy difícil el control del cultivo de los microorganismos, de obtenerse una concentración de microorganismos menor que la de los reactores para procesos similares, y de no favorecer específicamente a las especies de microorganismos que presenten mayor capacidad de biolixiviar los minerales de interés. (Ojumu, TV, Petersen, J, Searby, GE, Hansford, GS, 2005, "A review of rate equations proposed for microbial ferrous-iron oxidation with a view to application to heap bioleaching" , Proceedings of the 16th International Biohydrometallurgy Symposium, Cape Town, South Africa, Vol VI, 85-93 ; Brierley, CL . , 2001, ""Bacterial Succession In Bioheap Leaching" . Hydrometallurgy 59, 249-255) .

SUMARIO DE LA INVENCION Estas dos razones, el control de las condiciones de crecimiento y la competencia con otros microorganismos, hacen interesante el cultivo de los microorganismos útiles en la biolixíviación en reactores con condiciones controladas, para proveer así las condiciones óptimas de cultivo y disminuir la competencia con otros microorganismos menos interesantes.

Tal como se puede observar, la práctica industrial de las operaciones de biolixiviación en pilas y botaderos no considera la producción controlada de los microorganismos útiles en dicha biolixiviación en una escala adecuada al problema, microorganismos que podrían ser empleados ventajosamente para disminuir la fase de colonización del mineral, o para aumentar la concentración de microorganismos en dicho mineral. Por lo tanto, hasta donde tenemos conocimiento, podemos afirmar que se mantiene la necesidad de un sistema de cultivo, como por ejemplo un reactor de condiciones controladas, que permita el cultivo y/o la propagación continua en gran escala de microorganismos útiles en la biolixiviación de minerales.

Para mayor comprensión de los procesos relacionados con la generación continua y controlada de inoculo, entiéndase los siguientes conceptos como sigue: Operación continua: Consiste en la generación continua de un inoculo de bacterias con el cual se irrigan pilas y/o botaderos. Dicho flujo de inoculo es generado en un reactor al cual ingresa un flujo similar de medio de cultivo, y cuyas condiciones de operación están controladas.

Operación batch: Previo a la generación continua de inoculo es preciso alcanzar una concentración adecuada de bacterias en el reactor, lo cual se consigue por medio de la operación batch del reactor durante un periodo en el que se logra el crecimiento de las bacterias hasta dicha concentración .

Medio de cultivo: Solución acuosa que contiene las sales que aportan elementos que constituyen la biomasa de las bacterias (nutrientes) , como también la fuente de energía requerida para su crecimiento.

Fuente de energía: Compuesto que las bacterias utilizan como fuente de energía para su crecimiento y mantención. En el caso de bacterias ferrooxidantes dicha fuente puede ser ferroso, y en el caso de bacterias thiooxidantes son compuestos reducidos de azufre. Es posible generar en los mismos reactores una mezcla de bacterias ferrooxidantes y thiooxidantes utilizando una fuente de energía adecuada para ambos tipos de bacterias, como por ejemplo pirita, o bien una mezcla de fuentes de energía.

A fin de contar con una gran cantidad de microorganismos aislados útiles en la biolixiviación de minerales metálicos sulfurados, empleando bioreactores y condiciones controladas, se ha desarrollado un reactor que permite la propagación de biomasa en gran escala, la cual puede ser empleada en la biolixiviación de especies metálicas sulfuradas. Este reactor es un bioreactor particular, que permite la producción continua de microorganismos de distinto tipo, como por ejemplo, Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus thiooxidans en conjunto, con o sin microorganismos nativos .

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Para facilitar la comprensión de la presente invención se utilizaran las figuras que se indican: FIGURA 1: Muestra la elevación del reactor para la generación continua de inoculo de la presente invención. En esta figura 1, el número (1) representa el manto cilindrico del reactor, y el número (2) representa la base del reactor, el número (3) representa la tapa del reactor, el número (4) representa el serpentín, el número (5) representa la entrada del fluido al serpentín (4) , el número (6) representa la salida del fluido desde el serpentín (4), el número (7) representa la entrada de la mezcla de aire y C02 , los números (8, 9) representan las tuberías de alimentación de la mezcla de aire y C02, el número (10) representa los arreadores, el número (11) representa la salida desde el reactor hacia el sistema secundario de agitación, el número (12) representa la entrada hacia el reactor desde el sistema secundario de agitación, el número (13) representa la entrada de solución de pH básico, el número (14) representa la entrada de solución de pH ácido, el número (15) representa la entrada de medio de cultivo, el número (16) representa la entrada de fuente de energía, el número (17) representa la entrada de inoculo, el número (18) representa el respiradero, el número (19) representa la salida de inoculo, el número (20) representa la salida para toma de muestras y el número (21) representa el drenaje del reactor.

FIGURA 2 : Muestra la elevación del reactor para la generación continua de inoculo de la presente invención. En esta figura 2, el número (1) representa el manto cilindrico del reactor, y el número (2) representa la base del reactor, el número (3) representa la tapa del reactor, el número (22) representa la entrada hombre, el número (23) representa un sensor combinado de temperatura y oxígeno disuelto, el número (24) representa un sensor de potencial Eh, el número (25) representa un sensor de pH y el número (26) representa un sensor de nivel de los contenidos del reactor .

FIGURA 3: Vista en planta de la parte superior del reactor o tapa. En esta figura, el número (3) representa la tapa del reactor, el número (13) representa la entrada de solución de pH básico, el número (14) representa la entrada de solución de pH ácido, el número (15) representa la entrada de medio de cultivo, el número (16) representa la entrada de fuente de energía, el número (17) representa la entrada de inoculo, y el número (18) representa el respiradero del reactor.

FIGURA 4 : Muestra la vista en planta del interior del reactor, por debajo del serpentín (4) (que no se ve en esta figura) y por encima de la base (2) , que muestra la disposición del sistema de distribución de la mezcla de aire y C02 en la base del reactor. En esta figura, el número (2) representa la base del reactor, el número (8) representa una tubería de alimentación de acero inoxidable de 4 a 8 pulgadas de diámetro, el número (9) representa una tubería de alimentación de acero inoxidable entre 4 y 6 pulgadas nominales de diámetro, y el número (10) representa aireadores, por ejemplo del tipo MaxAir modelo 00865.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN El reactor para la producción continua de inoculo de acuerdo a la presente invención consiste en un reactor de tipo columna de burbujeo, de cuerpo cilindrica, compuesto de un manto cilindrico (1) y de una base (2) . El reactor es cerrado, con una tapa (3) que permite cubrir el reactor, y que permite además que los materiales que pueden caer sobre el reactor se deslicen desde la tapa, evitando que permanezcan sobre la misma. Esto permite evitar que caigan substancias extrañas en el reactor, permite instalar el reactor al aire libre, y permite además disminuir el costo de construcción de la tapa, al evitar que deba soportar el peso de los materiales que se puedan acumular sobre la misma .

Los materiales de construcción del reactor, así como los materiales de construcción de todos los elementos que operan o que se emplean en el interior del reactor, como por ejemplo serpentines, bafles, soportes, flaches, etc., son aptos para ambientes ácidos, por ejemplo, que puedan permanecer en contacto con soluciones de pH tan bajo como 1,0. Se consideran adecuados, entre otros, los materiales como la fibra de vidrio reforzada con poliéster empleando resina fenólica o alquídica, y el acero inoxidable. a) Para la geometría del reactor, se considera adecuada una relación del alto del manto del reactor, al diámetro del reactor en torno a 2,0, por ejemplo desde 1,5 a 2,5, en casos especiales, la relación puede llegar hasta 3,0. . Por otra parte, para la geometría de la tapa o cubierta (3) del reactor, se considera adecuada una geometría cónica, para la cual el diámetro de la base es idéntico al diámetro del manto del reactor, o es levemente superior, y la relación entre la altura del manto del reactor y la altura de la forma cónica que forma la tapa, se encuentra entre 9 y 11.

El nivel de operación del reactor, es decir el nivel hasta el cual se permite que alcancen los contenidos líquidos del mismo no coincide con el alto del reactor, sino que es menor. Esto permite, por una parte, contar con un margen para el volumen de aire y C02 que se encuentran en fase gas y que circulan en el reactor, y por otra, contar con un margen de seguridad para evitar que se rebalse el reactor. De esta manera, la altura total del reactor se encuentra entre un 10% y un 25% de la altura que corresponde a los líquidos contenidos en el mismo durante su operación normal .

Debido a diversas condiciones, como por ejemplo, las condiciones ambientales, que dependerán del lugar y situación de instalación del reactor, y la temperatura óptima de reacción, que se encuentra entre los 25 y los 35 °C, es necesario que el reactor cuente también con un sistema de modificación de su temperatura interna. Este sistema se materializa como un conjunto de conducciones, por ejemplo tubos, que permiten hacer circular un fluido como un gas o un líquido a una temperatura mayor, menor o igual que la temperatura a la que se desea operar el reactor. Dicho conjunto de conducciones se puede encontrar en el interior del reactor, tomando la forma de por ejemplo, un serpentín que recorre parte del interior del reactor o todo el interior del reactor, ya sea en su centro o en su periferia, o puede estar instalado en el exterior del reactor, como una chaqueta que lo cubre parcialmente, o que incluye su base y tapa. En una presentación preferida, dicho conjunto de conducciones toma la forma de un serpentín (4) instalado en el interior del reactor. Tal como se ha mencionado, por el interior de este conjunto de conducciones circula un fluido, mediante el cual se aporta o se retira calor, si su temperatura es respectivamente mayor o menor que la temperatura al interior del reactor, y dicho fluido puede ser un gas, como vapor de agua, algún clorofluorocarbono o fluorocarbono , un líquido, como agua caliente o fría, o cualquier otro fluido que se considere adecuado. Este fluido hace ingreso al sistema de conducciones por una entrada (5) y sale del mismo por una salida (6), las que, en una presentación preferida, se encuentran en el manto (1) del reactor cilindrico.

El reactor también cuenta con un sistema que permite el ingreso de una mezcla de aire y C02, mezcla que proporciona : a) Oxígeno requerido por las bacterias como aceptor final de electrones, durante el consumo de la fuente de energía que las bacterias necesitan para crecer y mantenerse . b) C02 que requieren las bacterias como fuente de carbono. c) Agitación requerida para homogeneizar el contenido del reactor . d) En caso que la fuente de energía de las bacterias consista en partículas sólidas, el flujo de aire permite mantener en suspensión dichas partículas.

El objetivo de emplear una mezcla enriquecida con C02 es obtener una tasa de crecimiento bacteriano aumentada, y por lo tanto el reactor cuenta con un sistema que permite enriquecer el aire que ingresará al reactor de tal forma que aumente la concentración de C02. Esto se consigue mediante la incorporación de C02 en la línea de aire que se impulsa hacia el reactor. El punto de incorporación del C02 puede encontrarse antes del sistema de impulsión o después del sistema de impulsión. Esto depende de condiciones como la presión de C02 con la que se cuente, del sistema de control de la relación aire C02 y/o de otras condiciones de la instalación particular.

La mezcla de aire y C02 se pone en contacto con los contenidos del reactor impulsando dicha mezcla a través de una entrada (7) desde el exterior del reactor hacia su interior, y luego a través de un conjunto de tuberías (8, 9) para finalmente hacer pasar la mezcla de aire y C02 por un conjunto de aireadores (10) que están dispuestos al interior del reactor, cerca de su base, y que proporcionan el burbujeo suficiente tanto para la transferencia de oxígeno que se requiere, como el burbujeo necesario para la mezcla de los contenidos del reactor. Los aireadores (10) que se emplean pueden ser aireadores de burbuja fina o gruesa, y están construidos de un material que puede permanecer en ambientes ácidos, por ejemplo a un pH tan bajo como 1,5. Dicho material puede ser fibra de vidrio reforzada con poliéster empleando resina fenólica para el cuerpo del arreador con una membrana de teflón o vitón, o un tubo de acero inoxidable con perforaciones adecuadas al tipo de burbuja que se desea obtener. El sistema de distribución de la mezcla de aire y C02 cuenta además con un conjunto de conducciones (8, 9) que permiten la llegada de la mezcla de aire y C02 desde el exterior del reactor hacia su interior, pasando por la entrada (7) , y que permiten mantener la misma presión en todos los aireadores (10), a fin de que dicha mezcla se distribuya uniformemente en toda la base del reactor, proporcionando aire y C02 y agitando todo el contenido de dicho reactor. Tal como se ha mencionado, el material de construcción de estas conducciones debe ser apto para permanecer en contacto con soluciones a pH tan bajo como 1,5, para lo cual se consideran aptos los materiales como por ejemplo, la fibra de vidrio y el acero inoxidable.

La mezcla de aire y C02 se impulsa hacia el reactor empleando un soplador de desplazamiento positivo, como un soplador de lóbulos o de tornillo, impulsado con un motor, por ejemplo, un motor eléctrico, o un motor de combustión interna alimentado con gasolina, petróleo, alcohol, o gas y que está provisto de un sistema que permite variar su rapidez de rotación, por ejemplo, en el caso de emplearse un motor eléctrico, un variador de frecuencia, o en el caso de un motor a combustión interna, un mecanismo que permita variar la alimentación de combustible al motor, lo cual, como se ha explicado permite variar la rapidez de rotación del motor, y de esta manera operar con diferentes flujos de la mezcla de aire y C02. Tal como se ha mencionado, no existe un único tipo de soplador de desplazamiento positivo adecuado, pero su selección dependerá en particular de la presión de descarga del flujo de aire y C02 , la que a su vez está principalmente relacionada con la altura de la columna de agua del reactor. Tan solo como ejemplo, y en orden creciente de presión de descarga, se pueden mencionar los sopladores de lóbulos y los sopladores de tornillo.

La variación del flujo de la mezcla de aire y C02 permite ajustar el consumo de potencia por parte del motor que impulsa el soplador, a fin de cumplir con un nivel predeterminado de oxígeno y/o C02 en el seno del reactor. Este control se logra mediante el establecimiento de un lazo de control entre uno o más sensores de oxígeno disuelto y/o C02 dispuestos, por ejemplo, en el seno o en el fondo del reactor, y el variador de frecuencia del motor que impulsa el soplador o el mecanismo de alimentación de combustible, según sea el motor que se emplee.

Por otra parte, la variación del flujo de la mezcla de aire y C02 también permite actuar sobre el nivel de agitación de los contenidos del reactor, el que dependerá, entre otras condiciones, de la densidad celular, de la cantidad de material en suspensión, de la densidad del material en suspensión, etc. De esta manera, si se requiere una mayor agitación, se puede aumentar la rapidez de rotación del motor que impulsa el soplador para que aumente el flujo, a fin de que a su vez aumente la agitación al interior del reactor. De manera análoga, si el nivel de agitación es excesivo, se puede disminuir el flujo de aire actuando sobre el mecanismo de control de rapidez del motor que impulsa el soplador. Este mecanismo de control se puede establecer mediante un lazo de control entre mediciones de, por ejemplo densidad, viscosidad, conteo celular y dicho mecanismo de variación de rapidez del motor.

Tal como conocen las personas experimentadas en la técnica de los reactores tipo columna de burbujeo, las variables mencionadas anteriormente, por una parte la concentración de oxígeno disuelto y/o de C02 disuelto, y por otra el nivel de agitación del reactor, se controlan a fin de disminuir los costos de potencia, pero no es posible controlarlas de manera independiente. En la práctica se encuentra que la rapidez de rotación del motor que impulsa el soplador es aquella que satisface simultáneamente ambos tipos de variable, la concentración de 02 y/o de C02 disueltos, y el nivel de agitación, rapidez que normalmente es la mayor de entre aquellas que satisfacen las condiciones por separado.

De manera adicional a lo anterior, y ante la posibilidad de que se produzca decantación de sólidos por diferentes problemas en el sistema de aireación, como por ejemplo, que para un determinado nivel de sólidos en el reactor el flujo de aire requerido para la suspensión de los materiales exceda ampliamente lo recomendable para los niveles de oxígeno y/o C02 , o simplemente signifique un consumo de potencia demasiado alto, el reactor cuenta además con sistema secundario de agitación de los contenidos del mismo. Esto se consigue mediante la recirculación de los contenidos del reactor en el fondo del mismo hasta la superficie, con lo cual se mantienen dichos sólidos en suspensión. Para lograr este objetivo el reactor cuenta con una cañería para la recirculación ubicada en la parte externa del mismo, cañería que se encuentra en comunicación de fluidos con una bomba, como por ejemplo una bomba de tornillo o una bomba diafragma. Tal como se ha explicado, la entrada de la bomba está comunicada con el fondo del reactor o con un punto cerca de la base del mismo en el cual se encuentra la salida (11) desde el reactor hacia el sistema de agitación secundario, mientras que la salida de la bomba está comunicada con la parte superior del mismo, en un punto en o por encima del nivel de operación del mismo, en el cual se encuentra la entrada (12) desde el sistema de agitación secundario. En cuanto a la bomba que se emplee, se imponen dos requisitos, primero, que sea capaz de impulsar materiales con un alto contenido de sólidos, y segundo, que no produzca cizalle mayor que el que pueden tolerar los microorganismos que se cultivan en el interior de dicho reactor. A modo de ejemplo, dos tipos de bomba que satisfacen estos requisitos son las bombas de tornillo, y las bombas de diafragma, y entre estas últimas, las impulsadas directamente o las impulsadas empleando una corriente de aire.

El reactor también cuenta con entradas de fluidos que permiten controlar el pH . Estas entradas son dos, una entrada (13) para un fluido de pH básico, como por ejemplo solución de hidróxido de sodio, y una entrada (14) para un fluido de pH ácido, como por ejemplo ácido sulfúrico. Los fluidos son impulsados por bombas, que pueden ser por ejemplo, bombas dosificadoras de pistón o de diafragma, las cuales están controladas mediante lazos cerrados con uno o más electrodos de pH dispuestos en el interior del reactor con salida al exterior (24 y 25, Figura 2) .

Además, el reactor cuenta con un sistema de adición de medio de cultivo. Este sistema consiste en una entrada (15) para el medio de cultivo, el que se alimenta hacia el reactor de manera gravitacional o impulsado mediante una bomba. A fin de controlar y/o conocer la cuantía del medio de cultivo que se impulsa hacia el reactor, se puede emplear un sistema de medición del fluido, como por ejemplo un sensor de flujo de tubería llena, o se puede emplear una bomba dosificadora controlada.

También cuenta el reactor con un sistema de adición de fuente de energía, fuente que puede tener un estado de agregación sólido o líquido. Este sistema consiste en una entrada (16) al reactor, a través de la cual se alimenta dicha fuente de energía. Como en el caso anterior, a fin de conocer y/o controlar la cuantía de la fuente de energía que se agrega al reactor, se puede emplear un sistema de medición como por ejemplo un sensor de flujo si se trata de una fuente de energía en estado líquido, o como por ejemplo una balanza instalada en una correa de alimentación si se trata de una fuente de energía en estado sólido.

El reactor también cuenta con una entrada (17) para inoculo, lo que permite alimentarlo desde otra instalación de producción de manera continua o por lotes . Como en los casos anteriores, el inoculo puede ser impulsado mediante una bomba adecuada, como por ejemplo una bomba de diafragma impulsada eléctricamente o mediante presión de aire, o una bomba de tornillo. Además, para conocer la cuantía del inoculo que se impulsa hacia el reactor, y como en los casos anteriores, es posible impulsar dicho inoculo mediante una bomba que cumpla además con la característica de dosificar, o mediante la instalación de un sistema de medición de caudal, como un sensor de flujo de tubería llena, o similar.

Para permitir que los volúmenes impulsados hacia el reactor, como el volumen de inoculo, el volumen de medio de cultivo, el volumen de reactivos para el control de pH y el volumen de la fuente de energía, desplacen el aire al interior del reactor, éste cuenta también con un respiradero (18), el que se encuentra en la tapa (3) de dicho reactor.

El reactor cuenta también con una salida (19) para el inoculo continuo que se produce en el reactor, y que consta de una solución con una densidad celular típicamente entre lxlO7 a lxlO9 bacterias por mi según sean las condiciones de operación.

El reactor también cuenta con una salida (20) para toma de muestras y con un drenaje (21) dispuesto cerca de o en su base, para el caso que sea necesario vaciarlo completamente, como por ejemplo para una mantención general. Además, el reactor cuenta también con una entrada hombre (22) .

Tal como comprenderán las personas experimentadas en la técnica, un reactor tal como el que se ha descrito puede ser operado tanto de manera continua como en modalidad por lotes o batch. En una presentación preferida, el reactor se operó durante una primera etapa en modalidad batch, a fin de obtener una concentración determinada, por ejemplo lxlO9 células/ml, y luego se cambió a modalidad de operación continua, para proveer de manera continua una corriente de inoculo con una concentración similar a la señalada.

Como ya se ha mencionado, para la operación automática del reactor, éste cuenta además con diversos sensores, los que permiten conocer y/o controlar las diversas variables del proceso. Entre los sensores se pueden mencionar, a modo de ejemplo, sensores de oxígeno disuelto (23), sensores de temperatura (23), sensores de potencial Eh (24), sensores de potencial pH (25) , sensores de nivel de líquido (26) , sensores de flujo de aire y sensores de flujo para inoculo continuo .

La instalación y uso de los sensores puede ser redundante, esto es, se puede contar con dos o más sensores del mismo tipo, como por ejemplo dos sensores de pH, dispuestos en el mismo punto del reactor, o en puntos diferentes. El objetivo de instalar sensores redundantes puede ser diverso, como por ejemplo una medida de seguridad, de manera que si falla un sensor el reactor puede seguir en operación mientras se cambia el sensor que se encuentra en falla, empleando el sensor que está funcionando para controlar el reactor, o puede ser una herramienta de control adicional, por ejemplo, para evaluar de manera indirecta la medida de la agitación. Además, los sensores pueden ser individuales o pueden estar combinados. Por ejemplo, es común que los sensores de oxigeno disuelto o de pH incorporen también un sensor de temperatura, lo que evitaría la instalación de un sensor de temperatura individual, o en caso de instalarlo, dicha medida sería redundante .

Además, el reactor cuenta con un sistema de adquisición de datos en línea, que permite registrar variables de operación, tales como por ejemplo temperatura, pH, oxígeno disuelto, nivel de líquido, y flujos de aire y de inoculo. El registro de dichas variables, en conjunto con una lógica de control determinada, permiten a su vez el control del reactor mediante al menos los siguientes lazos de control: a) Lazo de control del pH . En función del valor del pH (25) se gatilla la adición de solución de pH básico o de solución de pH ácido actuando sobre las bombas respectivas . b) Lazo de control de la temperatura. De acuerdo con la información proveniente del sensor de temperatura (23), se actúa variando el caudal del fluido de calentamiento o de enfriamiento que pasa a través del serpentín (4) . c) Lazo de control del oxígeno disuelto. En función del valor de oxígeno disuelto en el reactor, se actúa sobre el variador de frecuencia del motor que impulsa el soplador, lo que hace variar el flujo de la mezcla de aire y C02 que ingresa al reactor.

La presente invención divulga además el método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos aislados en conjunto con o sin microorganismos nativos útiles en la biolixiviación de minerales metálicos mediante el reactor descrito anteriormente, sin limitar la invención y considerando que el método podrá variar de acuerdo a las necesidades de las bacterias que se propaguen, método que se puede definir como sigue: a) llenar parcialmente el reactor con medio de cultivo; b) poner en marcha el sistema de control de pH para que el pH se mantenga entre 1,5 y 2,5; c) poner en marcha el sistema de control de la temperatura, para que la temperatura se mantenga alrededor de 30 °C; d) poner en marcha el sistema de suministro de mezcla de aire y C02 en rangos entre 0,5% y 3% de C02 en volumen; e) incorporar fuente de energía al reactor; f) agregar un volumen de inoculo de microorganismos de tipo hierro-oxidantes y sulfo-oxidantes solos o en combinación con microorganismos nativos; g) operar el reactor en modalidad batch hasta que todo el volumen contenido en el reactor alcance una concentración de microorganismos típicamente superior a lxlO9 células/ml; h) cambiar la modalidad de operación a modalidad continua ,· i) incorporar continuamente medio de cultivo y fuente de energía ; j ) retirar continuamente inoculo desde el reactor a una tasa similar a la de incorporación de medio de cultivo ; k) ajustar la tasa de incorporación de medio de cultivo, de inoculo y de fuente de energía de manera que la concentración de microorganismos en la salida de inoculo se mantenga típicamente con recuentos superiores a lxlO8 células/ml.

El reactor de la presente invención se podrá utilizar para propagar o cultivar cualquier microorganismos, preferentemente, los microorganismos cultivados son Wenelen DSM 16786, Licanantay DSM 17318 solos o en conjunto con microorganismos nativos . Dependiendo del pH que se necesite, se ajustará con solución de NaOH ó solución de H2S04.

La corriente de inoculo es de 300 a 500 litros por hora. La concentración de bacterias varía típicamente en el rango de lxlO8 a lxlO9 bacterias por mi. Los sensores de pH, oxígeno disuelto, potencial Eh, nivel de líquido, caudal de inoculo y otros se encuentran en línea con un sistema de control de tal manera que se controlen las variables que puedan afectar a la población bacteriana. Por ejemplo la temperatura se mantiene entre 25 a 30 °C, pasando por serpentín (4) agua caliente o fría según sea el caso.

Claims (16)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES 1. Reactor para el cultivo y/o la propagación continua en gran escala de microorganismos aislados y/o nativos útiles en la lixiviación de minerales CARACTERIZADO porque : b) es un reactor cerrado de forma cilindrica, con un manto cilindrico (1) que tiene una base (2) y con una relación alto del manto cilindrico al diámetro entre 1,5 y 2,5; en casos especiales, la relación puede llegar hasta 3,0. c) tiene una tapa (3) de forma cónica con un diámetro en la base idéntico o levemente superior al diámetro del reactor, y la relación altura del manto cilindrico del reactor a altura de la forma cónica que forma la tapa entre 9 y 11; d) cuenta con un sistema principal y un sistema secundario de agitación de los contenidos de dicho reactor ; e) tiene un serpentín (4) instalado en su interior, el que permite tanto el calentamiento como el enfriamiento de los contenidos del reactor mediante la circulación por el interior del serpentín de un fluido de calentamiento o de enfriamiento, fluido que ingresa al serpentín (4) por la entrada (5) y que sale del serpentín (4) por la salida (6); f) tiene un sistema de distribución de la mezcla de aire y C02 que comprende una entrada para la mezcla de aire y C02 (7) en comunicación de fluidos con un conjunto de tuberías (8, 9); g) tiene aireadores (10) instalados cerca de la base (2) , y en comunicación de fluidos con el sistema de distribución de la mezcla de aire y C02 (8, 9) ; h) tiene una salida (11) desde el reactor hacia un sistema secundario de agitación, y una entrada (12) hacia el reactor desde dicho sistema; i) tiene una entrada (13) para solución de pH básico, una entrada (14) para solución de pH ácido, una entrada (15) para medio de cultivo, una entrada (16) para fuente de energía, una entrada (17) para inoculo, y un respiradero (18); j) tiene una salida (19) para inoculo, una salida (20) para toma de muestras, y una salida (21) para drenaj e ; k) en el manto (1) que forma el reactor se encuentra la entrada (5) del fluido que circula por el serpentín (4), la salida (6) del fluido que circula por el serpentín (4) , la entrada (7) de la mezcla de aire y C02, la salida (11) desde el reactor hacia el sistema de agitación secundario, la entrada (12) hacia el reactor desde el sistema de agitación secundario, la salida (19) para inoculo, la salida (20) para toma de muestras, la salida (21) para drenaje y la entrada hombre (22); 1) en la tapa (3) del reactor se encuentra, la entrada (13) para la solución de pH básico, la entrada (14) para la solución de pH ácido, la entrada (15) para medio de cultivo, la entrada (16) para fuente de energía, la entrada (17) para inoculo, y el respiradero (18); m) en el tercio inferior del manto (1) que forma el reactor se encuentra, la entrada (5) del fluido que circula por el serpentín (4) , la salida (11) desde el reactor hacia el sistema de agitación secundario, la salida (19) para inoculo, la salida (20) para toma de muestras, la salida (21) para drenaje y la entrada hombre (22); n) en el tercio superior del manto (1) que forma el reactor se encuentra la salida (6) del fluido que circula por el serpentín (4), la entrada (7) de la mezcla de aire y C02 , la entrada (12) hacia el reactor desde el sistema de agitación secundario; o) el serpentín (4) se encuentra en torno del tercio intermedio del volumen cilindrico que forma el reactor; p) el conjunto de conducciones de la mezcla de aire y C02 (8, 9) atraviesa todo el volumen cilindrico que forma el reactor, desde el tercio superior, hasta el tercio inferior, en el que se encuentran los aireadores (10) ; q) cuenta con elementos sensores de pH (25) , oxígeno disuelto (23), potencial Eh (24), y sensores de altura de líquido; r) cuenta con elementos para la determinación del caudal y/o de la masa que se incorporan en el reactor, como solución de pH ácido o básico, medio de cultivo, inoculo, fuente de energía; s) cuenta con un sistema de control de oxígeno disuelto, pH, potencial Eh y volumen del reactor; t) los elementos sensores de pH (25) , oxígeno disuelto (23), y potencial Eh (24) se encuentran ubicados en el tercio inferior del volumen cilindrico que forma el reactor; u) cuenta con un sistema de control para el ingreso de la mezcla de aire y C02.
2. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque el volumen total es entre un 10 y 25% superior al volumen líquido utilizado.
3. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque el material de construcción del manto (1), de la base (2) y de la tapa (3) es fibra de vidrio reforzada con poliéster empleando resina alquídicas y/o fenólicas.
4. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque el sistema de agitación principal es el sistema de distribución de la mezcla de aire.
5. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque el sistema secundario de agitación es un sistema que considera una bomba de desplazamiento positivo capaz de impulsar fluidos con alto contenido de sólidos sin causar más cizalle que el que toleran las bacterias que se cultivan, que se alimenta desde la salida (11) desde el reactor para el sistema de agitación secundario, ubicado en un punto en o cerca de la base del reactor, y que descarga en un punto en o por encima del nivel de operación del reactor, descrito como entrada (12) al reactor desde el sistema de agitación undario .
6. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque el diámetro de la base de la forma cilindrica que forma la tapa de dicho reactor es idéntico al diámetro del cilindro que forma el cuerpo del reactor.
7. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque la relación entre la altura de la forma cónica que forma la tapa del reactor y el manto del cilindro que forma el reactor es aproximadamente 10.
8. El reactor de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, CARACTERIZADO porque la relación entre el volumen total del reactor y el volumen útil del mismo se encuentra entre 1,3 y 1,6.
9. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos aislados en conjunto con o sin microorganismos nativos útiles en la biolixiviación de minerales metálicos mediante el reactor de las reivindicaciones 1 a 8, CARACTERIZADO porque comprende; a) llenar parcialmente el reactor con medio de cultivo; b) poner en marcha el sistema de control de pH para que el pH se mantenga entre 1,5 y 2,5 con soluciones básicas ó ácidas adecuadas; c) poner en marcha el sistema de control de la temperatura, para que la temperatura se mantenga alrededor de 30 °C; d) poner en marcha el sistema de suministro de mezcla de aire y C02 en rangos entre 0,5% y 3% de C02 en volumen; e) incorporar fuente de energía al reactor; f) agregar un volumen de inoculo de microorganismos de tipo hierro-oxidantes y sulfo-oxidantes solos o en combinación con microorganismos nativos; g) operar el reactor en modalidad batch hasta que todo el volumen contenido en el reactor alcance una concentración de microorganismos superior a lxlO8 células/ml ; h) cambiar la modalidad de operación a modalidad continua ; i) incorporar continuamente medio de cultivo y fuente de energía ; j) retirar continuamente inoculo desde el reactor a una tasa similar a la de incorporación de medio de cultivo , k) ajustar la tasa de incorporación de medio de cultivo, de inoculo y de fuente de energía de manera que la concentración de microorganismos en la salida de inoculo se mantenga a recuentos por encima de lxlO8 células/ml ; 1) controlar el nivel de agitación mediante la variación en el flujo de la mezcla de aire y C02; m) realizar la agitación secundaria mediante la recirculación del contenido del reactor, desde el fondo de dicho reactor hasta la superficie de dicho contenido .
10. 10. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los microorganismos cultivados son Wenelen DSM 16786, Licanantay DSM 17318 solos o en conjunto con microorganismos nativos.
11. 11. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la solución para ajustar pH básico es solución de NaOH.
12. 12. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la solución para ajustar pH ácido es solución de H2S0 .
13. 13. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la corriente de inoculo es de 300 a 500 litros por hora.
14. 14. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque la concentración de bacterias es de lxlO8 a lxlO9 bacterias por mi.
15. 15. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los sensores de pH, oxígeno disuelto, potencial En, nivel de líquido, caudal de inoculo y otros se encuentran en línea con un sistema de control .
16. 16. Método para el cultivo y/o propagación en gran escala de microorganismos de acuerdo a la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque se mantiene una temperatura entre 25 a 30 °C.