LibreOffice/6.4.3.2$Linux_X86_64 LibreOffice_project/747b5d0ebf89f41c860ec2a39efd7cb15b54f2d8 0 0 14099 9999 true $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.sob 0 $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.soc $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.sod 1270 true true false true false $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.sog $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.soh false false true true false false true false false false $(brandbaseurl)/share/palette%3B$(userpath)/config/standard.soe false 7 4 false 0 low-resolution false true false 1 1 true 45 Biolixiviación microbiana del cobre como tecnología para la explotación del mineral microbial r EsumEn La búsqueda de alternativas tecnológicas sostenibles para el drenaje ácido de minas es una necesidad. El propósito del estudio fue analizar de forma exploratoria la biolixiviación del cobre como tecnología de extracción del mineral. Desde el 2014 hasta el 2015 se determinó la producción promedio máxima microbiana de lixiviados pertenecientes a cuatro botaderos del asiento minero de Toquepala pertenecientes a la Empresa Southern Perú Coper. Las concentraciones promedio con relación a la determinación de cobre (0, 5, 10, 15, 20) fueron: 8,903089987 ± 0,026; 7,778151250 ± 0,058, 7,204119983 ± 0,071, 7,041392685 ± 0,039 y 7,000000000 ± 0,016 donde se encontró diferencias estadísticamente significativas (p<0,05). Los resultados experimentales indicaron que, el cobre puede extraerse mediante el proceso de biolixiviación. Palabras clave: drenaje ácido, biolixiviación, cobre, extracción mineral a BstraCt The search for sustainable technological alternatives for acid mine drainage it is a necessity. The purpose of study was to explore exploratoryly the bioleaching of copper as a mineral extraction technology. From 2014 to 2015, the maximum average microbial production of leachates belonging to four mining dumps of Toquepala belonging to Southern Peru Copper Company was determined. The average concentrations in relation to the determination of copper (0, 5, 10, 15, 20) were: 8,903089987 ± 0,026; 7,778151250 ± 0,058, 7,204119983 ± 0,071, 7,041392685 ± 0.039 and 7,000000000 Paola del Rosario Eyzaguirre Liendo 1 Daladier Miguel Castillo Cotrina 2 1 Laboratorio de Biotecnología Microbiana. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann (UNJBG). Tacna, Perú. paolaeyzaguirre41@gmail.com daladiercastillo@hotmail.com Microbial bioleaching of copper as a technology for the exploitation of microbial mineral Recibido: noviembre 12 del 2018 | Revisado: diciembre 18 del 2018 | Aceptado: febrero 12 del 2019 https://doi.org/10.24265/campus.2019.v24n27.04 | Campus | Lima, perú | V. XXIV | N. 27 | PP. 45-52 | enero-junio | 2019 | issn 1812-6049 © Los autores. Este artículo es publicado por la Revista Campus de la Facultad de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de San Martín de Porres. Este artículo se distribuye en los términos de la Licencia Creative Commons Atribución No-comercial – Compartir-Igual 4.0 Internacional (https://creativecommons.org/licenses/ CC-BY), que permite el uso no comercial, distribución y reproducción en cualquier medio siempre que la obra original sea debidamente citada. Para uso comercial contactar a: revistacampus@usmp.pe. 46 Introducción La exposición a los relaves (Nejeschle- bová et al., 2015) y remoción de tierra para la extracción de elementos metálicos como el cobre ocasiona contaminación ambiental (Amari et al., 2014; Beylot & Villeneuve, 2017; Kefeni et al., 2017). El cobre es un elemento no ferroso muy costoso y altamente demandado a nivel mundial (Volchko et al., 2017), cuyas reservas podrían agotarse para el 2050 (Brown, 2006). El cobre, una vez impregnado en aquellos materiales catalogados como contaminados, puede recuperarse me - diante técnicas ex–situ de lavado químico (Karlfeldt, Yillin & Strömvall, 2013). La lixiviación es una de las técnicas de recu - peración (Adedigba, 2015; Andersson & Lundström, 2015) existiendo bacterias asociadas durante el proceso (Kondrat’eva et al., 2012; Hao et al., 2016) las cuales, a través de tecnologías genéticas son iden - tificadas (Korehi, Blothe & Schippers, 2014; Gupta et al., 2017). Con la fina - lidad de proteger el entorno ambiental, tecnologías como la biolixiviación se apli - can de forma sistemática (Johnson, 2014; Harrison, 2016; Cox & Bryan, 2017; Yin et al., 2018) y en particular, en aquellos concentrados de cobre (Brierley, 2016). Desde la década de 1940, la biosolu- bilización de óxidos y sulfuros metálicos (Mishra et al., 2005) en la minería de co- bre se practican en varios países con fines comerciales (Ehrlich, 2001). Durante el proceso de lixiviación diversas especies se encuentran involucradas como por ejem- plo: Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidi- thiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus caldus, Acidithiobacillus albertis, Acidi- thiobacillus acidophilus, Acidithiobacillus concretivorus, Acidithiobacillus prosperus (Hoque & Philip, 2011) y Leptospirillum ferrooxidans (Ewart & Martin, 1991; Bo- secker, 1997; Rawlings, 2013). La inmo- vilización con Acidithiobacillus ferrooxi- dans, oxidan un sustrato que contiene el hierro ferroso (Fe 2+ ) para formar com- puestos de hierro férrico (Fe 3+ ) en solu- ción altamente ácida y cada vez más, está siendo utilizada para la biooxidación de hierro Fe 2+ (Mazuelos et al., 1999; Giave- no et al., 2008). El cobre al ser un elemento esen- cial para los seres vivos (Taiz & Zei- ger, 2010) debido a la participación en múltiples procesos redox, formación del grupo prostético de algunas enzimas y en el transporte de electrones durante el proceso de la fotosíntesis, además de la respiración celular (Fernández & Hen- ríquez, 1991; Maksymiec, 1997; Yruela, 2005), es que su interés de explotación es reconocido. El propósito del estudio fue analizar la biolixiviación del cobre como tecnología de extracción del mineral. Desarrollo El drenaje ácido durante los procesos biolixiviantes, por lo general, tiene im- | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Paola del Rosario Eyzaguirre Liendo - Daladier Miguel Castillo Cotrina ± 0,016 where statistically significant differences were found (p <0,05). The experimental results indicated that copper can be extracted through the bioleaching process. Key words: acid drainage, bioleaching, copper, mineral extraction 47 pactos ambientales negativos (Vahidi & Zhao, 2016; Jones & Johnson, 2016; Bo- nilla et al., 2018) por cuanto, la aplica- ción de procesos biotecnológicos resulta de interés para la extracción de minerales (Watling, 2016). A temperatura y presión atmosférica relativamente baja los procesos de bio- lixiviación son funcionales y sostenibles debido a la reducción del costo energé- tico, baja emanación de gases y limitada dependencia sobre reactivos costosos y agresivos (Bryan et al., 2015). Aunque la biolixiviación no es 100% eficiente para la recuperación de mine- ral(Simate & Ndlovu, 2014), al menos permite remediar en parte, el impacto zonal de la actividad minera (Park et al., 2015). A partir de la selección sobre cua- tro botaderos que presentaron lixiviados del mineral calcopirita de baja ley, ubi- cados en el asiento minero de Toquepala y pertenecientes a la Empresa Southern Perú Cooper, fueron analizadas desde julio (2014) hasta julio (2015) diversas muestras en el Laboratorio de Biotec- nología Microbiana de la Facultad de Ingeniería Metalúrgica perteneciente a la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmman, Tacna-Perú. Una vez muestreadas la masa mineral de interés se sumergieron en 3L de medio 9K (líquido modificado) a pH 1,8 don- de se insufló, 1 vvm de aire durante 15 días a temperatura ambiente (25ºC) con agitación diaria (biorreactor). Se sembró mediante asa de Koll por extensión, inó- culos tomados del cultivo de enriqueci- miento sobre la superficie del medio de cultivo agar, 9K contenido en placas Petri las cuales fueron incubadas a temperatura ambiente por 15 días para su observación al microscopio. Para la obtención del inóculo (consor- cio microbiano) se tomó 0,5L de cultivo enriquecido por cultivo de enriqueci- miento; y por separado se agregó con 3L de medio 9K líquido, pH 1.8, conteni- do en un biorreactor que se agitó diaria- mente por 15 minutos, durante 15 días a temperatura ambiente con una aireación de 1 vvm. La Tabla 1 muestra la concentración promedio de cobre y la producción pro- medio máxima microbiana donde se en- contró diferencias estadísticamente signi- ficativas (p<0,05) en esta última variable (Tabla 2). Tabla 1 Concentración de cobre / producción máxima microbiana Concentración de cobre (ppm) Producción máxima microbiana (logaritmo de cel/ml) 0 8,903089987 (1) 5 7,778151250 (2) 10 7,204119983 (3) 15 7,041392685 (4) 20 7,000000000 (5) | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Bioxiviación microbiana del cobre como tecnología para la explotación del mineral microbial 48 Tabla 2 Análisis de la varianza FV SC gl CM Coeficiente F Valor P Entre grupos 7,6717 4 1,91792 239142713,20 0,0000 Intra grupos 8,02E-8 10 8,02E-9 Total (Corr.) 7,6717 14 Prueba de Bonferroni Producción máxima microbiana Grupo homogéneos 5 a 4 b 3 c 2 d 1 e Programa estadístico Statgraphics Centurium 18 Según el estudio con enfoque cuanti- tativo y estado actual del conocimiento exploratorio, hubo posibilidad de extraer mediante procesos biolixiviación el cobre donde la producción máxima microbia - na estuvo en función a la concentración de dicho elemento. Asimismo, para es - tudios futuros, se requiere establecer un diseño de experimento donde se deter - minen reacciones redox que puedan in- fluir en la optimización del crecimiento microbiano. Se concluyó que el mineral puede re- cuperarse siendo rentable en aquellos sitios donde existe exposición contami- nante y para ello, el proceso biotecnoló- gico por biolixiviación lo permitió. Referencias Adedigba, A. (2015). Assessment of Metal Recycling in Remediation Projects: Application and Eval- uation of a Cost-benefit Analy- sis Method. (Master’s Thesis No 2015:135). Chalmers Reproser- vice, Gothenburg. http://publica- tions.lib.chalmers.se/records/full- text/226582/226582.pdf Amari, K.E., Valera, P., Hibti, M., Pre- tti, S., Marcello, A. & Essarraj, S. (2014). Impact of mine tailings on surrounding soils and ground water: Case of Kettara old mine, Morocco. Journal of African Earth Sciences; 100, 437–449. http:// dx.doi.org/10.1016/j.jafrears- ci.2014.07.017 Andersson, D. & Lundström, J. (2015). Enhanced Soil Washing – A Study on Treatment of Copper Pollut- ed Soil and Bark. (Master’s thesis 2015:45). Chalmers Reproservice, Gothenburg Beylot, A. & Villeneuve, J., 2017. Ac- counting for the environmental im- pacts of sulfidic tailings storage in the Life Cycle Assessment of copper production: A case study. Journal of | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Paola del Rosario Eyzaguirre Liendo - Daladier Miguel Castillo Cotrina 49 Cleaner Production; 152, 139–145. http://dx.doi.org/10.1016%2Fj. jclepro.2017.03.129 Bosecker, K. (1997). Bioleaching: met- al solubilization by microorgan- isms - Bosecker – 1997. FEMS Microbiol. Rev; 20, 591–604. https://doi.org/10.1016/S0168- 6445(97)00036-3 Brierley, C.L. (2016). Biological pro- cessing of sulfidic ores and concen- trates – integrating innovations. In: Lakshmanan, V.I., Roy, R., Ramachandran, V. (Eds.): Innova- tive Process Development in Met- allurgical Industry. Springer Inter- national Publishing, Switzerland; 109–135. Brown, L., (2006). Plan B 2.0: rescuing a planet under stress and a civili- zation in trouble. Earth Policy In- stitute. W.W. Norton & Co., New York. ISBN: 0-393-32831-7 Bryan, C., Watkin, E., McCredden, T., Wong, Z., Harrison, S. & Kak- sonen, A. (2015). The use of py- rite as a source of lixiviant in the bioleaching of electronic waste. Hydrometallurgy; 152, 33–43. http://doi.org/10.1016/j.hydrom- et.2014.12.004 Cox, A. & Bryan, C.G., (2017). Insights into Heap Bioleaching at the Ag- glomerate-Scale. Solid State Phe- nom. Trans. Tech. Publ. 185–188. https://doi.org/10.4028/www.sci- entific.net/SSP.262.185 Ehrlich, H.L. (2001). Past, present and future of biohydrometallurgy. Hydrometallurgy; 59, 127–134. https://doi.org/10.1016/S0304- 386X(00)00165-1 Ewart, D.K. & Martin, N.H. (1991). The extraction of metals from ores using bacteria. Adv. Inorg. Che; 36, 103–135. https://doi.org/10.1016/ S0898-8838(08)60038-0 Fernandes, J.C. & Henriques, F.S. (1991). Biochemical, physiologi- cal, and structural effects of excess copper in plants. Bot. Rev; 57, 246– 273. https://doi.org/10.1007/ BF02858564 Giaveno, A., Lavalle, L., Guibal, E. & Do- nati, E. (2008). Biological ferrous sulfate oxidation by A. ferrooxidan- simmobilized on chitosan beads. J. Microbiol. Methods; 72, 227–234. https://doi.org/10.1016/j.mi- met.2008.01.002 Gupta, A., Dutta, A., Sarkar, J., Paul, D., Panigrahi, M.K. & Sar, P. (2017). Metagenomic exploration of mi- crobial community in mine tailings of Malanjkhand copper project, India. Genomics Data; 12, 11–13. https://doi.org/10.1016/j.gda- ta.2017.02.004 Hao, X.D., Liang, Y.L., Yin, H.Q., Ma, L.Y., Xiao, Y.H., Liu, Y.Z., Qiu, G.Z. & Liu, X.D. (2016). The effect of potential heap con - struction methods on column bioleaching of copper flotation tailings containing high levels of fines by mixed cultures. Min - erals Engineering; 98, 279–285. h t t p : / / d x . d o i . o r g / 1 0 . 3 3 9 0 / min8020032 | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Bioxiviación microbiana del cobre como tecnología para la explotación del mineral microbial 50 Harrison, S.T.L. (2016). Biotechnol- ogies that utilize acidophiles. In: Quatrini, R., Johnson, D.B. (Eds.), Acidophiles: Life in Ex - tremely Acidic Environments. Caistor Academic Press, Haverhill, UK, 265–283. Johnson, D.B. (2014). Biomining – biotechnologies for extract - ing and recovering metals from ores and waste materials. Curr. Opin. Biotechnol; 30, 24–31. https://doi.org/10.1016/j.cop - bio.2014.04.008 Karlfeldt, F.K., Yillin, L. & Ström- vall, A.M. (2013). Remediation of metal polluted hotspot areas through enhanced soil washing - evaluation of leaching methods. J. Environ. Manag; 128, 489–496. https://doi.org/10.1016/j.jen- vman.2013.05.056 Kefeni, K.K., Msagati, T.A.M. & Mamba, B.B. (2017). Acid mine drainage: Prevention, treatment options, and resource recovery: A review. Journal of Cleaner Pro- duction; 151, 475–493. http:// dx.doi.org/10.1016%2Fj.jcle- pro.2017.03.082 Kondrat’eva, T.F., Pivovarova, T.A., Bu- laev, A.G., Melamud, V.S., Mura- vyov, M.I., Usoltsev, A.V. & Va- sil’ev, E.A. (2012). Percolation bi- oleaching of copper and zinc and gold recovery from flotation tail- ings of the sulfide complex ores of the Ural region, Russia. Hydrome- tallurgy; 111–112, 82–86. http:// dx.doi.org/10.1016/j.hydrom- et.2011.10.007 Korehi, H., Blothe, M. & Schippers, A. (2014). Microbial diversity at the moderate acidic stage in three dif- ferent sulfidic mine tailings dumps generating acid mine drainage. Re- search in Microbiology; 165, 713– 718. https://doi.org/10.1016/j.res- mic.2014.08.007 Maksymiec, W. (1997). Effect of cop- per on cellular processes in higher plants. Photosynthetica; 34, 321–342. https://doi.or- g/10.1023/A:1006818815528 Mazuelos, A., Romero, R., Palencia, I., Iglesias, N. & Carranza, F. (1999). Continuous ferrous iron biooxidation in flooded packed bed reactors. Miner. Eng; 12(5), 559–564. Mishra, D., Kim, D.J., Ahn, J.G. & Rhee, Y.H. (2005). Bioleaching: a microbial process of metal recovery; A review. Met. Mater. Int; 11, 249– 256. https://doi.org/10.1007/ BF03027450 Nejeschlebová, L., Sracek, O., Mihalje- vicˇ, M., Ettler, V., Krˇíbek, B. & et al. (2015). Geochemistry and potential environmental impact of the mine tailings at Rosh Pinah, southern Namibia. Journal of Af- rican Earth Sciences; 105, 17–28. https://doi.org/10.1016/j.jafrears- ci.2015.02.005 Park, S.M., Yoo, J.C., Ji, S.W., Yang, J.S. & Baek, K. (2015). Selec- tive recovery of dissolved Fe, Al, Cu, and Zn in acid mine drainage based on modeling to predict pre- cipitation pH. Environ. Sci. Pollut. | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Paola del Rosario Eyzaguirre Liendo - Daladier Miguel Castillo Cotrina 51 Res; 22, 3013–3022. https://doi. org/10.1016/j.jece.2014.07.021 Rawlings, D.E. (2013). Biomining: The- ory, Microbes and Industrial Pro- cesses. Springer, Berlin-New York Simate, G.S. & Ndlovu, S. (2014). Acid mine drainage: Challenges and opportunities. J. Environ. Chem. Eng; 2, 1785–1803. https://doi. org/10.1016/j.jece.2014.07.021 Vahidi, E. & Zhao, F. (2016). Life cy- cle analysis for solvent extraction of rare earth elements from aque- ous solutions. In: Rewas 2016. Springer, 113–120. https:// d o i . o r g / 1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 48768.7_17 Volchko, Y., Norrman, J., Rosén, L. & Karlfeld, F.K. (2017). Cost-ben- efit analysis of copper recovery in remediation projects: A case study from Sweden. Science of the Total Environment; 605–606, 300–314. http://dx.doi.org/10.1016/j.scito- tenv.2017.06.128 Watling, H. (2016). Microbiological advances in biohydrometallurgy. Fortschr. Mineral; 6(2), 49. https:// doi.org/10.3390/min6020049 Yin, S., Wang, L., Kabwe, E., Chen, X., Yan, R. & et al. (2018). Cop- per Bioleaching in China: Review and Prospect. Minerals; 8(32). 1–26. http://dx.doi.org/10.3390/ min8020032 Yruela, I. (2005). Copper in plants. Braz. J. Plant Physiol; 17, 145–156. http://dx.doi.org/10.1590/S1677- 04202005000100012 | Campus | V. XXIV | No. 27 | enero-junio | 2019 | Bioxiviación microbiana del cobre como tecnología para la explotación del mineral microbial 52