Caracterización de consorcios microbianos lixiviantes de sulfuro de cobre aislados de drenajes ácidos de minas altoandinas

La biolixiviación, usando consorcios microbianos, es considera una alternativa ecoeficiente y de bajo costo para la recuperación de metales a partir de minerales de baja ley. En este estudio, se realizó la caracterización fisiológica y molecular de consorcios microbianos psicrotolerantes lixiviantes (CMPL), aislados de drenajes ácidos de minas de cuatro localidades mineras de las provincias de Pasco y Huarochirí, Perú, ubicados sobre los 4200 m de altitud. Se aislaron seis consorcios adaptados a medio 9K con ion ferroso y medio basal 9K con CuS al 0.5% p/v a 15 °C. Se evidenció la liberación de cobre en todos los consorcios. El CMPL con mejor crecimiento, presentó una recuperación de cobre de 12.47% en 30 días de evaluación. Los análisis de la secuenciación del gen ARNr 16S de la comunidad bacteriana, mostraron que los CMPL están dominados por el género Acidithiobacillus, seguido de Acidiphilium. En conclusión, se obtuvieron consorcios que pueden ser aplicados en biolixiviación de cobre en la minería altoandina.

Bioleaching, using microbial consortia, is regarded as an eco-efficient and cost-effective alternative for the recovery of metals from low-grade ores. In this study, we conducted physiological and molecular characterization of psychrotolerant leaching microbial consortia (PLMC) isolated from acid mine drainage in four mining sites within the Pasco and Huarochirí provinces of Peru, situated at altitudes above 4200 meters. Six consortia adapted to a medium containing ferrous ions (9K medium) and a basal medium with 0.5% w/v CuS at 15°C were isolated. All consortia exhibited copper release. The PLMC with the most robust growth achieved a copper recovery of 12.47% within 30 days of evaluation. 16S rRNA gene sequencing analysis of the bacterial community revealed that the PLMCs were predominantly dominated by the genus Acidithiobacillus, followed by Acidiphilium. In conclusion, consortia suitable for copper biolixiviation in high-altitude mining contexts were successfully obtained.

La amplia distribución de un microorganismo termoacidófilo en el mineral de una mina cuprífera a temperatura ambiente y en condición ácida, y su importancia en la biolixiviación del concentrado de calcopirita / The wide distribution of an extremely thermoacidophilic microorganism in the copper mine at ambient temperature and under acidic condition and its significance in bioleaching of a chalcopyrite concentrate

Thermoacidophiles can exist in a state of dormancy both in moderate temperatures and even in cold conditions in heap leaching. Sulphide mineral ores such as chalcopyrite produce sulfuric acid when exposed to the air and water. The produced sulfuric acid leads to the decrease of pH and exothermic reactions in heap leaching causing the temperature to increase up to 55 °C and the activation of thermoacidophilic microorganisms. The aim of the present study was to isolate indigenous extreme thermoacidophilic microorganisms at ambient temperature from Sarcheshmeh Copper Complex, to adapt them to the high pulp density of a chalcopyrite concentrate, and to determine their efficiency in chalcopyrite bioleaching in order to recover copper. In this study samples were collected at ambient temperature from Sarcheshmeh Copper Complex in Iran. Mixed samples were inoculated into the culture medium for enrichment of the microorganisms. Pure cultures from these enrichments were obtained by subculture of liquid culture to solid media. Morphological observation was performed under the scanning electron microscope. Isolates were adapted to 30% (w/v) pulp density. For the bioleaching test, the experiments were designed with DX7 software. Bioleaching experiments were carried out in Erlenmeyer flasks and a stirred tank reactor. The highest copper recovery in Erlenmeyer flasks was 39.46% with pulp 15%, inoculums 20%, size particle 90 pm and 160 rpm. The lowest recovery was 3.81% with pulp 20%, inoculums 20%, size particle 40 pm and 140 rpm after 28 days. In the reactor, copper recovery was 32.38%. Bioleaching residues were analyzed by the X-ray diffraction (XRD) method. The results showed no jarosite (KFe3(SO4)2(OH)6) had formed in the bioleaching experiments. It seems that the antagonistic reactions among various species and a great number of planktonic cells in Erlenmeyer flasks and the stirred tank reactor are the reasons for the low recovery of copper in our study.

Los microorganismos termoacidófilos pueden estar en estado latente tanto a temperatura moderada como baja, en lixiviación en pilas. Los minerales sulfurosos, como la calcopirita, producen ácido sulfúrico cuando se exponen al aire y al agua. El ácido sulfúrico producido conduce a la disminución del pH y a reacciones exotérmicas durante la lixiviación en pilas, lo que hace que la temperatura aumente hasta 55 °C y se activen los microorganismos termoacidófilos. El objetivo del presente estudio fue aislar del complejo de cobre Sarchesh-meh (Irán) microorganismos termoacidófilos extremos que proliferan a temperatura ambiente e investigar su adaptación a la alta densidad de pulpa del concentrado de calcopirita, así como su eficiencia para biolixiviarese mineral, con el objeto de recuperar el cobre. Se recogieron muestras a temperatura ambiente del citado complejo, y luego muestras mixtas se inocularon en un medio de cultivo de enriquecimiento. A partir de estos enriquecimientos, mediante el subcultivo del cultivo líquido a medio sólido, se obtuvieron cultivos puros. La observación morfológica se realizó bajo microscopio electrónico de barrido. Los aislados estaban adaptados al 30% p/v de densidad de pulpa. Para la prueba de biolixiviación, los experimentos fueron diseñados con el software DX7. Los experimentos de biolixiviación se llevaron a cabo en Erlenmeyers y en un reactor tanque con agitación. La mayor recuperación de cobre en los Erlenmeyers fue del 39,46% y se obtuvo con la pulpa al 15%, un inóculo del 20%, un tamaño de partícula de 90 µm y una agitación de 160 rpm. La menor recuperación fue del 3,81% y se obtuvo con la pulpa al 20%, un inóculo del 20%, un tamaño de partícula de 40 µm y una agitación de 140 rpm, después 28 días. En el reactor, la recuperación del cobre fue del 32,38%. El análisis de difracción de rayos X (XRD) no mostró que se formara jarosita (KFe3-#91;SO4-#93;2-#91;OH-#93;6) en los experimentos de biolixiviación. Dicha técnica sirve para determinar la estructura cristalina de una sustancia desconocida. Al parecer, las reacciones antagónicas entre las diversas especies y el mayor número de células planctónicas en los Erlenmeyers y en el reactor fueron las causas de la baja recuperación de cobre observada en este estudio.

Comparación del potencial oxidativo de Acidithiobacillus ferrooxidans, en un proceso de biodesulfurización de carbón / Comparison of the oxidative potential of Acidithiobacillus ferrooxidans, in biodesulphurization process of coal

En este estudio se comparó la actividad oxidativa de dos cepas de Acidithiobacillus ferrooxidans en un proceso de desulfurización, empleando un carbón sub-bituminoso alto en azufre (2.30% de azufre total, con 1.06% pirítico, 1.10% orgánico y 0.14% de sulfatos), proveniente de la mina "La Guacamaya" ubicada en Puerto Libertador -Córdoba, Colombia. Se realizaron ensayos a nivel de erlenmeyer, la concentración de hierro total en la solución fue de 200 mg/L y 1200 mg/L respectivamente, empleando sulfato ferroso. El proceso fue monitoreado mediante mediciones periódicas de los principales factores físico-químicos implicados (pH, potencial de óxido-reducción (Eh), hierro en solución y concentración celular). Según los resultados obtenidos, la mayor eficiencia del proceso se logró, al trabajar con microorganismos compatibles con Acidithiobacillus ferrooxidans y una concentración de sulfato ferroso inicial de 1200 mg/L, el cual obtuvo la mayor tasa de oxidación de pirita (Py oxidada) (68%), así como, mejores condiciones en el medio lixiviante (pH: 1,47; Eh: 625 mV; 6.3×10(8) células/mL) en comparación con el cultivo axénico a las mismas condiciones (Py oxidada: 52%, pH: 1,63, Eh: 580 mV, 5.1×10(8) células/mL), después de 12 días de experimentación.

This study aimed comparing the oxidative activity of two strains of Acidithiobacillus ferrooxidans in a desulphurization process, using a sub-bituminous coal with a high sulfur content (2.30% total sulfur: 1.06% as pyritic, 1.10% as organic and 0.14% from sulfates) from "La Guacamaya" mine, located in Puerto Libertador - Cordoba, Colombia. Several assays were performed in Erlenmeyer flasks, the total iron concentration used in solution were 200 mg/L and 1200 mg/L respectively, using ferrous sulfate. The process was monitored by periodically measuring the main physicochemical factors involved (pH, Eh, cell population and iron in solution). According to the results obtained, the highest efficiency of the process was achieved by working with microorganisms compatible with Acidithiobacillus ferrooxidans and initial concentration of 1200 mg/l of ferrous sulfate, which had higher pyrite oxidation rates (Py oxidized) up to 68% and the best experimental conditions in the leaching medium (pH: 1,47; Eh: 625 mV; 6.3×108 cells/mL), in comparison with the axenic culture on the same conditions (Py oxidized: 52%; pH: 1,63; Eh: 580 mV; 5.1×108cells/mL), after 12 days of experimentation.

Adaptación de una cepa compatible con Acidithiobacillus ferrooxidans sobre concentrados de calcopirita (CuFeS2), esfalerita (ZnS) y galena (PbS) / Adaptation of a strain Acidithiobacillus ferrooxidans compatible on concentrates of chalcopyrite (CuFeS2), sphalerite (ZnS) and galena (PbS)

En este estudio se evaluó la adaptación de una cepa compatible con Acidithiobacillus ferrooxidans a altas densidades de pulpa de calcopirita, esfalerita y galena, con dos distribuciones de tamaño de partícula, -200 y -325 serie Tyler de tamices. Los microorganismos fueron adaptados por la disminución gradual de la fuente principal de energía, sulfato ferroso, y el aumento en el contenido de mineral, para finalmente realizar un subcultivo sin la adición de fuente de energía externa. La realización de subcultivos en serie resultó ser una estrategia eficaz para la adaptación a altas densidades de pulpa de esfalerita, calcopirita y galena indicando que el protocolo empleado es adecuado. Los resultados muestran que la cepa compatible con Acidithiobacillus ferrooxidans es más resistente a altas concentraciones de esfalerita, seguido por calcopirita y finalmente por galena. El tamaño de partícula juega un papel fundamental en la adaptación de los microorganismos al mineral.

In this study the adaptation of Acidithiobacillus ferrooxidans-like to high concentrations of chalcopyrite, sphalerite and galena were evaluated with two mineral-particle sizes: 200 and 325 Tyler mesh. The strain was adapted using two simultaneous processes. The first one consisted in a gradual decreasing of the main energy source, ferrous sulphate. The second one consisted in a gradual increasing of the mineral content. Finally, a test was made without ferrous sulphate. The serial subculturing was found to be an efficient strategy to adapt Acidithiobacillus ferrooxidans-like to higher concentrations of chalcopyrite, sphalerite and galena. This indicates that a suitable protocol was employed. The results showed that Acidithiobacillus ferrooxidans-like is more resistant to high concentration of sphalerite, chalcopyrite and galena in descendant order. The particle size played an important role in the adaption of microorganism to the mineral.