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INGENIERÍA METALÚRGICA

Minería con microorganismos

Emplean bacterias para recuperar metales valiosos en chatarra electrónica y desechos de minas

Minerios_BACTERIAS_ALTAFOTOS: EDUARDO CESAR / ilustración: PEDRO HAMDANBrasil es uno de los campeones mundiales en generación de basura electrónica. Un estudio reciente de la Agencia Brasileña de Desarrollo Industrial (ABDI), de la órbita del gobierno federal, reveló que se descarta anualmente en el país alrededor de un millón de toneladas de desechos electrónicos, formados por monitores de computadoras, teléfonos celulares, impresoras y cámaras fotográficas, entre otros aparatos. Y tan sólo una pequeña parte se recicla, pues las técnicas actualmente factibles son caras y contaminantes. Pero esta situación puede cambiar de tener éxito comercial un método sostenible tanto en el ámbito económico como en el ambiental, destinado a recuperar metales tales como el cobre y el oro presentes en circuitos impresos, aquellas plaquetas verduscas de fibra de vidrio que pueden verse dentro de la mayoría de los aparatos electrónicos. El desarrollo de esta técnica, conocida como biohidrometalurgia, estuvo a cargo de un grupo de científicos brasileños. En una de sus etapas, se emplean bacterias inofensivas para los seres humanos a los efectos de extraer el metal existente en las plaquetas.

“En la actualidad se emplean bacterias para el bioprocesamiento de metales en minas, o en la recuperación de los desechos metálicos presentes en represas. Nuestra idea consistió en usar el método para recuperar el cobre a partir de la chatarra”, dice el ingeniero metalúrgico Jorge Tenório, docente de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (USP). A modo de comparación, Tenório dice que el mineral de cobre extraído por la empresa Vale en sus minas tiene una concentración de menos del 1% de cobre, en tanto que una plaqueta de circuito impreso de computadora contiene alrededor de un 30% de cobre (lea en Pesquisa FAPESP nº 200, edición de octubre de 2012).

Hoy en día es posible reaprovechar el cobre y otros metales presentes en las plaquetas de circuitos impresos mediante procesos químicos que comprenden el uso de ácidos para efectuar la extracción, o por el proceso pirometalúrgico, con el cual se lleva a cabo la recuperación de los metales en altas temperaturas, lo que resulta en la emisión de gases contaminantes. “La ventaja de nuestra técnica radica en que es más barata que las convencionales y en que no agrede al medio ambiente”, dice Luciana Yamane, alumna que realiza su doctorado en el grupo de Tenório, con beca de la FAPESP. Su tesis, intitulada Recuperación de metales de plaquetas de circuitos impresos de computadoras obsoletos a través de un proceso biohidrometalúrgico, obtuvo la mención honorífica del Premio Dow-USP de Innovación en Sostenibilidad 2012. Según explica Yamane, el primer paso en este proceso consiste en el maquinado mecánico de las plaquetas de los circuitos. Se las pica y se las tritura en un molino hasta que se transforman en granos de hasta 2 milímetros de diámetro. Luego se emplea un separador magnético para extraer las partes con hierro y níquel. “Trabajamos solamente con el residuo no magnético, que es el que contiene cobre”, dice Luciana. El próximo paso consiste en agregarle los granos de la plaqueta a una solución acuosa con hierro en su forma soluble (iones ferrosos o Fe+2). Cuando se inocula la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans de linaje LR en este medio, la misma oxida a los iones ferrosos y los transforma en iones férricos (Fe+3). Por último, éstos oxidan al cobre, que sale liberado de los gránulos de la plaqueta y se disuelven en la solución, en un proceso conocido con el nombre de biolixiviación. La etapa final –la separación del cobre solubilizado– se ejecuta por mediante procesos conocidos.

078-079_Minerios_214_NOVO2Ana Paula Campos

El gran desafío de Yamane radicó en condicionar a los microorganismos, cuyo hábitat natural son las rocas que contienen hierro, para que sobreviviesen y se reprodujesen en el medio líquido con las plaquetas de circuitos trituradas. “Siempre que poníamos esos fragmentos triturados en el medio de cultivo, las bacterias morían. Ciertos componentes de las plaquetas, tales como la fibra de vidrio, las resinas y los materiales cerámicos, les son tóxicos”, dice Yamane. La salida consistió en hacer una lenta adaptación de los microorganismos a las plaquetas. “Empezamos mezclando 1,25 gramos de plaquetas por cada litro de solución con bacterias. Seleccionamos microorganismos resistentes, aumentamos su población y elevamos la concentración. Repetimos este proceso varias veces hasta que, al final del estadio adaptativo, logramos mezclar 28 gramos de plaquetas por litro. Cuanto mayor es la concentración, más productivo es el proceso de recuperación del cobre. Esto significa que se pueden procesar más placas de una sola vez”, dice la investigadora. El carácter inédito de este proceso llevó a los investigadores a solicitar una patente ante el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI).

Según el profesor Jorge Tenório, el proceso biohidrometalúrgico permite extraer un 99% del cobre presente en el polvo triturado de las plaquetas de los circuitos impresos. Curiosamente, el objetivo inicial de la investigación no era sencillamente recuperar el cobre de los mismos. Su intención era crear una secuencia de etapas que, al final, dejase únicamente residuos de oro impregnados en los granos triturados de las plaquetas. Ese metal también está presente en las plaquetas de circuitos impresos en una baja concentración, del 0,01%. Puede parecer un tenor insignificante, pero una tonelada de plaquetas contiene 100 gramos de oro. “Sucede que la cianuranción, el método empleado para la extracción del oro, no puede hacerse en presencia de otros metales, fundamentalmente del cobre. De allí la importancia de recuperar primero el cobre, para posteriormente extraer el oro de las plaquetas”, dice Luciana.

Materias primas para la recuperación del cobre: plaquetas de computadoras y rocas tales como calcopirita y malaquita

reproducciónMaterias primas para la recuperación del cobre: plaquetas de computadoras y rocas tales como calcopirita y malaquitareproducción

Una empresa minera
La recuperación de los metales presentes en desechos rocosos con la misma bacteria A. ferrooxidans, entre ellos el oro, el cobre, el níquel y el cobalto, fue la motivación que llevó a un grupo de investigadores egresados del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen, por sus siglas en portugués), del Instituto de Química de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), con sede en la localidad de Araraquara, del Centro de Tecnología Mineral (Cetem) y del Instituto de Química de la USP a montar, en marzo de este año, Itatijuca Biotech, una start up instalada en el Centro de Innovación, Emprendedorismo y Tecnología (Cietec), una incubadora cuya sede es la Ciudad Universitaria, en São Paulo. “Nos valemos de la biolixiviación para efectuar la recuperación de metales en minerales, disminuyendo el derroche y el pasivo ambiental de las mineras”, afirma el químico Érico Perrella, uno de los socios de Itatijuca. “Ofrecemos un servicio inédito en el país”. Según él, no existe ninguna empresa en Brasil que realice el procesamiento mineral y recupere metales en desechos mineros mediante biolixiviación, una técnica que ya se utiliza comercialmente en otros países como Chile y Sudáfrica.

Debido al gran conocimiento sobre la bacteria A. ferrooxidans, la profesora Denise Bevilacua, de la Unesp de Araraquara, es una de las consultoras del negocio. La bacteria se alimenta de sustancias presentes en las rocas donde el metal queda impregnado y facilita su recuperación. Según Perrella, la biolixiviación es una alternativa biotecnológica a los métodos convencionales de procesamiento mineral, que liberan en el ambiente grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre y varios materiales tóxicos, entre ellos el arsénico. Aparte de la ventaja ambiental, la nueva tecnología permite el procesamiento de minerales de bajos tenores, que no son factibles económicamente en cuanto a su extracción mediante métodos tradicionales. Durante la biolixiviación, la pila de minerales es continuamente “irrigada” con una solución que contiene las bacterias que solubilizan a los metales presentes en ella. Este proceso se produce de manera continua y, cuando se agotan los metales pasibles de biolixiviación, es posible hacer la recuperación del oro que estaba allí prisionero.

Oro accesible
Otro servicio brindando por Itatijuca es el tratamiento de cianuro que reduce el impacto en la explotación del oro. La cianuración es una técnica ejecutada en minerales y desechos rocosos para tener acceso al oro residual. “Imagínese una pila de mineral que contiene oro y cobre. Mediante biolixiviación extraemos el cobre. Luego, con la cianuración, se lleva a cabo la recuperación del oro. Pero aquella pila de desechos queda con un alto tenor de cianuro, que es una sustancia altamente tóxica: 1,25 gramos pueden matar a una persona. Por eso estamos desarrollando un tratamiento biotecnológico con otra bacteria, de la cual preferimos no revelar el nombre, para neutralizar el cianuro y, al mismo tiempo, generar a partir de los desechos un subproducto ambientalmente inocuo y con valor comercial. A esto lo denominamos tratamiento de cianuro”, explica Fábio Elias, socio de Itatijuca. El proceso de neutralización del cianuro dará origen a una solicitud de patente.

Se encuentra en tratativas el primer contrato de la empresa, que prevé la recuperación de oro de una antigua mina ubicada en el estado de Minas Gerais, que posee una torre de desechos en forma de pirámide, con 200 metros de extensión por unos 75 de ancho y 6 de altura. “Emplearemos la biolixiviación y otros procesos químicos, tales como la cianuración, para recuperar los metales presentes en esa pirámide ubicada a cielo abierto”, explica Elias. La empresa estima que obtendrá a partir de 2016, según informa, utilidades anuales por valor de 29 millones de reales, de cumplirse algunas condiciones. “El negocio redundará en esa rentabilidad, de considerarse la recuperación de metales en una mina con 350 mil toneladas de desechos, con un 4% de cobre y 2 partes por millón (ppm) de oro.

Si todo marcha bien, los investigadores de Itatijuca manifiestan su interés en entrar en otro rubro: la biolixiviación de fosfato, una técnica muy parecida a la de los minerales metálicos. La principal diferencia radica en que, en este caso, se la emplea para la producción comercial de fertilizantes. “Brasil importa actualmente una gran cantidad de minerales fosfatados para su uso en la agricultura; por eso esta técnica ayudaría a mejorar la productividad brasileña, que es baja”, dice Perrella. “Estamos haciendo el estudio inicial para crear un proceso comercial usando biolixiviación con hongos, y no con bacterias”. El principal desafío de Itatijuca será el costo. Como el fosfato tiene un bajo valor de mercado, para la que técnica sea económicamente factible resulta necesario procesar grandes volúmenes en cortos lapsos de tiempo.

Proyecto
Recuperación de oro de plaquetas de circuitos impresos de computadoras obsoletas mediante un proceso biohidrometalúrgico (nº 2010/ 51009-0); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación; Coord. Jorge Soares Tenório/ USP; Inversión R$ 19.550,00 (FAPESP).

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