MARCELO COELHO / VALELa laguna de Mina do Sossego, en Canaã dos Carajás, estado de Pará, donde se depositan los residuos generados por la extracción del cobreMARCELO COELHO / VALE
La estrategia de utilizar microorganismos para recuperar cobre proveniente de residuos rocosos congregó a la Universidad de São Paulo (USP), la compañía minera Vale y el Banco Nacional de Desarrollo Económico y Social (BNDES) en un proyecto en el estado de Pará, en Mina do Sossego, municipio de Canaã dos Carajás. Los investigadores de la USP y de la empresa quieren aprovechar la aptitud que poseen algunas bacterias y hongos para alimentarse con sustancias presentes en las rocas donde el metal se encuentra impregnado, para facilitar la recuperación del mineral. Y están detectando microorganismos que habitan en la propia mina, para utilizarlos en el proceso de separación del cobre de los desechos. Más allá de aumentar el retorno económico de la minería, esta tecnología puede mitigar el impacto ambiental de la propia actividad. Vale comenzó a operar la mina en 2004 y produjo 109 mil toneladas de cobre en 2011. La laguna de residuos, de donde se recogen las muestras de hongos y bacterias, contiene aproximadamente 90 millones de toneladas de desperdicios con un tenor del 0,07% de cobre. Si se recuperara todo ese mineral, Vale obtendría ingresos brutos por valor de 1.400 millones de dólares, un valor superior a los 1.200 millones de dólares que invirtió la compañía entre 1997 y 2004 para poner en funcionamiento la mina.
Este trabajo aún se encuentra en su fase inicial. El primer gran reto consiste en hallar los microorganismos que mejor disuelven el cobre y entender cómo eso sucede. “En las pruebas iniciales, realizadas durante el año pasado, hallamos unos 35 microorganismos con potencial biominero en el dique de cola de Mina do Sossego”, comenta el ingeniero químico Cláudio Oller, docente de la Escuela Politécnica de la USP y uno de los coordinadores de la investigación, que cuenta con la colaboración de investigadores del Instituto de Ciencias Biomédicas de la misma universidad. El dique es una gran laguna con 20 millones de metros cúbicos de agua que recibe los residuos generados luego de la extracción del mineral, una mezcla de agua y roca triturada con bajo tenor de cobre. “El cobre residual, en la laguna, se encuentra disuelto y en el propio material sólido decantado en el fondo de la represa”, explica Oller. El equipo, conformado por 20 investigadores, entre biólogos, químicos e ingenieros, realiza la recolección y selección de las bacterias y hongos en la represa para caracterizarlos. A ellos les corresponde desarrollar la tecnología destinada a recuperar el mineral. Por una cuestión de secreto profesional, los microorganismos seleccionados hasta ahora no han sido revelados por el investigador.
En el proyecto, que tiene una duración estimada de cinco años, se invertirán 15 millones de reales, 3 millones aportados por Vale y 12 por el BNDES, que se los girará directamente a la Fundación de Apoyo a la Universidad de São Paulo (Fusp). “Este proyecto se inserta dentro de una estrategia mayor del BNDES, de apoyo a la innovación tecnológica en productos y procesos. Es una solución que promueve la innovación en la universidad brasileña, que aporta beneficios a la empresa, pero fundamentalmente al medio ambiente y a la sociedad”, dice Márcio Macedo, jefe del Departamento de Medio Ambiente del BNDES. “Este proyecto es novedoso no sólo para Vale, sino también a nivel mundial. En Brasil, pese a que la tecnología conocida como biolixiviación ya se ha empleado con éxito comercial en una mina de oro en Minas Gerais, hasta ahora, que yo sepa, no existe ningún proyecto comercial ni para el oro, ni para el cobre, ni para cualquier otro mineral”, dice Luiz Eugênio Mello, director del Instituto Tecnológico Vale (ITV), quien articuló la cooperación del lado de la empresa. Mello cree que Vale, en un futuro, utilizará esa misma tecnología para la recuperación de otros minerales con los que opera la compañía. “La idea es ésa. No obstante, todavía resulta imposible decir siquiera si tendremos éxito con el cobre, y mucho menos con otros minerales. Pretendemos ampliar nuestros trabajos paso a paso”, dice.
Una característica diferencial del estudio consiste en que se lleva a cabo en el lugar de la extracción minera. “Hay muchos estudios en el campo de la biolixiviación, aunque pocos avanzan hacia una aplicación comercial. En nuestro caso, realizaremos la investigación en un tanque piloto que nosotros desarrollamos, ubicado al lado de la propia mina. Esperamos comenzar con esa fase durante el próximo año, lo cual nos permitirá evaluar mejor la acción de las bacterias y los hongos seleccionados por nuestro grupo” dice Oller. La tecnología de biolixiviación se utiliza actualmente a nivel industrial en Sudáfrica y Chile.
Un pionero nuclear
La investigación en el área, a la que se denomina biosaneamiento o biominería, ya cuenta con cierta historia en Brasil. Uno de los primeros científicos en dedicarse a este campo fue el biólogo y ex profesor de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) Oswaldo Garcia Junior, fallecido en 2010. En los años 1980, mientras trabajaba en la antigua Empresas Nucleares Brasileñas, actualmente Industrias Nucleares de Brasil (Nuclebrás), la estatal del sector nuclear, fue pionero en América Latina en los estudios de biolixiviación, desde la escala de laboratorio hasta el proyecto piloto, para la extracción de uranio mediante un proceso bacteriano. “Ese trabajo le confirió reconocimiento internacional. Garcia Junior desarrolló y patentó un método de extracción de uranio utilizando bacterias. En 1986, trabajó acá en la universidad e implementó la línea de investigación en el Instituto de Química de la Unesp de Araraquara”, comenta Denise Bevilaqua, viuda del investigador y también docente de la Unesp, quien continúa el trabajo de Garcia.
El objetivo de la investigación del grupo de Bevilaqua es la biominería del cobre. Ella trabaja con la recuperación del mineral a partir de la calcopirita, la principal fuente de cobre del mundo, empleando microorganismos oxidantes del hierro y del azufre, fundamentalmente la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans. “Somos el único grupo de Brasil que posee un banco de linajes de esa bacteria, a las que se estudió molecularmente con el equipo de la profesora Laura Ottoboni, de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp)”, dice. “Logramos elevar entre un 30% a un 60% la extracción de cobre en ensayos de laboratorio y pretendemos mejorar ese desempeño”.
La biolixiviación, según explica, presenta ventajas cuando se la compara con las técnicas convencionales de minería. No emite gases contaminantes, pues no requiere quema del material, es fácil de aplicar y sus costos de operación son mucho menores que los de la pirometalurgia, el método tradicional en el cual al mineral se lo quema en hornos de alta temperatura para la posterior liberación del metal impregnado en él. El metal se licua y luego de recuperárselo regresa a su estado sólido. A nivel mundial, varios grupos de investigación, generalmente asociados con grandes mineras, tales como Codelco, de Chile, y la australiana BHP Billiton, intentan desarrollar una tecnología eficiente y económicamente factible enfocada en los yacimientos de calcopirita, pero aún no existe ninguna alternativa en escala comercial. “Chile, el mayor productor de cobre del mundo, lidera la extracción del metal por biolixiviación, pero tan sólo a base de otras fuentes minerales, tales como la calcosina, la covelina y la bornita”, dice ella. El problema con la calcopirita reside en que, aunque sea el mineral de cobre más abundante en el planeta, también es el más resistente a la acción química y microbiana.
Una diferencia fundamental entre la investigación desarrollada en la Unesp mediante la extracción del mineral de los residuos sólidos y el proyecto de Vale y la USP, realizado con residuos líquidos, reside en el tipo de residuo tratado para la extracción del cobre. Mientras que los investigadores de la USP intentan recuperar el cobre diluido en los diques residuales en un medio líquido, el grupo de la Unesp trabaja para extraer el cobre residual contenido en las montañas de desechos. Esas gigantescas acumulaciones con miles de toneladas de roca triturada se forman en las propias minas con el mineral bruto con un tenor de cobre inferior al 0,3%. Para procesarlo, el mineral debe poseer entre un 0,3% y un 1% de cobre. Como la cantidad del mineral presente en el material es baja, no es factible procesarlo mediante el método convencional de la pirometalurgia. Es ahí donde entran a tallar las bacterias mineras.
Más allá de las minas, el campo de la minería con la ayuda de microorganismos es también objeto de estudios en el Instituto de Química de la Unesp de Araraquara, para la recuperación de efluvios industriales que contienen valiosos metales de tierras raras, los elementos químicos del grupo de los lantánidos que se utilizan como materia prima para la fabricación de pantallas de tabletas y teléfonos inteligentes. La profesora Sandra Sponchiado investiga hongos capaces de recuperar esos metales con la biomasa que producen los microorganismos que tienen una gran capacidad para unirse a los metales. “El objeto de mi investigación es estudiar el proceso de bioabsorción de metales utilizando una mutación del hongo Aspergillus nidulans y establecer las condiciones óptimas para ese proceso. Pretendemos evaluar el uso de esa biomasa para una futura aplicación práctica en la recuperación de tierras raras presentes en los efluentes de las industrias de extracción de esos metales”, sostiene la investigadora de la Unesp. El proceso resulta en una tecnología ambientalmente correcta en función de la disminución de residuos químicos y biológicos que se generan durante el proceso.
La investigación se encuentra en fase académica, pero ha suscitado el interés del mercado. “Varias empresas mineras, entre ellas Companhia Siderúrgica Nacional, Industrias Nucleares de Brasil y una minera de Manaos nos han contactado para obtener una posible aplicación práctica de la tecnología”, dice Sponchiado.
El proyecto
Biolixiviación de la calcopirita (CuFeS2): mecanismos e interacciones en la superficie bacteria/ mineral (nº 2011/19868-5); Coordinadora Denise Bevilaqua – Unesp; Modalidad Apoyo Regular al Proyecto de Investigación; Inversión R$ 51.470,55 y US$ 73.676,31 (FAPESP)
Artículo científico
BEVILAQUA, D. et al. Utilization of electrochemical impedance spectroscopy for monitoring bornite (Cu5FeS4) oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans. Minerals Engineering. v. 22, p. 254-62. 2009.
