Laboratorio de biolixiviación fúngica (1) (1)

LABORATORIO DE BIOLIXIVIACIÓN FÚNGICA

GLORIA AMPARO RAMIREZ ZULUAGA SANDRA PATRICIA ARENAS HENAO

Docente MARGARITA ENID RAMÍREZ CARMONA

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA ESCUELA DE FORMACION AVANZADA MAESTRIA EN BIOTECNOLOGIA – CONVENIO UCO

MEDELLIN 2014

1. MATERIALES Y MÉTODOS

Para extraer biotecnológicamente metales de baja ley de minerales provenientes de una mina de Manganeso, se aplicó el proceso de biolixiviación fúngica.

1.1. TRATAMIENTO DEL MINERAL

Las muestras de los minerales, jaspe rojo y del Manganeso fueron obtenidas del distrito Minero de la Vereda las Mercedes de Santa Bárbara-Antioquia, de lugares como la ganga de la mina y la planta de beneficio.

El Jaspe rojo, fue molido y tamizado (equipo RETSCH AS 200) utilizando un diámetro de tamiz de 100 mm / 150 mm / 200 mm / 203 mm para lograr un tamaño de pulpa del 18%.

1.2. BIOLIXIVIACIÓN FÚNGICA

Para la extracción del Hierro y el Manganeso, se aplicó el método directo e indirecto.

1.2.1. Selección del microorganismo Se utilizó el hongo Aspergillus niger., para la producción del ácido cítrico, en un cultivo de 3 días, previamente fermentado. La cepa fue suministrada por el Centro de Estudios y de Investigación en Biotecnología (CIBIOT) de la Universidad Pontificia Bolivariana.

1.2.2. Determinación del ácido cítrico La concentración de ácido cítrico en el caldo fermentado de 3 días se determinó mediante espectroscopia UV/VIS a 420nm (Shimadzu / 1601 PC).

Se tomó una alícuota de muestra de 3 ml del caldo fermentado filtrado, se le adiciono 1.7 ml de piridina y 5.6 ml de anhídrido acético formando un complejo

coloreado; se dejó enfriar por 30 minutos y luego se realizaron las lecturas de la absorbancia.

1.2.3. Biolixiviación Directa De 500 mL de medio inoculado con Aspergillus niger. , (caldo de 3 días), se tomaron 250 mL y se adicionaron 45 g de Jaspe rojo previamente tamizado, los restantes 250 mL se colocaron en proceso de fermentación por 5 días. Para cada una de las muestras se midió el pH y el potencial de Redox (ORP), inicial y final.

1.2.4. Biolixiviación Indirecta La Biolixiviación indirecta fue realizada a partir de una muestra de 500 mL de cultivo de 3 días con Aspergillus niger. A 250 mL de caldo fermentado, se le adicionó 45 g de jaspe rojo, ajustando el pH a 1.8 con H 2 SO4 10 N. Se midió pH y el potencial de Redox (ORP) inicial y final. Los restantes 250 mL de caldo se dejaron en fermentación por 5 días, esta muestra se trató igual que al caldo de 3 días.

La concentración inicial y final de Hierro y Manganeso de las muestras por método directo e indirecto, se determinó mediante espectroscopia de absorción atómica (Perkin Elmer, 3100), realizando diluciones de 1/25 y 1/50, respectivamente. Previo a esto se hizo digestión ácida, utilizando un matraz de 100 ml, donde fueron adicionados 10 ml de HNO 3 y 4 ml de HClO4 y el restante de volumen de la muestra.

1.2.5. Determinación de biomasa Para determinar la cantidad total de biomasa del hongo Aspergillus niger., presente en el medio de cultivo, se realizó en términos de peso seco (método indirecto), para lo cual se tomó una alícuota de 10 mL de muestra, se filtró al vacío utilizando un filtro de celulosa de un diámetro de poro de 0.45 micras, previamente pesado.

El filtrado fue llevado al horno a 70 °C y nuevamente pesado, donde se obtuvieron sólidos en suspensión totales (SST).

2. ANÁLISIS Y RESULTADOS

Los procesos de biolixiviación fúngica de minerales de baja ley, procedentes de la ganga o la planta de beneficio de Manganeso, precisan de la intervención de microorganismos heterótrofos productores de ácidos orgánicos, en especial el género Aspergillus (LEMA, 2013). Estudios realizados por diferentes autores revelan que el hongo filamentoso Aspergillus niger., es el microorganismo más versátil para la producción biotecnológica de ácidos orgánicos, tal hecho reside en su adaptabilidad a diferentes medios de cultivo , su selectividad a nivel metabólico para generar en forma aeróbica y mediante fermentación sumergida múltiples ácidos orgánicos, principalmente ácido cítrico y oxálico (DEMIREL, 2005; S. GUPTA & SHARMA, 2002; JERNEJC & LEGISA, 2004; Y. KIM, NANDAKUMAR, & MARTEN, 2007; KIRIMURA, OGAWA, HATTORI, & KINO, 2006; LEGISA & MATTEY, 2007; LOTFY, GHANEM, & EL-HELOW, 2007A; S. K. MANDAL & BANERJEE, 2005; DEL MUNDO DACERA & BABEL, 2008; PAPAGIANNI, 2007; ROUKAS, 2000).

En el presente estudio, se realizaron ensayos para la remoción de Hierro y Manganeso en muestras del jaspe rojo que fueron obtenidas del distrito Minero de la Vereda las Mercedes de Santa Bárbara-Antioquia.

Para solubilizar y extraer los minerales, se aplicaron procesos de biolixiviación fúngica directa e indirecta empleando como agente de oxidante el ácido cítrico, producido por el hongo Aspergillus niger., contenido en caldos de 3 y 5 días, estos procedimientos se describen en los numerales 1.2.3 y 1.2.4; bajo condiciones de pH, potencial de Redox (ORP), producción de ácido, tiempo de contacto y densidad de pulpa.

2.1. EVALUCIÓN DE PRODUCCIÓN DE ÁCIDO CÍTRICO

El crecimiento de Aspergillus niger., y su producción de ácido cítrico ocurrieron simultáneamente por lo que se reafirma que el ácido cítrico es un metabolito primario y la fermentación puede catalogarse como tipo I (asociada al crecimiento) teniendo en cuenta la clasificación de Crueger referenciar

En la Tabla 1 y La Figura 1 se muestra los datos y la curva de calibración para verificar la remoción de Hierro y Manganeso presente en las muestras de jaspe rojo.

Tabla . Datos de la curva de Calibración

Ácido Cítrico (ppm) 1 2,5 5 7,5

Absorbancia 0,03 0,11 0,22 0,34

Figura . Curva de Concentración

Se determinó la producción de ácido cítrico en los caldos de 3 y 5 días tratados por método directo e indirecto, como se muestra en la Tabla 2 y la Figura 2.

Tabla . Determinación de la concentración de ácido cítrico, en caldo de 3 y 5 días.

Muestra

Absorbancia

Caldo de 3 días con Jaspe Método Directo Caldo de 3 días Caldo de 5 días Caldo de 3 días con Jaspe Método Directo

0,091 0,3 0,075 0,24 0,136 0,19

Ácido Cítrico (ppm) 2,22 6,66 1,88 5,38 3,18 8,65

Ácido Cítrico (g/L) 0,0022 0,0067 0,0019 0,0054 0,0032 0,0086

Figura 2. Producción de ácido Cítrico.

La relación entre biomasa y la producción de ácido cítrico, bajo condiciones de cultivo sumergido también se corresponde con una fermentación tipo I referenciar. En el proceso se da la producción de otros ácidos orgánicos responsables del proceso. Esto explica por qué se obtuvieron mejores rendimientos de lixiviación por el método indirecto de caldo de 5 días con Jaspe, a pesar de que hubo menor producción de Ácido cítrico 7.25 ppm., que en el método directo donde la producción de ácido cítrico fue de 8.65 ppm como se muestra en la Figura 2.

2.2. SEGUIMIENTO Y CONTROL DEL pH Y POTENCIAL DE REDOX Se realizó seguimiento a factores como el pH y el potencial de Redox (ORP) inicial y final en los métodos directo e indirecto, para mantener condiciones operacionales en el proceso, tal como se muestra en la Tabla 3 y la Figura 3 y 5.

Tabla 3. pH y potencial de Redox (ORP) en caldos de 3 y 5 días con métodos directo e indirecto

Muestra Caldo de 3 días Caldo de 3 días con Jaspe Caldo de 5 días Caldo de 5 días con Jaspe Directo

Inicial pH 1,81 2,6 1,8

ORP (mV) 351,2 192,4 349,3

Final pH 1,93 2,19 1,9

ORP (mV) 366,3 230,8 380,2

Figura 3. Variación del pH en el caldo de cultivo de 3 y 5 días (métodos directo e indirecto) La variación significativa del pH de la muestra de caldo de 5 días con jaspe de 2.6 pH inicial a 2.19 pH final, valor al cual se estabiliza como se muestra en la Figura 3, es evidente la relación directa entre la producción de éste y el descenso en el pH. Estos valores coinciden con los reportados por Velásquez (2012) en su estudio Obtención de ácido cítrico por fermentación con Aspergillus niger, referenciar.

El metabolismo del hongo Aspergillus niger., produce ácido cítrico y otros, para la autorregulación del medio, relacionado con una mayor lixiviación de Hierro, 183.6 ppm, como se observa en la Figura 4.

Figura 4. Concentración del Hierro en caldos de 3 y 5 días por método directo e indirecto.

Figura 5. Determinación del potencial de Redox (ORP) en el caldo de cultivo de 3 y 5 días (métodos directo e indirecto).

Falta análisis potencial de redox

.

2.3. BIOLIXIVIACIÓN DEL HIERRO Y MANGANESO

El Hierro y el manganeso presentan comportamientos diferentes, bajo las mismas condiciones operacionales por método directo e indirecto.

Se observa mayor cantidad de Hierro lixiviado que de Manganeso, esto significa que el proceso de biolixiviación por método indirecto es altamente selectivo con respecto al Hierro, como se muestra en la Figura 6.

Se obtiene mejores rendimientos en el proceso de lixiviación indirecta con caldo de 5 días con Jaspe, a pH de 2.19 a una concentración de ácido cítrico de 7.25 ppm.

Figura 6. Biolixiviación del Hierro y el Manganeso por método directo e indirecto.

2.4. MÉTODO INDIRECTO VS DIRECTO

Una vez obtenido el medio de cultivo (redacción), se realizaron estudios de biolixiviación indirecta y de biolixiviación directa a temperatura ambiente. Se estudió la producción de ácido cítrico, el cual es uno de los principales productos metabólicos responsable de la disolución de metales en los procesos de biolixiviación fúngica De acuerdo con los resultados obtenidos por el proceso de biolixiviación indirecta a temperatura ambiente se logró una recuperación de Fe de 0,018 % y Mn de 0.00359 %, en la biolixiviación directa a temperatura ambiente se logró una recuperación de Fe de 0.00678 % y de 0,00509 %, por lo tanto se

puede señalar que da mejores rendimientos el proceso de biolixiviación indirecta debido a la producción de ácido nítrico y otros ácidos presentes en el licor, responsables del cambio significativo del pH el cual es un factor importante en el proceso, además se puede decir que el proceso es altamente selectivo con respecto al hierro como se observa en la Figura 7.

Figura 7. Rendimientos del proceso de biolixiviación fúngica por método directo e indirecto.

Falta referenciar todo

Acuerdate de esto que nos dijo margarita para hacer análisis y resultados (Se inicia el análisis y resultados contextualizando al lector, o sea, explicando brevemente de manera general lo que se realizó y citando el ítem de materiales y métodos donde se encuentra descrito. Posteriormente se explica el porqué se emplearon cada una de las condiciones operacionales en el proceso, luego se presentan los resultados experimentales Esto falta y por último se realiza comparaciones directas o indirectas de los resultados obtenidos con otras investigaciones técnicas. NOTA: todo lo que se explica debe estar referenciado).

3. CONCLUSIONES

La especie de hongos Aspergillus niger., es una de las especies mayormente utilizadas en biolixiviación y presenta ventajas sobre las bacterias biolixiviantes, como es la capacidad de crecer en valores de pH altos y una mayor rapidez en el factor de lixiviación.

La efectividad de la biolixiviación depende esencialmente de la eficiencia de los microorganismos y de la composición química del sólido. El máximo rendimiento de extracción de metal puede lograrse solamente cuando las condiciones de lixiviación corresponden con las condiciones óptimas de crecimiento de los microorganismos.

La solubilización del Hierro ocurre por la acción de ácidos orgánicos u otros metabolitos excretados por los microorganismos, los cuales actúan como agentes acomplejantes, o bien sea por la presencia de enzimas reductivas en el medio de fermentación.

Acuérdate lo que ella nos pedia cifras, valores o rendimientos.