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Las bacterias en la tecnología de punta de la minería del cobre
( Publicado en Revista Creces, Octubre 1991 )
Para el Dr. Carlos Jerez, especialista en microbiología molecular y sus aplicaciones en la
industria minera, el tema de la solubilización bacteriana de minerales tiene plena
vigencia en nuestro país. Más aun, está convencido de que, como resultado de un
esfuerzo multidisciplinario e interinstitucional de los últimos años, disponemos hoy de
la capacidad humana y material para desarrollar y aplicar esta tecnología al más alto
nivel tanto nacional como internacional.
Carlos Jerez (55), bioquímico de la U. de Chile, doctorado en la Universidad de Iowa
casado con la poeta nacional Carmen Berenguer, intenta distribuir su tiempo ( no
siempre con mucho éxito) entre el trabajo científico y su afición por el arte, la pintura y
los tambores de su batería. La gran competitividad que ha alcanzado su tema de
investigación (la biolixiviación bacteriana de metales) lo ha obligado a postergar estas
incursiones artísticas por algún tiempo. CRECES conversó con él en su laboratorio de la
Facultad de Medicina de la U. de Chile.
Desde el punto de vista del proceso, ¿Cuán nuevo es este procedimiento de
solubilización bacteriana de minerales?
En realidad es muy antiguo. Hace cientos de años que diversos pueblos utilizaban este
tipo de solubilización para la obtención de metales, pero sin saber que el proceso era
mediado en parte por bacterias. Un fenómeno de este tipo era el que ocurría en el río
Tinto de España. Sin embargo, no fue sino hasta la década de los cuarenta cuando,
precisamente en este río, se aísla por primera vez una de las bacterias responsables de
la oxidación de minerales. El color oscuro del río - característica a la que debe su
nombre- se debía precisamente a la oxidación del hierro por el ThiobaciIlus
ferrooxidans y otros micro organismos.
¿Y desde cuándo se comienza a pensar en Chile en la aplicación de este método?
Sólo en los últimos años a una escala significativa, y eso porque en la actualidad la
situación ha cambiado. En la minería tradicional, en la medida en que se extraen los
metales del mineral van aumentando los residuos que no son utilizables. Si la ley de
cobre de un mineral es de un dos por ciento, significa que hay un 98 por ciento de
material que no sirve, y esa arena que va en el agua de los relaves se acumula en
verdaderos lagos en donde hay todavía una cantidad no despreciable de cobre, la que
es susceptible de ser extraído por lixiviación bacteriana. De manera que aquí estamos
hablando de utilizar millones de toneladas de un material que no podría aprovecharse
de otra manera.
"Además, los métodos tradicionales de extracción provocan graves problemas de
contaminación ambiental, los que en la lixiviación bacteriana disminuyen
significativamente . Recuerdo que no hace mucho, cuando en algunas empresas
mineras se utilizaba la lixiviación bacteriana, se hacía casi como una curiosidad y a
menor escala. Si funcionaba, era una forma de obtener algo de cobre adicional. Si no
funcionaba, tenían asegurada la producción del metal por los métodos tradicionales.
Pero cuando tienes estos otros problemas: baja ley del mineral y aumento en los costos
de producción, ya comienza a ser importante obtener cobre en cantidades y a un precio
mucho más bajo."
"Hace cientos de años que diversos pueblos utilizaban este tipo de
solubilización para la obtención de metales pero sin saber que el proceso era
mediado en parte por bacterias"
Pero en la actualidad, ¿Hay empresas mineras que utilicen intensamente el método
bacteriano?
Por supuesto. Hay varias faenas mineras que tienen como único procedimiento de
extracción la solubilización bacteriana. Un ejemplo de esto es la Sociedad Minera
Pudahuel (SMP), que agotó el mineral que podía extraer por métodos químicos, y se les
acumuló una enorme cantidad de material residual desde donde empezaron a extraer
cobre por el procedimiento bacteriano. La inversión mayor ya estaba hecha, es decir, el
mineral estaba molido y por lo tanto, bastaba acumularlo con palas mecánicas para
formar grandes pilas. Para que las bacterias hagan su trabajo basta con regar con ácido
diluido estas verdaderas montañas de residuos. Ahora bien, en esta Sociedad Minera
existe un departamento de desarrollo que, con unos pocos científicos de primer nivel,
ha desarrollado un proceso que les permitió no sólo resolver estos problemas sino,
además, producir 15000 toneladas por año de cobre catódico de alta calidad por
lixiviación bacteriana. Este metal ya no sólo se obtiene desde material residual, sino
también desde mineral de alta ley (con 1,8 por ciento de cobre total y 0,6 por ciento de
cobre soluble). Se ha desarrollado una tecnología diseñada por científicos nacionales
patentada por la SMP y cuyo know how está a disposición del mercado nacional e
internacional.
Pero ésa no es una mina muy grande. Si trasladamos el problema a la gran minería!
¿Cómo se ve el panorama?
Si bien es cierto que el proceso de la mina Lo Aguirre que citábamos en la pregunta
anterior, no es de gran envergadura, la SMP también es propietaria de las minas de
Quebrada Blanca y Cerro Colorado. Ambas poseen una reserva que permitirá producir
mediante lixiviación bacteriana 120.000 toneladas de cobre por año. Por su parte,
Codelco está muy interesada en implementar la lixiviación bacteriana en todos sus
procesos; y están dispuestos, a partir de ahora, a invertir fuerte en investigación y
desarrollo. En este momento, en el mineral de El Teniente, en lo que ellos llaman el
cráter de la mina, se está extrayendo cobre por lixiviación bacteriana en cantidades que
suman aproximadamente 10.000 toneladas, y se espera que en un futuro cercano se
produzcan 30.000. En Chuquicamata este proceso se está recién iniciando a un nivel
importante para aprovechar las grandes cantidades de arena de relaves que ellos
producen y que aún contienen un 0,3 por ciento de metal.
En cifras globales, podemos afirmar que en nuestro país, en los próximos tres a cuatro
años, tendremos faenas de lixiviación bacteriana que producirán alrededor de 250 000
toneladas de cobre, lo que representaría alrededor de un veinte por ciento de la
producción total de cobre del país.
Trasladándonos al ámbito de la investigación y desarrollo en el área, ¿Cuándo
comienzan estos estudios?
A pesar de que parece que éste fuera un campo de muy reciente investigación, no es
así. En Chile esta línea de investigación la iniciaron hace muchos años Romilio Espejo y
Claudio González. Ellos fueron los pioneros, los que hace más de veinte años iniciaron
esta investigación en un ambiente bastante menos propicio que el actual.
Pero hubo una « segunda ola» que se produjo hace algunos años, en la que se
suponía que, utilizando las técnicas de la ingeniería genética, se podrían
incorporar genes foráneos a la bacteria y así mejorar su eficiencia en el
proceso solubilizador; ¿Cómo ha funcionado eso?
A pesar de los grandes esfuerzos realizados por nuestros investigadores en diversas
universidades e institutos, eso, hasta la fecha, no ha funcionado. El Thiobacillus
ferrooxidans es una bacteria muy poco usual. Crece a un pH 1,5 o sea,
extremadamente ácido, y en presencia de altas concentraciones de iones metálicos
tóxicos. Esto ha dificultado enormemente el trabajo para obtener un sistema genético
en este microrganismo. Así, todos los métodos que se han utilizado para intentar
introducir material genético en esta bacteria habían fracasado hasta ahora, tanto en
Chile como en los principales laboratorios a nivel mundial.
En un congreso internacional de Biohidrometalurgia donde expuse nuestros trabajos
más recientes con el T ferooxidans, un investigador japonés dio a conocer la
transformación (introducción de material genético foráneo) del mismo bacterio. El
sistema es aún de baja eficiencia, pero abre nuevas perspectivas en esta línea y se
espera su optimización en los próximos años. De cualquier modo, con sólo introducir
genes aún no resolvemos todos los problemas, Queda todavía un largo camino por
recorrer."
¿Cómo así...?
Te explico. Esta es una bacteria muy poco estudiada, por las dificultades de manejo
que mencioné. Si nos interesa aumentar la capacidad de la bacteria de solubilizar
metales a través de aumentar su capacidad para oxidar, podríamos introducir los genes
que codifiquen para las proteínas que participan en las reacciones de oxidación.
También podríamos introducir genes que le confirieran a la bacteria propiedades de
resistencia a metales. De hecho, las bacterias viven en un entorno fuertemente
metálico, pero hay algunos de ellos que son más tóxicos para ellas, como el arsénico o
la plata. Si fuéramos capaces de introducir estos genes las bacterias resistirían mejor el
entorno tóxico, y la producción mejoraría. Pero yo creo que esto es sólo una parte del
problema. La ingeniería genética sólo puede dar cuenta en forma parcial del problema
de aumentar la eficiencia de solubilización de los metales, y aún estamos a algunos
años de que ello ocurra. Si mañana tuviéramos una super bacteria obtenida por
transformación en el laboratorio, aún queda por ver cómo proveerle las condiciones
adecuadas a la faena minera (temperatura, tensión de oxígeno, etc.)
Da la impresión de que el proceso que ustedes estudian se realiza de un modo bastante
rústico - por llamarlo de algún modo- ¿Qué se sabe de los mecanismos que regulan el
crecimiento de la bacteria?
- A nivel molecular, no mucho, y eso constituye parte de nuestro esfuerzo de
investigación hoy día. Hay una verdadera - -caja negra- en aspectos tan significativos
como, por ejemplo, la interacción de la bacteria con su medio. Como tú dices, lo que se
hace hoy es muy intuitivo, se riegan estas montañas de material con ácido sulfúrico
diluido y luego de un tiempo (algunos meses) se recoge sulfato de cobre en los
efluentes. Algo absolutamente empírico. Nadie sabe muy bien qué está sucediendo ni,
mucho menos, como controlar el proceso. Se supone que la producción de cobre está
directamente relacionada con la actividad bacteriana pero esto es necesario
demostrarlo directamente. No tenemos respuestas para preguntas tan fundamentales
como. ¿Qué pasa cuando el proceso se detiene?, ¿Se acabó el material a oxidar, o las
bacterias dejaron de trabajar porque les falta algún nutriente esencial (CO2, exigeno,
etc.) para su metabolismo?. Diversos investigadores estudian actualmente algunos
genes sensibles a la falta de nutrientes, como por ejemplo los involucrados en
reacciones de oxidación y captación de CO2. Otros estudian estructuras de la superficie
del microorganismo que juegan un papel importante en su adherencia al mineral.
Nosotros hemos estudiado el fosfato, que es uno de los nutrientes que las bacterias - y
todos los seres vivos- necesitan en forma esencial. Hemos visto que, al cultivar las
bacterias en ausencia de fosfato, éstas no sólo crecen muy lentamente sino además se
activa la producción específica de algunas proteínas que los microorganismos no
sintetizan cuando están creciendo en presencia de fosfato. Estamos identificando estas
proteínas, para producir anticuerpos contra ellas. De este modo, podremos preparar
una especie de kits de diagnóstico con el cual iremos al proceso mismo y analizaremos
las bacterias. Si en las bacterias están inducidas estas proteínas, el anticuerpo las
reconocerá, indicando que los microorganismos carecen de fosfato para su crecimiento.
Corresponderá a los encargados de la faena evaluar la conveniencia de adicionar un
determinado nutriente al sistema para mejorar su eficiencia. Lo mismo se podría hacer
para controlar in situ otras variables que afecten la actividad bacteriana, y por lo tanto
la eficiencia del proceso.
Hemos desarrollado también métodos inmunológicos rápidos y específicos en forma de
kits para el monitoreo de los diversos microorganismos en el entorno minero. Sólo el
conocimiento de la bioquímica y la fisiología de las bacterias ha permitido abordar con
rigor estos problemas. Además existe un gran interés por conocer los mecanismos
básicos de adaptación y resistencia de bacterias que crecen en condiciones extremas,
como las que existen en los proceses mineros."
De lo que usted explica se deduce que - aunque no se haya logrado introducir genes
foráneos a la bacteria- los estudios que se realizan desde el punto de vista de la
investigación básica están contestando preguntas sobre la bacteria que pueden tener
gran impacto productivo.
Por cierto. Una manera convencional de aumentar la velocidad de las reacciones
químicas es el incremento de la temperatura. Aunque este fenómeno podría afectar el
crecimiento bacteriano, existen microrganismos termofílicos que crecen a temperaturas
de 80 ó más grados centígrados y al pH ácido del entorno minero. Actualmente se
aprecia un gran interés por el estudio y aplicación de estas bacterias, las que harían
que el proceso alcanzara un mayor rendimiento.
"Además hay todo un componente de ingeniería, que yo no manejo, y que hace un
aporte muy fundamental. Cuando yo como microbiólogo, visité por primera vez una
faena minera me dí cuenta de que había una gran distancia entre los estudios de
laboratorio -a pequeña escala- y la aplicación concreta en el terreno en donde los
matraces son reemplazados por palas mecánicas.
Un ejemplo de lo que los ingenieros hacen, lo ilustra el siguiente caso .AI regar con
ácido sulfúrico estas enormes pilas de mineral el material se va compactando y con el
tiempo la concentración de oxigeno que las bacterias tienen en la parte baja de la pila
es mucho menor que la disponible en la superficie. En el sector bajo, por lo tanto, el
trabajo de las bacterias se ve limitado. Los ingenieros han desarrollado un sistema de
aglomeración de partículas de mineral de distinto tamaño, que permite que entre éstas
siempre quede espacio para la aireación, lo que impide que el proceso se detenga por
falta de oxígeno. Eso es un ejemplo de cómo una operación claramente de ingeniería
puede resolver un problema que afecta el funcionamiento de la bacteria, y que permite
obtener promedios de extracción superiores al 80 por ciento por lixiviación bacteriana.
`Gracias a esfuerzos multidisciplinarios, Chile tiene hoy una masa de
investigadores en temas de punta de la producción de cobre y otros metales`
¿A seis o siete años de trabajo en lixiviación bacteriana, ¿Ha sido ésta una iniciativa
exitosa?
No me cabe duda. Claro que todo depende de cómo se mida el éxito. Quizás lo más
importante de este proyecto haya sido que, por primera vez, en forma planificada y con
apoyo del Estado, se pusieron en contacto investigadores básicos con ingenieros y
empresarios. No siempre nos entendimos, pero en retrospectiva pienso que el resultado
ha sido muy positivo. En Chile, a propósito de este proyecto, se creó una masa de
investigadores en el área que es muy respetada internacionalmente. En un momento
llegamos a ser más de cincuenta investigadores, ingenieros y científicos básicos,
trabajando en el tema. Y, a diferencia de lo que ocurría en otros países, nuestro grupo
era un grupo retroalimentado por su carácter multidisciplinario, lo que lo hacia más
eficiente.
A propósito, este proyecto fue financiado por..
El PNUD. y el Estado de Chile, que actuó como contraparte. Una parte importante del
aporte nacional la hizo Codelco, otra las Universidades de Chile, Católica (de Santiago y
Valparaíso) e INTEC, entre otros.
¿Y qué evaluación hizo Codelco del proyecto?
Bueno, eso habría que preguntárselo a Codelco. Yo puedo decirte tan sólo que el
proyecto era periódicamente evaluado por comisiones internacionales y siempre obtuvo
las mejores calificaciones desde el punto de vista científico, aunque por ahí a veces
aparecía la sugerencia de aplicar más los conocimientos generados en el laboratorio al
proceso productivo, cosa que en este momento se ha implementado mucho mejor que
entonces, porque las condiciones del entorno de que hablábamos al principio han
mejorado mucho esa posibilidad, y porque, objetivamente, ahora sabemos mucho más
de la aplicación de esta técnica que antes.
"Yo creo que el desafío que nos planteamos al inicio fue muy grande. Se esperaba tal
vez mejorar la producción de cobre de una empresa que andaba bien y que, además,
generaba un alto porcentaje de los ingresos de divisas del país. Ha sido un proceso
lento, pero yo creo que hoy estamos en una situación muchísimo mejor que antes
desde el punto de vista del conocimiento de estas materias. Podemos responder a los
requerimientos de un sector productivo tan importante como el del cobre, con
conocimientos generados en Chile en un esfuerzo plural en el que se comprometió
gente de muy diversa formación. Eso creo yo que ha sido lo más novedoso y
significativo. Chile, uno de los principales productores de cobre del mundo, tiene hoy
una masa de investigadores en temas de punta de la producción de cobre - y otros
metales como el oro- que le permite mirar el futuro con optimismo."
Entrevista al Dr. Carlos Jerez,
Microbiólogo molecular.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl