RICARDO BADILLA.pdf - PERUMIN - 31 Convención Minera

Contenidos de la presentación• La biolixiviación y los desafíos de la minería• Microorganismos biolixiviantes y tecnologías deidentificación para el biomonitoreo industrial• Bases moleculares de la biolixiviaciónde minerales• Avances en la Tecnología de Biolixiviación:Tecnología BioSigmaPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados333

Desafíos de la sustentabilidadMenores:• Consumos de agua fresca• Consumo energía eléctrica• Emisiones de fundiciones• Incidentes ambientales• Accidentabilidad laboral• Efecto invernadero (emisiones CO 2 )Perumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados555

La Biotecnología en la Industria Minera• Extracción de Metales mediante la biolixiviación (cobre, oro, cobalto, níkel,uranio)• Sulfuros metálicos mediante la bioreducción de sulfatos de aguas deminas (cobre, manganeso y otros)• Recuperación de metales por biosorción de cationes (uranio, selenio,cadmio, cromo, plomo y zinc).• Remediación ambiental y control de emisiones líquidas• Bioremediación de suelos contaminados• Proteínas & compuestos químicos para usos en procesos de extracciónpor solventes y para procesamiento de minerales• Biosensores and biomonitoreo de procesosPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados666

Tecnología actual de procesamiento de cobre enrelación a la composición mineralógicaMineralesde alta leyTecnologías de Flotación/Fusión/ConversiónTecnologías de Flotación/Fusión/ConversiónoTecnologías de BIolixiviaciónLey de corteLixiviación en PilasNuestro foco:BiolixiviarloeficientementeMineralde baja leyNuestro foco;Biolixiviar más eficientementeÓxidos Súlfuros Secundarios Sulfuros PrimariosPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados777

Aplicación Comercial de la BiolixivaciónTecnologías de BiolixiviaciónBiolixivación In Situ:Para MineralesProceso lento, no aplicado industrialmente: el factorcrítico es la recuperación del 100% de las solucionesinyectadas para evitar la contaminación de losacuíferos subterráneos.Tanques AgitadosPara ConcentradosBacTech*/Minteck*;Goldfields* (BIOMIN with BIOX Process,recientemente adquirida por GENCOR);BHP Billiton* (BIOCOP; BIOZINC y BIONIC)Biolixivación en Pilas y BotaderosAplicada industrialmente en todo el mundo porempresas mineras utilizando microorganismosnaturales sin mayores usos de la biotecnologíamoderna hasta la fecha-Empresas Tecnológicas no MinerasGeoBiotics* (GEOLEACH)Newmont*(BIOPRO)Pacific Ore* (BIOHEAP)Pilas:GeoBiotics’s GEOCOAT * en el cual elconcentrado es aglomerado sobre un inerte para subiolixiviación en pilasPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados888

Microorganismos biolixiviantes ytecnologías de identificación ybiomonitoreo industrialPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados999

SpirochetesFibrobacterFlavobacteriaGram-PositiveBacteriaChloroflecalesThermodesulfobacteriumThermoplasmalesMethanogensExtreme HalophilesFilogenia de la vidaAcidithiobacillusSulfobacillusAcidimicrobiumFerroplasmaCilliatesPlantsAnimalsFungiFlagellatesProteobacteriaChlamydialesNitrospiraCyanobacteriaAquifecalesLeptospirillumBacteriaPyrodictiumSulfolobalesThermoproteusArcheaSulfolobusMetallosphaeraAcidianusMESÓPHILES (30 - 40 O C)MicrosporidiaEukaryaPerumin 29 Convención Minera 2009MODERATED TERMOPHILES (40 - 55 O C)Copyright © BIOSGMA 2008TERMÓPHILES 10 (60 - 80 O C)©BioSigma 2009 – Derechos Reservados1010

Aislamiento de Microorganismos BiolixiviantesMuestreoAislamientoBacteria AisladaWenelen DSM 16786Patente ChilenaCL Nº 2731-2004Concedida en USA,Japón, Sudafrica,Zambia, ChinaSol PE 1226/2005Licanantay DSM 17318Sol Patente ChileCL Nº 2101-2005,InternationalYagan DSM 17947Solicitud Patente ChileCL Nº 2077-2007InternationalPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados111111

Tecnologías de Biomonitoreo implementadas en BioSigma S.A.Optical CountingDenaturating GradientGel Electrophoresis(DGGE)Complementary TechniquesRespirometry (Oxigenconsumption)Biomining Screen(BMS) MicroarrayViabilityDeterminationReal TimeqPCRPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados121212

Tecnologías Independientes de la Extracción de ADN• Recuento Óptico• Respirometría• ViabilidadMicroorganismos totales (Cuántos)Actividad aeróbica (Oxidantes de Azufre y Hierro)Microorganismos vivos y muertosPerumin 29 Convención Minera 2009Basado en la tinción diferencial de bacteriasvivas y muertas, adaptado a tratamiento demuestras ácidas de matrices altamentecomplejas.13Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados1313

Tecnologías Dependientes de la Extracción de ADN• DGGE• qPCRMétodo de identificación de qué microorganismos estánpresentes en una muestra aunque no se conozcanpreviamente. Técnica muy laboriosa y que consumemucho tiempo.Método identificación y cuantificación demicroorganismos de una o más especies conocidas.• BMS 3.0Método de identificación masiva de microorganismos(25 o más especies de una vez desarrollado porBioSigma)Perumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados141414

Análisis Molecular dependiente de Extracción de ADNDGGEProtocolo descrito en literaturaQué MO?Blast search:Band Identity179 Acidithiobacillus ferrooxidans180 Acidithiobacillus thiooxidans181 Leptospirillum182 Acidithiobacillus thiooxidans183 Acidithiobacillus ferrooxidans184 Leptospirillum185 Acidithiobacillus ferrooxidans186 Acidithiobacillus thiooxidansPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados151515

Determinaciones por qPCRMicroorganismsquantifiedTotal BacteriaA. ferrooxidansA. thiooxidansLeptospirillum spp.Acidiphilium sppSulfobacillusTotal ArchaeaFerroplasma spp.Se realiza una reacción de identificación por cada especie que se requieraidentificar. BioSigma tiene una base de datos amplia que permite diseño denuevas reacciones de identificación según el organismo de interés.Perumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados161616

N= 560 spotsMicroarray para bioidentificación (BMS 3.0)MicroorganismsOligosnumbersMicroorganismsOligosnumbersBacteria 15 Archea 15Acidiphilium spp. 12 Acidianus spp. 8Acidithiobacillus spp 18 Desulfovibrio spp. 16A. ferrooxidans 25 Ferroplasma spp. 9A. thiooxidans 27 F. acidophilum 18Geobacter spp. 3 F. acidarmanus 18Leptospirillum spp. 3 Methallosphaera spp. 27L. ferrooxidans 2 Sulfolobus spp. 6L. ferriphilum 19 S. acidocladarius 15L. ferrodiazotrophum 18 S. tokodaii 18Sulfobacillus spp. 11 Thermoplasma spp. 9T. acidophilum 18Eukaria 6 T. volcanium 12By triplicateN= 25 (taxas) + 8 funcionalidades relacionadascon biolixiviaciónPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados171717

Bases moleculares de labiolixiviaciónde mineralesPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados181818

El Proceso de BiolixiviaciónHeap & Dump ProcessBioleaching ProcessGenomic ProcessesPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados191919

Complejidad del Problema en EstudioBacteria y Formación BiofilmTransferencia deElectronesMatriz Extracelular (EPS,proteínas y metabolitos)Calcopirita (CuFeS 2 )SEM-EDS image of massive Cpy (106-70 m) obtained by BioSigma in May2009Perumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados202020

Construcción de Modelos MetabólicosContigsReadsChromatogram base callingGenome assemblyGenome annotationMetabolic modelsReconstruction ofMetabolic PathwaysPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados212121

Comprensión SistémicaHacia una comprensión sistémicadel fenómeno complejo que es labiooxidación y su aporte en labiolixiviación de minerales.? !!!Perumin 29 Convención Minera 2009MetabolómicaTranscriptómicaGenómicaCopyright © BIOSGMA 2008Bioinformática©BioSigma 2009 – Derechos Reservados222222

Genómica y Metabolómica de la Biolixiviación de Sulfuros primariosBioleaching HeapAirSO 4-Cu2+SulfuroxidationenzymesH 2 S nIronoxidationenzymesFe 2+ Fe 3+Chalco-pyriteCuFeS 2Deep Understandings ofbiological mechanismsand bioleachingmetabolismSolutionEnergyfor growthEPSProductionenzymesChalcopyrite (CuFeS 2 )Activity: Only 10% ofbioreactorEPSProteinmRNAGeneGenomicDNABioleachingBacteria1) Key geneidentification toenhance the activitywithin the heap bygenetic modification.2) Key metaboliteidentification andoptimum conditiondetermination tocontrol and enhanceleaching activitywithin the heap.Perumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados232323

Avances en la Tecnología deBiolixivación: TecnologíaBioSigmaPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados242424

Biolixiviación en la cadena de valor de la mineríaResources ReservesCharacterizationMineralExtractionTransportation&Stock PileBioleachingSXEWCopperCathodesOn line:•Mineralogy•Chemical•Composition•Geomechanic•OthersEnvironmentalMonitoringAutonomousMining:•Truks•ShovelsSelectiveStockpile:•Oxide•Seconda ySulphide•PrimarySulphide•OthersSelectiveMicroOrganismsSupply:•BioleachingProcessDesignaCriteria•Real-timebiomonitoring &process controlSolutionsWith:•LowerCooperContent and•MajorImpiritiesCorrentsCopperQuality:•Chemical•Mechanical•ElectricalEnvironmental:•Acid MistProductivityCathodeTreasabilityStandardsPremiumProductsSpecialtiesTecnologíaBioSigmaPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados252525

Tecnología de BioSigma de “Amenability Tests”Over 350 ore amenability testperformed• On-line control of solution andaeration conditions throughoutthe experimental run.• Automatic data managementSystem• Off-line Metallurgy balances• Establishment of keybioleaching processperformance indicatorsPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados262626

2,500 ton Pilot Heap of BIOSIGMA(tailing)in Chuquicamata-CODELCO(In the frame of a technological cooperationagreement)Industrial Pilot Heap of BioSigmaAndina Codelco Division2007-2009(In the frame of a technological cooperationagreement)Prototype heaps: 50,000 tonPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados282828

Solicitudes de Patentamiento presentadas porBioSigma en PerúSOLICITUDES DE PATENTE PRESENTADAS EN PERU (INDECOPI)TITULON°SOLICITUDFechaPresentaciónCepa de bacteria wenelen DSM 16786 y proceso delixiviación basado en la inoculación de dicha cepa 1226/2005 19/10/2005Bacteria sulfooxidante y su uso en procesos debiolixiviación de minerales sulfurados de cobre 960/2006 07/08/2006Método para el diseño de oligonucleótidos paratécnicas de biología molecular 995/2006 16/08/200612 Solicitudesen Perúa la fechaMétodo de identificación y cuantificación demicroorganismos útiles en los procesos de biominería 1027/2006 24/08/2006Método y arreglo para detectar e identificar los Proceso para aumentar la velocidad de la biolixiviaciónmicroorganismos presentes en una muestra usando de minerales o concentrados de especies metálicaslas regiones genómicas que codifican las distintasTrNA SintetasassulfuradasArreglo 1473/2006 de secuencias nucleotídicas 20/11/2006 para la detección1371/2007 11/10/2007Arreglo de fragmentos de ADN de microorganismos e identificación de genes que codifican las proteínas cnbiomineros y método de detección de los mismos actividades 1474/2006 relevantes en biotecnología 20/11/2006 presentes enProceso para el cultivo conjunto de un consorcio deuna muestra microbiológica y método para utilizarmicroorganismos empleando un material que contienedicho arreglo 463/2008 12/03/2008pirita ( FeS 2) como fuente de energía Método1370/2007para separar microorganismos11/10/2007adheridos aReactor y método para el cultivo, biooxidación desoluciones y/o la propagación en gran escala demicroorganismos aislados y/o nativos útiles en laPlásmidos ara transformar una bacteria del génerolixiviación de minerales 1372/2007 11/10/2007Perumin 29 Convención Minera 2009una muestra sólida, mediante el uso de unamortiguador en base a fosfato y sonicación de lamuestra 1029/2008 17/06/2008acidithiobacillus SPP. Y método de transformación 1180/2008 15/07/2008Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados292929

Resumen de las Tecnologías BioSigma de BiolixiviaciónScientific & TechnologyKnowledge(alliances with Universities)Engineering(third partyalliances)Equipment&Plan Design(third party)IndustrialServices• Biomonitoring Services(bioleaching & industrialmicrobiology)•Amenability Test to establishbusiness opportunities onmining resources• Biomass PlantOperation &Design• BioleachingHeap design•ProcessControl &instrumentation(alliance withthird party)• ProprietaryBioreactors• Productionand supply ofbioleachingsolutions(biomass &ferric sulfate)•IntegralBioleachingProcessBiomonitoringPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados303030

adilla@biosigma.clPerumin 29 Convención Minera 2009Copyright © BIOSGMA 2008©BioSigma 2009 – Derechos Reservados313131