CNEAOCTUBRE 2007
EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIOMINERÍA Y BIORREMEDIACIÓNDOS APORTES BIOLÓGICOS
HACIA UNA MENOR CONTAMINACIÓN
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIOMINERÍA
Aportes biológicos a los procesos deexplotación minera
FlotaciónRecuperación
BIORREMEDIACIÓN
Uso de microorganismos para la remediación ambiental
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Metales de transición
Minerales de cobre
Cu (nativo)
Cu2O (cuprita)
CuCO3.Cu(OH)2 (malaquita)
CuFeS2 (calcopirita)
CuS (covelita)
Cu2S (calcocita)
Cu5FeS4 (bornita)
14.000.000 de toneladas Cu
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Pirometalurgia:
CuS + 3/2 O2 CuO + SO2
2 CuO + C 2 Cu + CO2
CuO + CO Cu + CO2
CuO + H2 Cu + H2O
Poco rentable (minerales baja ley)
Muy contaminante
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Hidrometalurgia:
CuS + H2SO4 CuSO4 + SH2
CuS + Fe2(SO4)3 CuSO4 + 2 FeSO4 + S
No rentable teóricamente
Mayor recuperación que la estequiométricaMenor consumo de reactivos
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Acidithiobacillusferrooxidans
Acidófilo (pH 1-4)Oxida Fe2+ y SEs un baciloAeróbico Usa CO2Mesófilo (20-40 oC)
Resistente a metales)55 g/l Cu(II)72 g/l Ni(II)
120 g/l Zn(II) 160 g/l Fe(II)
30 g/l Co(II)
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HETERÓTROFOSAUTÓTROFOS
MESÓFILOS TERMÓFILOS
ACIDÓFILOS
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BIOLIXIVIACIÓN
BACTERIAS LEVADURASHONGOS
LIXIVIACIÓNBACTERIANA
Incremento en la velocidad de disolución de ciertos componentes en una matriz insoluble o poco soluble,
por acción directa o indirecta de microorganismos
ARQUEAS
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PROCESO GLOBAL
MS(s) + 2 O2(g) MSO4(ac)
MECANISMOS EN LA LIXIVIACIÓN BACTERIANA DE SULFUROS
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MS(s) + 2 O2(g) MSO4(ac)
2 Fe2+ + 1/2 O2 + 2 H+ A. f./L.f. 2 Fe3+ + H2O
MS + 2 Fe3+ M2+ + S + 2 Fe2+
S + 3/2 O2 + H2O A.f./A.t./A.c.c. H2SO4
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MECANISMO VÍA TIOSULFATO
At.f. y At.t.
MSFe3+
Fe2+
M2+ + S2O32-
Compuestos Intermediarios
SO42- + H+
At.f. y L.f.
Banda de valencia sólo del metal(no contribuye al enlace)
Sulfuros no solubles en ácido(dan sulfato por oxidación química:
FeS2, MoS2)
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
MECANISMO VÍA POLISULFUROS
Banda de valencia del metal y del sulfuro
(contribuye al enlace)
Sulfuros solubles en ácido(dan azufre por oxidación química:
CuS, ZnS, CuFeS2, PbS)
SO42-
At.f. y At.t.
M2+ + Sn2-
S8
H+
At.f. y At.t.Compuestos Intermediarios
MSFe3+
Fe2+
At.f. y L.f.
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Solución lixiviante
Acidithiobacillusferrooxidans
Sulfuros (pirita)Ataque en la interfase
CitoplasmaMembrana citoplasmáticaMembrana externaEspacio periplasmático
Hierro complejado en exopolímeros
Capa de exopolímeros
Gránulos de azufre y politionatos
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
¿la biolixiviaciónes sólo válida
a nivel de laboratorio?
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LIXIVIACIÓN “HEAP” (pila)
Utilizado para minerales oxidados y/o sulfurados de cobre:
Pila de 6-20 metros de altura de mineral triturado
Base de concreto cubierto de polietileno de alta densidad, PVC, etc.
Poco control bacteriano.
Costos bajos.
METALES
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14.000.000 TONELADAS
4.740.000 TONELADAS
1.500.000 TONELADAS
PRODUCCIÓNMUNDIAL
CHILE(TOTAL)
CHILE(BIOLIXIVIACIÓN)
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Aplicable a otros metales (bajo la forma de sulfuros)
NíquelCobalto
Cinc
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MECANISMOS
a) Especies de uranio(VI) (requiere disolución ácida)
S + 3/2 O2 + H2O → H2SO4
b) Especies de uranio(IV) (requiere oxidación): UO2, U3O8,
DIRECTO:
2 UO2 + O2 + 2 H2SO4 → 2 UO2SO4 + 2 H2O
INDIRECTO:
UO2 + 2 Fe3+ → UO22+ + 2 Fe2+
BIOLIXIVIACIÓNDE URANIO
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MINERALES DE OROMINERALES DE ORO
Minerales refractariosEl oro está finamente diseminado en la matriz y no puede ser
liberado ni siquiera con muy fina molienda.
Alto consumo de cianuro
Baja recuperación de oro (30-35 %)
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PRETRATAMIENTO DE MINERALESPRETRATAMIENTO DE MINERALES
FeS2FeAsS
Au Au
Tostación
700-800 oC
Alta presión
200 oC
Bacteriano
30-50 oC
MASIFICACIÓN DEL CONSUMO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS
ALTO CONSUMO DE INSUMOS NO RENOVABLES
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PRODUCCIÓN INDUSTRIAL MASIVA
PRODUCCIÓN AGROPECUARIA INTENSIVA
EXPLOTACIONES MINERAS DE GRAN ENVERGADURA
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USO DE TECNOLOGÍAS CONTAMINANTES
APLICACIONES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS INDISCRIMINADAS
POBRE CONTROL AMBIENTAL
INSTALACIONES/PROCESOS INADECUADOS
LUGARES INADECUADOS
EFLUENTES Y RESIDUOS
TRANSPORTE DE INSUMOS Y PRODUCTOS
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RESIDUOS
EMISIONES GASEOSAS
EMISIONES DE POLVO
EFLUENTES LÍQUIDOS
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AIRE
AGUAS SUPERFICIALES
AGUAS SUBTERRÁNEAS
SUELOS
SERES VIVOS
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
1950 1960 1970 1980 1990
100
150
200
250
Población mundial
Consumo de metales
Consumo de combustibles fósiles
Año
1950
= 1
00
1950 1960 1970 1980 1990
100
150
200
250
Población mundial
Consumo de cobre refinado per cápita
Año
1950
= 1
00
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INCREMENTO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS
MASIFICACIÓN DEL CONSUMO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS
REDUCCIÓN DE PRODUCTOS SUNTUARIOS?
SERIO PROBLEMA A MEDIANO PLAZO CON
RECURSOS NO RENOVABLES
APORTAR SOLUCIONES TRANSITORIASAL PROBLEMA AMBIENTAL CRECIENTE
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PAPEL DE LA CIENCIAY LA TECNOLOGÍA
TECNOLOGÍASTECNOLOGÍASLIMPIASLIMPIAS
SUSTENTABLESSUSTENTABLES
BIOCOMBUSTIBLES BIOMINERÍA
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265 MILLONES DE TONELADAS DE RESIDUOS PELIGROSOS
GENERADOS POR AÑO
40 MILLONES SON DISPERSADAS EN EL MEDIO AMBIENTE
40.000 SITIOS CONTAMINADOS SERIAMENTE
PARA LIMPIAR TODOS LOS RESIDUOS PELIGROSOS:
370.000.000.000-1.700.000.000.000 DOLARES
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PROCESO DE TRATAMIENTO
Economía
MedioAmbiente Sociedad
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
TECNOLOGÍASTECNOLOGÍASPARA REMEDIARPARA REMEDIAR
EL AMBIENTEEL AMBIENTE
PAPEL DE LA CIENCIAY LA TECNOLOGÍA
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Producir menos residuos
– Evitando crear nuevos
– Reciclando y volviendo a usar
Convertir en sustancias menos tóxicas
– Aislamiento
– Incineración
– Transformación química
– Bio-remediación
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TRATAMIENTOS CLÁSICOS
• Usualmente caros
• Contaminaciones laterales
• No útiles para volúmenes grandes y
concentraciones pequeñas
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIORREMEDIACIÓN
Uso de microorganismos (hongos, levaduras,
bacterias) y/o sus derivados para degradar
contaminantes o disminuir su acción sobre el medio
ambiente y su acción tóxica sobre los seres vivos
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Landfarming
Ex situ
Remoción de los contaminantes para
su tratamiento
BIORREMEDIACIÓN
Bio-reactores
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In situ
Tratamiento en el lugar
VENTAJAS DE TRATAMIENTO IN SITU
Elimina problemas de transporte
Elimina modificaciones abruptas del lugar
Aplicable a contaminaciones diluidas y difundidas
en un área muy grande
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Estrategias de biorremediaciónEstrategias de biorremediaciónBIO-ESTIMULACIÓN
Implica mejorar las condiciones ambientales
para favorecer el crecimiento microbiano
Contaminación antigua
Concentraciones moderadas de contaminante
Contaminación orgánica múltiple
No se requiere una limpieza rápida
Puede agregarse nutrientes (N, P), aceptores de electrones (O2) e incluso sustratos (metano, fenol, tolueno)
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIO-AUMENTOInoculación de microorganismos
degradadores en el sistema
Contaminación reciente
Concentraciones altas de contaminante
Concentraciones bajas de contaminante, pero inaceptables
Se requiere una limpieza rápida
Estrategias de biorremediaciónEstrategias de biorremediación
Aumento de las capacidades metabólicas de la comunidad microbiológica indígena
Aumento de
la actividad
Mejoramiento
Extracción Bacteriassobrevivientes Nutrientes, agua,
OxígenoRe-inoculaciónBIO-ESTIMULACIÓN
BIO-AUMENTOCNEA
OCTUBRE 2007EDGARDO DONATI
CINDEFI (CONICET-UNLP)
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CO2
H2O
Hmmm, Muy Bueno!!!
BiodegradaciónMineralización
Biodegradación parcialTransformación
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HIDROCARBUROS
Petróleo Crudo
Derrames
Emisiones
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USUALMENTE AERÓBICOS
Primera etapa:usualmente introducción
de oxígeno
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METALES PESADOS
• Aproximadamente 40 metales (Cu, Cd. Pb, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Mo )con densidad igual o superior a 5 g/cm3 (aunque se incluyen otros)
• Algunos son esenciales en pequeñas cantidades pero tóxicosen concentraciones relativamente elevadas
• Efluentes de minas (Cu, Zn, Pb, Mn, V, Cr, As, Se, U)
• Industrias procesamiento de metales(Cu, Zn, Mn)
• Electroplating(Cr, Ni, Cd, Zn)
• Operaciones Especiales(Hg, metales preciosos)
• Nucleares(U, Th, Ra, Sr, Eu, Am)
• Residuos específicos(pilas, baterías, industrias alimenticias, etc)
Fuentes de contaminación
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Evaluación de riesgo, valor de mercado
y probable cambio de precios de acuerdo a reservas, consumo, etc
RECICLADO
• INERTIZACIÓN• DISMINUCIÓN DE TOXICIDAD
RECUPERACIÓN
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CO2 H2O
SUSTANCIASORGÁNICAS
Zn2+
Cr3+
Cu2+
???
METALES
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METALES PESADOS
No pueden ser degradados
Pueden ser transformados
• Cambios a especies de distinta solubilidad
• Cambios en los estados de oxidación
• Entre especies inorgánicas y orgánicas
Movilización
Inmovilización
Cambios en la biodisponibilidad/toxicidad
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Oxidación de metales
Reducción de metales
Degradación de compuestosorganometálicos
Acumulación/Sorción de metales
Disminución del pH
Aumento del pH
Producción de metabolitosque liberen o inmovilicen metales
BIO-REMEDIACIÓN
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Remoción por Biolixiviación
• Cenizas, Escorias• Residuos cloacales• Sedimentos Acuáticos• Residuos industriales • Residuos domiciliarios• Tierras contaminadas• Minas Clausuradas• Radionúclidos
• Disposición final• Aceleración del proceso• Recuperación
INOCULACION
MEDIO LIXIVIANTE
AIRENUTRIENTES
RECUPERACIÓNDE METALES
• Más económico• Solubilización gradual
de los metales
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Remoción por Biolixiviación
Oxidos Sulfuros
Biolixiviaciónácida
Biolixiviaciónoxidante
Biolixiviaciónácido-reductora
Metalessolubles en
menores estadosde oxidación
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BACTERIAS “MINERAS”
AcidithiobacillusLeptospirillum
MEDIO LIXIVIANTE ÁCIDO
S + 3/2 O2 + H2O A.f./A.t./A.c. H2SO4
MEDIO LIXIVIANTE OXIDANTE
4 Fe2++ O2 + 4 H+ A.f./L.f. 4 Fe3+ + 2 H2O
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Presencia de compuestos orgánicos
Remoción por Biolixiviación
CarbonatosSilicatos
HongosLevaduras
Bacterias heterótrofas
pH muy elevados
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Organismos heterótrofos
Solubilización por complejación con ácidos orgánicos
Penicillum: cítrico, tartárico, málicoAspergillus: cítrico, oxálico, glucónico
Rhizopus: láctico, fumáricoSchizophyllum: málico
Solubilización por acidificación
Solubilización por complejación con sideróforos
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIOSORCION
• No metabólico(no viables osin sustrato)
• Rápido• Reversible• Baja Eactivación
Intercambioiónico Complejación Adsorción
física
Precipitación
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
BIOSORCION
• Metabólico(viables ycon sustrato)
• Lento• Irreversible• Alta Eactivación
Precipitación
SUSTRATO
Transporte a través de membrana
BIOACUMULACIÓN
METABOLITO
INTRACELULAR
EXTRACELULAR
SUPERFICIECELULAR
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Biomasa inerte inmovilizada
VENTAJAS
• Independiente del crecimiento. No sujeto a toxicidad.
• No necesita nutrientes. No hay productos metabólicos indeseables
• Son rápidos y eficentes. La biomasa es un intercambiador de iones
• La técnica de inmovilización no está restringida por toxicidad
o inactivación térmica.
• Los metales pueden ser fácilmente liberados y recuperados
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Tamaño de los gránulos: 0,7-1,5 mm (semejante al de resinas de intercambio)
Permite una mejor transferencia de masa
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Bacterias sulfato-reductoras
C3H6O3 + SO4-2 → S-2 + C2H4O2 + CO2 +H2O
M+n + n OH- → M(OH)n ↓
M+n + S-2 → M2Sn ↓
BIOPRECIPITACIÓN
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Fosfatasa: activa entre 2 y 45 °C; pH: 4,5 y 8,5;
tolera altas concentraciones de metales
Zr(HPO4 )2 y ZrO2
UO2HPO4
CdHPO4
glicerol 2-fosfato fosfatasa HPO4= + glicerol
HPO4= + Me +2 MeHPO4
Bioprecipitación
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Bacteria con incrustacionesde fosfato de uranilo
Bacteria cubierta de precipitados
de fosfato de uranilo
CNEAOCTUBRE 2007
EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
Un ejemplo: Un ejemplo: el cromoel cromo
Menos tóxico Menos móvil
Insoluble a altos pH
CROMO(III)
Curtiembres, Metalurgia,
Galvanizado, Petroquímica, etc.
Contaminante primarioTóxico
Mutagénico CarcinogénicoSoluble y móvil
CROMO(VI)
REDUCCIÓNPRECIPITACIÓN
Bioreducción/oxidación de metales
CNEAOCTUBRE 2007
EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
FITO-REMEDIACIÓN
FITOESTABILIZACIÓN FITOFILTRACIÓN
FITODEGRADACIÓN FITOVOLATILIZACIÓN
FITOEXTRACCIÓN
CNEAOCTUBRE 2007
EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
PLANTA IDEAL
SER TOLERANTE A ALTAS CONCENTRACIONES
DE METAL
ACUMULAR ALTOSNIVELES DE METAL
EN LAS ZONASCOSECHABLES
PRODUCIR ALTA BIOMASA
TENER UN RÁPIDO CRECIMIENTO
TENER UN PROFUSO SISTEMA DE RAÍCES
CNEAOCTUBRE 2007
EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
ESTÉTICAMENTEADECUADOS
VENTAJAS DE LAFITO-REMEDIACIÓN
PUEDEN RECUPERARSE METALES RAROS O CAROS
MENOS EQUIPAMIENTOMEDIAS Y BAJAS CONCENTRACIONES
MENOS TRABAJO
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
MENOS COSTOSO EN SUELOS80-200 dólares por tonelada
vs 200-600 dólares por tonelada(remoción)
VENTAJAS DE LAFITO-REMEDIACIÓN
MUCHO MENOS COSTOSO EN AGUAS2-6 dólares por 4000 lts de agua
vs 80-100 dólares (filtración; otros métodos biológicos)
REDUCCIÓN DE MASA Y VOLUMEN5000 toneladas de suelo contaminados
25-30 toneladas de cenizas
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
VENTAJAS
Más específicos
Aplicables a bajas concentraciones
Aplicables en grandes volúmenes
Contaminaciones no sistemáticas
Tratamiento de residuos especiales
Más lentos
Problemas con metabolitos intermedios (sólo con m.o. vivos)
Agregado de sustratos (sólo con m.o. vivos)
DESVENTAJAS
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EDGARDO DONATICINDEFI (CONICET-UNLP)
. .
Ni siquiera tenemos
salarios…
Creo que necesitamos un
Sindicato de trabajadores
Trabajamos en estas
condiciones
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