Avaliação da cinetica bacteriana na biolixiviação de calcopirita

Abstract

O desenvolvimento tecnológico dos setores industriais associados à mineração e metalurgia vem crescendo nas últimas décadas devido à busca incessante por melhorias na qualidade de vida. Se por um lado a demanda por metais é crescente, por outro, a indústria de mineração está diante da problemática em relação ao esgotamento das reservas. Isso impõe a necessidade de se extrair metais a partir de minérios de baixos teores e também de rejeitos industriais. Para tanto são necessários processos que exijam baixos custos de investimento e de operação para que a extração se torne viável economicamente, e a biolixiviação é a tecnologia que aparece como a principal alternativa diante dos processos convencionais. O cobre tem sido um dos metais mais importantes por mais de cinco mil anos, devido a suas propriedades e formação de ligas metálicas. O cobre é um dos metais de maior interesse econômico. Cerca de 70% deste metal é encontrado na natureza na forma de calcopirita (CuFeS2). É o mineral mais abundante entre todos os tipos de minérios de sulfeto de cobre. A biolixiviação de cobre a partir de calcopirita é considerada mais econômica e ambientalmente sustentável que o processo convencional pirometalúrgico, especialmente quando os minérios de sulfeto de cobre estão presentes em baixo teor. No entanto, a taxa de oxidação lenta bacteriana continua a ser um grande problema para ser resolvido na biolixiviação. Sendo assim, estratégias para melhorar a atividade bacteriana na superfície do sulfeto mineral têm sido amplamente exploradas por muitos autores. Recentemente a adição de substâncias de origem biológica como os aminoácidos também tem sido um fator testado em ensaios com o objetivo de melhorar o desempenho do processo, como a L-cisteína, um aminoácido importante sulfuroso que despertou grande interesse devido a sua capacidade de acelerar o processo de biolixiviação. O principal microrganismo envolvido neste processo é a Acidithiobacillus ferrooxidans, bactéria mesófila capaz de obter energia a partir da oxidação de íons ferrosos e de compostos de enxofre reduzidos. Além dessa, a Leptospirillum ferrooxidans, também mesófila e capaz de obter energia apenas a partir de oxidação de íons ferrosos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar estas diferentes espécies bacterianas isoladas e em consórcio quanto a capacidade de solubilizarem cobre a partir da calcopirita e avaliar a melhora da eficiência do processo com a adição de cisteína no meio. Foi realizado um ensaio prévio de oxidação de íons ferrosos na presença de cisteína para determinar a concentração inibitória do aminoácido para o crescimento das linhagens. Posteriormente realizou-se o ensaio de biolixiviação em frascos agitados a 150 rpm, 30 oC, na presença de 2,5% (m/m) de calcopirita em meio T&K, 5% (v/v) do inóculo e 10-3 mmol.L-1 de cisteína. Avaliando a influência dos consórcios e das espécies isoladas no processo, determinou-se que os frascos que continham a bactéria At. ferrooxidans – LR adaptada apresentaram as maiores porcentagens de recuperação (23,2%), após 35 dias de ensaio. Os sistemas abióticos apresentaram uma recuperação ínfima de cobre, chegando a apenas 6%, em um potencial médio de 350 mV (Ag/AgCl). A adição de cisteína promoveu aumentos na recuperação de cobre, comparado à mesma condição na ausência de cisteína. Foram detectadas diferenças na extração de cobre nas diferentes condições inoculadas estabelecendo-se a seguinte ordem decrescente: At. ferrooxidans – LR + cisteína (25,3%) > At. ferrooxidans – LR > mutante + cisteína > L. ferrooxidans + cisteína > mutante > L. ferrooxidans (18,0%). Por fim uma análise estatística foi realizada para determinar a correlação entre os parâmetros estudados, pH, Eh e [Fe2+]/[Fe3+] e a solubilização de cobre para cada microrganismo. Os resultados indicaram uma alta correlação (>75%) em 85% dos casos, onde para a bactéria At. ferrooxidans a maior correlação encontrada foi ao parâmetro [Fe3+]/[Fe2+] e diferentemente para a bactéria L. ferrooxidans que a maior correlação foi a que relacionou a solubilização com o pH.

Technological development of mining and metallurgical industries has increased in recent decades due to constant search for improving life quality. Mining industries are now facing an issue related to the depletion of reserves since the demand for metals is growing progressively year after year. Therefore, he need of extracting metals from low grade ores and industrial wastes become an important key to this sector. For this purpose, processes that require low investment and low operating costs for metal extraction are preferentially used for being economically feasible compared to conventional processes. Bioleaching is one of the main alternative technologies for extracting metals, such as copper one of the most important metals for over five thousand years, due to its properties and formation of metal alloys. Copper is one of the largest economic interest metals. About 70% of this metal is found in nature as chalcopyrite (CuFeS2). This is the most abundant mineral among all types of copper sulfide ores. Copper bioleaching from chalcopyrite is considered more economically and environmentally sustainable than conventional pyrometallurgical processes. The main microorganisms involved in this process are the well-known Acidithiobacillus ferrooxidans, mesophilic bacteria capable of using ferrous ions and reduced sulfur compounds as energy source through oxidative reactions Leptospirillum ferrooxidans also mesophilic and able to oxidize ferrous ions as energy source. The addition of carbohydrates, proteins and other substances of biological origin has also been a factor tested in assays aiming to improve the performance of the process. In this context, this study aimed to evaluate the ability to solubilize copper from chalcopyrite mediated by both At. ferrooxidans and L. ferrooxidans separately and combined, as a consortium. Besides, to evaluate the efficiency of the process adding cysteine in the growth medium. A previous study of oxidation of ferrous ions in the presence of cysteine was performed to determine the inhibitory concentrations for the growth of the strains. In general, bioleaching tests were performed in shake flasks at 150 rpm, 30 °C, in the presence of 2.5% (w/v) of chalcopyrite in T&K medium, 5% (v/v) inoculum and 10-3 mmol.L-1 of cysteine. Evaluating the influence of the consortia and species isolated in the process, it was determined that the vials containing the At. ferrooxidans - LR adapted showed the highest recovery percentages (23.2%) after 35 days. Abiotic systems showed a negligible recovery of copper, reaching only 6% in an average potential of 350 mV (Ag / AgCl). The addition of cysteine promotes an increase in copper recovery compared to the same condition in the absence of cysteine. Differences were detected in the copper extraction in different conditions inoculated by establishing the following descending order: At. ferrooxidans - LR + cysteine (25.3%) > At. ferrooxidans - LR (23.5%) > mutant + cysteine (23.0%)> L. ferrooxidans + cysteine (20.3%)> mutant (20.0%)> L. ferrooxidans (18.0%). Finally a statistical analysis was performed to determine the correlation between the parameters studied, pH, Eh and [Fe3+]/[Fe2+] and copper solubilization for each microorganism. The results showed a high correlation (>75%) in 85% of cases, where for bacteria At. ferrooxidans the highest correlation was found to the parameter [Fe3+]/[Fe2+] and differently for the bacteria L. ferrooxidans the highest correlation it was related to the solubilization pH.