Renata de Barros Lima - UFRJ

Renata de Barros Lima
BIOLIXIVIAÇÃO DE CONCENTRADO DE FLOTAÇÃO DE
SULFETOS DE COBRE
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de
Processos Químicos e Bioquímicos, Escola de
Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro,
como parte dos requisitos necessários à
obtenção do título de Mestre em Ciências.
Orientadores: Selma Gomes Ferreira Leite, D. Sc.
Luis Gonzaga Santos Sobral, PhD.
Rio de Janeiro
2006

LIMA, RENATA DE BARROS
Biolixiviação de Concentrado de Flotação de Sulfetos de
Cobre / Renata de Barros Lima, 2006.
N° xix p.90
Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e
Bioquímicos) – Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de
Química, Rio de Janeiro, 2006.
Orientadores: Selma Gomes Ferreira Leite
Luis Gonzaga Santos Sobral
1. Biolixiviação. 2. Jarosita. 3. Calcopirita. 4. Bornita
I. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Programa de Pós-
Graduação em Processos Químicos e Bioquímicos. II. Título.
ii

Renata de Barros Lima
BIOLIXIVIAÇÃO DE CONCENTRADO DE FLOTAÇÃO DE
SULFETOS DE COBRE
Rio de Janeiro, de de 2006.
Aprovada por:
Profª. Selma Gomes Ferreira Leite, D. Sc. – Orientadora
DEB/EQ/UFRJ
Prof. Luís Gonzaga Santos Sobral, PhD. – Orientador
CPMA/CETEM
iii
Profª. Eliana Flávia Camporese Sérvulo, D.Sc.
DEB/EQ/UFRJ
RIO DE JANEIRO
2006
Cláudia Duarte da Cunha, D.Sc.
IMCPG/UFRJ
Prof. Oswaldo Garcia Júnior, D.Sc.
IQ/UNESP

Dedico este trabalho àquelas que sempre foram um exemplo de vida a
seguir: minha mãe Evanilce e minhas avós Nilda e Aroilma, por
todo apoio e segurança que tive, e às duas pessoas que amo
incondicionalmente: minhas irmãs Marcela e Beatriz.
Ao meu pai Fábio e meu Rodrigo: mais uma conquista nossa!
iv

AGRADECIMENTOS
Aos meus Orientadores Selma Gomes Ferreira Leite e Luís Gonzaga Santos Sobral, por
toda confiança depositada em mim, pelos ensinamentos e amizade que guardarei
eternamente.
Ao Ronaldo Santos, Andrea Rizzo e Judith Liliana, pela confiança, amizade e por todo
suporte as minhas dúvidas.
Aos amigos do Laboratório 3 do CPMA/SPMB - CETEM, que com o espírito de
cooperação sempre me auxiliaram nos momentos que precisei. Ao Sr. Ary Caldas, e em
especial a minha amiga Grace Maria pelo apoio e amizade depositados a mim por todos
esses anos.
À toda equipe de trabalho do CETEM, que graças a nossa amizade, deixamos de ser
colegas de trabalhos e nos tornamos amigos inseparáveis: Priscila Xavier, Débora Monteiro
(a quem devo muito da parte experimental, além das incansáveis conversas noturnas),
Gabrielle Bard, Diego Cara (meu consultor em parte de cadeia respiratória), Juan Guerrero,
Isaías Júnior, André Ventura e Helena Hummer.
À Vanessa A. Rocha, Thais Fernandes, Mona Abdel-Rehim, Nilza Miranda, Nelma
Domingues, Fernandinha Arruda, Carla Barbato e Monica Lima por todas as análises
químicas e ajustes realizados na minha dissertação.
Às amigas Aline O. Fernandes e Lidiane M. Barros, por toda força e por me mostrarem o
sentido da palavra AMIZADE.
Aos amigos Aline e Bruno, Amanda e Sandro pelos momentos de descontração.
Ao Centro de Tecnologia Mineral (CETEM), na pessoa do seu Diretor, Dr. Adão Benvindo
da Luz, pelo suporte logístico.
v

À equipe do Laboratório de Biohidrometalurgia, do Instituto de Química da UNESP, por
todo apoio e gentileza na doação das cepas de Acidithiobacillus ferrooxidans utilizadas
neste trabalho.
À Mineração Caraíba S.A.pelo suporte logístico e, em particular, ao Dr. Paulo Medeiros,
quem depositou toda confiança na equipe executora do Projeto de Biolixiviação de
Concentrados de Flotação de Sulfetos de Cobre produzido nas instalações daquela empresa.
À GeoBiotics por partilhar suas experiências em processos biotecnológicos, em particular,
os processos de lixiviação bio-assistida que culminou com os resultados satisfatórios da
extração de cobre do concentrado supracitado acenando para uma alternativa tecnológica ao
processo flash smelting.
À Universidade Federal do Rio de Janeiro, especialmente a Escola de Química, pela
oportunidade de realização do curso.
Àqueles que participaram deste projeto, direta ou indiretamente. Para os que não
participaram do projeto, mas somente da minha vida afetiva. Aos que me fizeram críticas,
tanto positivas quanto negativas, e que me fizeram crescer.
vi

RESUMO
LIMA. Renata de Barros. Biolixiviação de Concentrado de Flotação de Sulfetos de
Cobre. Orientadores: Profª. Dra. Selma Gomes Ferreira Leite e Prof. Dr. Luis Gonzaga
Santos Sobral. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2006. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de
Processos Químicos e Bioquímicos).
A lixiviação bio-assistida de concentrado de flotação, produzido nas instalações da
Mineração Caraíba, foi iniciada com a utilização dos microrganismos presentes na água
ácida de mina coletada diretamente da mina de cobre situada na Mineração Caraíba, além
de uma linhagem de bactéria da espécie Acidithiobacillus ferroxidans. Essa linhagem foi
proveniente de uma jazida de minério de cobre primário, da mina de Surubim/Bahia,
pertencente à mesma mineração. O concentrado em questão, depois de caracterizado
tecnologicamente, era constituído, principalmente, de calcopirita (CuFeS2) e bornita
(Cu5FeS4) com teores, aproximadamente, de 70 e 30%, respectivamente. O alto teor de
calcopirita nesse concentrado acarretou, devido à sua refratariedade, uma maior dificuldade
de extração de cobre a partir desse sulfeto utilizando, tão somente, o microrganismo
supracitado. Isso foi constatado, de posse dos resultados analíticos das concentrações de
cobre, íons ferrosos e férricos e da aferição dos valores de pH e Eh, ao longo dos ensaios de
biolixiviação, como sendo devido a não geração de ácido sulfúrico, quando da sua
solubilização, fato que exigiu um monitoramento constante desses parâmetros para se
evitar, principalmente, a elevação de pH, fato que acarretaria a precipitação de sais de ferro
(hidróxidos e jarosita). Esse fenômeno foi constatado, em alguns ensaios, devido,
certamente, a uma elevação súbita de pH e confirmado, pela análise por difração de raios-
X, como sendo um precipitado de jarosita a qual contém, em sua composição, íons férricos
diminuindo, de forma prejudicial, o poder oxidante do meio reacional. Independente dos
inconvenientes supracitados, guardados os devidos ajustes operacionais, uma extração de
cobre da ordem de 67% foi alcançada num espaço de tempo de 62 dias.
vii

ABSTRACT
LIMA. Renata de Barros. Bioleaching of Flotation Concentrate Containing Copper
Sulphides. Advisors: Profª. Dra. Selma Gomes Ferreira Leite e Prof. Dr. Luis Gonzaga
Santos Sobral. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2006. Dissertation (Master of Technology of
Chemical and Biochemical Processes)
The bio-assisted leaching of the flotation concentrate, produced in Caraíba's Mining
facilities, was initiate with the use of microorganisms present in the acid mine drainage
collected directly from the copper mine located at Caraíba Mining Company, besides the
microorganism strain of the Acidithiobacillus ferroxidans species. That strain was
originated from a primary copper ore, from Surubim mine/Bahia, belonging to the same
mining company. The concentrate under study, after being characterized technologically,
was constituted, mainly, of chalcopyrite (CuFeS2) and bornite (Cu5FeS4) with contents,
approximately, of 70 and 30%, respectively. The high chalcopyrite content in that
concentrate caused, due to its refractory characteristics, a larger difficulty of copper
extraction from this sulphide using, only, the aforementioned microorganism. That was
verified, according to the analytical results of copper, ferrous and ferric ions concentrations
and the monitoring of pH and Eh values, along the bioleaching tests, as being due to no
sulphuric acid generation, during its solubilization, which demanded a constant monitoring
of those parameters to avoid, mainly, the pH raising that would provoke the precipitation of
iron salts (hydroxides and jarosite). That phenomenon was verified, in some tests, due,
certainly, to a sudden pH raising and confirmed, through x –ray diffraction analysis, as
being a jarosite precipitate, which contains, in its composition, ferric ions decreasing, in a
detrimental way, the oxidizing power of the reaction system. Independent of the
aforementioned inconveniences, proceeding the operational adjustments, a copper
extraction around 67% was reached within 62 days.
viii

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Circuito do processamento primário do minério primário. 6
Figura 2 - Circuito de moagem do material proveniente do circuito de britagem. 7
Figura 3 - Circuito de flotação utilizado na obtenção do concentrado de sulfeto de
cobre.
8
Figura 4 - Mecanismos de Biolixiviação: Direto e Indireto (Smith,1991). 20
Figura 5 - Soluções padrões para a confecção da curva padrão para dosagem de 35
proteína total.
Figura 6 - (A)Frasco de reações utilizado no respirômetro de Warburg: (B) poço
central, (C) reservatório lateral para a adição das células.
Figura 7 - Frasco de reação, com rolha do braço lateral acoplada (D), contendo
orifício de saída para gaseificação.
Figura 8 - (E) Respirômetro de Warburg, (F) Manômetro onde é acoplado o frasco
de reação.
Figura 9 - Meio de Cultura T&K oxidado por Acidithiobacillus ferrooxidans – S. 40
Figura 10 - Difratograma correspondente à análise semiquantitativa das espécies 46
mineralógicas constituintes do concentrado de flotação. (C=calcopirita;
D=dolomita; B=bornita).
Figura 11 - Aspecto superficial de uma amostra de calcopirita antes e após ser
submetida ao processo de lixiviação bacteriana (Magnitude – 500 x).
Figura 12 - Teste realizado seguindo a Norma CETESB / L5.217 Thiobacillus –
Determinação do número mais provável pela técnica de tubos múltiplos.
Figura 13 - Aparência da placa de Petri contendo colônias de Acidithiobacillus
ferrooxidans durante a quantificação do cultivo utilizado.
Figura 14 - Aparência da placa de Petri contendo colônias de Acidithiobacillus
ferrooxidans durante a quantificação do sistema de biolixiviação após 60
dias.
Figura 15 - Superfície do concentrado de flotação antes de processo de biolixiviação.
ix
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Figura 16 - A – Concentrado de flotação lixiviado com a Solução A do Meio de
Cultura T&K e inóculo microbiano; B - Concentrado de flotação
lixiviado com a Solução A do Meio de Cultura T&K e sem inóculo
microbiano.
Figura 17 - C – Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K
completo e inóculo microbiano; D - Concentrado de flotação lixiviado
com Meio de Cultura T&K completo sem inóculo microbiano.
Figura 18 - E – Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K
oxidado (com microrganismos); F - Concentrado de flotação lixiviado
com Meio de Cultura T&K previamente oxidado e estéril (filtrado).
Figura 19 - A - Difratograma correspondente à análise semiquantitativa das espécies
mineralógicas constituintes do concentrado de flotação; B –
Difratogramas do resíduos lixiviados e seus respectivos ensaios
(J=jarosita, D=dolomita, C= calcopirita, B=bornita).
Figura 20 - Aparência do resíduo (concentrado de flotação) após a lixiviação
utilizando a cultura A. f. – S como inóculo microbiano, onde A=
concentrado de flotação antes do processo de lixiviação; B 1 = resíduo
referente ao Teste 14 inoculado; B 2 = resíduo referente ao Teste 14
controle; C 1 = resíduo referente ao Teste 15 inoculado; C 2 = resíduo
referente ao Teste 15 controle; D = resíduo referente ao Teste 16
(inoculado) e E = resíduo referente ao Teste 17 (estéril).
Figura 21 - Unidade operacional de biolixiviação em coluna. 85
x
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80
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Características de diferentes microrganismos. 16
Tabela 2 - Composição da solução de nutrientes do meio T&K. 27
Tabela 3 - Composição da solução sulfato ferroso do meio T&K. 27
Tabela 4 - Reagentes utilizados no procedimento de dosagem de proteína total. 34
Tabela 5 - Controle e estabilização do pH da suspensão em 1,8 (concentrado de 36
flotação/ água destilada) para a realização dos ensaios de respirometria.
Tabela 6 - Teor de Cu encontrado no concentrado de flotação. 45
Tabela 7 - Resultados da análise granulométrica realizada com o concentrado de 45
flotação.
Tabela 8 - Análise química por fluorescência de raios-X dos elementos constituintes
do concentrado de flotação.
Tabela 9 - Resultados referentes, com média diária, à extração de cobre (II) durante
o ensaio de biolixiviação do concentrado de flotação utilizando meio de
cultura T&K.
Tabela 10 - Comparação dos resultados de extração de cobre dos ensaios de
biolixiviação do concentrado de flotação de cobre em duas razões sólidolíquido.
Tabela 11 - Resultado da extração de cobre do concentrado de flotação, através da
biolixiviação com uma relação sólido-líquido de 100 g/L.
Tabela 12 - Porcentagem de solubilização de cobre de concentrado de flotação por
lixiviação ácida (H2SO4 – pH=1,8) com relação sólido/líquido de 50 g/L.
Tabela 13 - Comparação entre os resultados de extração de cobre, em porcentagem,
por diferentes tipo de lixiviação do concentrado de flotação de sulfeto de
cobre na razão sólido-líquido de 50 g/L.
Tabela 14 - Resultado da porcentagem de extração de cobre durante a lixiviação
ácida do concentrado de flotação, na relação sólido-líquido de 50 g/L,
com manutenção diária de pH.
Tabela 15 - Renovação do agente lixiviante após o transcurso de 10 dias e
comparação com testes realizados anteriormente com os mesmos
parâmetros.
xi
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Tabela 16 - Resultado do ensaio de reutilização da lixívia para um novo ensaio de
biolixiviação.
Tabela 17 - Média do pH inicial em cada amostra antes do ajuste do mesmo na faixa
de 1,8 – 2,0.
Tabela 18 - Média da leitura do potencial redox, em mV vs. EPH, realizadas nas
amostras dos ensaios de lixiviação utilizando água ácida de mina como
inóculo.
Tabela 19 - Média da concentração de Fe 2+ , em g/L, nas lixívias obtidas a partir da
lixiviação do concentrado de flotação utilizando água ácida de mina
como inóculo.
Tabela 20 - Média da Concentração de Fe total, em g/L, obtida na lixiviação do
concentrado de flotação com a utilização da água ácida de mina como
inóculo.
Tabela 21 - Médias das concentrações de cobre, em g/L, nas lixívias obtidas durante
o processo de lixiviação com a utilização de água ácida de mina
Tabela 22 - Média do pH inicial em cada amostra antes do ajuste do mesmo na faixa
de 1,8 a 2,0.
Tabela 23 - Média da leitura do potencial redox, em mV vs. EPH, realizada em todas
as amostras dos ensaios de lixiviação.
Tabela 24 - Concentração de Fe (II), em g/L, nas lixívias obtidas nas biolixiviações. 69
Tabela 25 - Concentração de Fe total, em g/L, na lixívia obtida a partir do processo 70
de lixiviação.
Tabela 26 - Concentração de Fe (III), em g/L, obtida a partir da lixiviação do
concentrado de flotação.
Tabela 27 - Concentração de cobre, em g/L, na lixívia durante o processo de
biolixiviação do concentrado de flotação.
xii
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LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Extração de cobre dos ensaios de biolixiviação do concentrado de
flotação, utilizando relações de 100 g/L e 50 g/L.
Gráfico 2 - Comparação entre a lixiviação química e biológica do concentrado de
flotação, com uma concentração de 100 g/L deste material.
Gráfico 3 - Curva do comportamento da solubilização de cobre no ensaio de
lixiviação ácida do concentrado de flotação, em razão sólido-líquido =
50 g/L.
Gráfico 4 - Comparação entre os resultados de solubilização de cobre, por meio de
diferentes tipo de lixiviação do concentrado de flotação de sulfeto de
cobre na relação sólido-líquido de 50 g/L.
Gráfico 5 - Curva de comparação da extração de cobre no ensaio de lixiviação
ácida do concentrado de flotação, 50 g/L, com e sem ajuste do pH.
Gráfico 6 - Leitura do potencial redox em mV vs. EPH, dos ensaios referentes ao
item 4.4.
Gráfico 7 - Concentração de Fe 2+ , em g/L, obtida a partir da lixiviação do
concentrado de flotação com água ácida de mina.
Gráfico 8 - Concentração de Fe total, em g/L, obtida na lixiviação do concentrado
de flotação com a utilização da água ácida de mina como inoculo.
Gráfico 9 - Porcentagem de extração de cobre, durante o processo de lixiviação
com utilização de água ácida de mina como inóculo.
Gráfico 10 - Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria
utilizando concentrado de flotação e água acidificada (pH=1,8).
Gráfico 11 - Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria
utilizando concentrado de flotação e tampão glicina.
Gráfico 12 - Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria
utilizando concentrado de flotação modificado (tratamento da
suspensão para estabilização do pH em 1,8 e água acidificada -
pH=1,8).
Gráfico 13 - Leitura do potencial redox em mV vs. EPH.
xiii
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Gráfico 14 - Concentração de Fe (II), em g/L, obtida a partir da lixiviação do
concentrado de flotação.
Gráfico 15 - Concentração de Fe total, em g/L, obtida a partir da lixiviação do
concentrado de flotação.
Gráfico 16 - Concentração de Fe (III), em g/L, obtida a partir da lixiviação do
concentrado de flotação.
Gráfico 17 - Comparação das concentrações de Fe 2+ e Fe 3+ , em g/L, na lixívia obtida
a partir do processo de biolixiviação.
Gráfico 18 - Porcentagem de extração de cobre, durante o processo de lixiviação. 75
xiv
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71
72
73

1. INTRODUÇÃO
2. OBJETIVO
SUMÁRIO
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 03
3.1 – Tratamento de Minérios 03
3.1.1 - Conceito de Mineral e Minério 03
3.1.1.1 - Minério Refratário 03
3.1.1.2 - Conceito de Tratamento de Minério 04
3.1.2 – Histórico de Tratamento de Minério no Mundo 04
3.1.3 - Finalidade Econômica e Social 05
3.1.4 - Processamento do Minério Primário para a Obtenção do Concentrado de
Flotação de Sulfetos de Cobre
06
3.1.5 – Minérios Explorados no Brasil 08
3.2. Água Ácida de Mina 09
3.2.1 - Fatores que Influenciam a Formação de Água Ácida de Mina 10
3.3 – Lixiviação 10
3.3.1 – Conceito 10
3.3.2 – Aplicações de Lixiviação a Minérios de Cobre 11
3.4 – Biolixiviação 11
3.4.1 – Características dos Microrganismos Envolvidos na Biolixiviação 16
3.4.1.1 - Acidithiobacillus ferrooxidans 16
3.4.1.2 - Acidithiobacillus thiooxidans 17
3.4.1.3 – Leptospirilum ferrooxidans 18
3.4.2 - Mecanismo de Biolixiviação 18
3.4.2.1 – Mecanismo Direto 19
3.4.2.2 – Mecanismo Indireto 20
3.4.2.3 – Adesão do Microrganismo a Superfície do Minério e Cadeia Respiratória 20
3.5 – Fatores Importantes no Processo de Biolixiviação 21
3.5.1 – Influencia da Granulometria do Concentrado de Flotação 21
xv
01
02

3.5.2 - Influência da Adição de Nutrientes 21
3.5.3 - Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ ) 22
3.5.4 – Potencial Redox – Eh 23
3.6 - Formação de Jarosita 24
3.6.1 - O Efeito da Presença da Jarosita 24
3.6.2 – A Composição Química da Jarosita
25
4 - MATERIAIS E MÉTODOS 26
4.1 - Água ácida de mina 26
4.2 - Concentrado de Flotação 26
4.2.1 – Determinação do Teor de Cobre no Concentrado de Flotação 26
4.2.2 - Fração Granulométrica 26
4.2.3 - Caracterização Mineralógica do Concentrado de Flotação (Sulfetos de Cobre) 26
4.3 – Meio de Cultura – T & K 27
4.4 - Ensaios de Lixiviação Utilizando Água Ácida de Mina como Inóculo 28
4.4.1 - Teste 1: Ensaios de Lixiviação Biológica com 100 g/L e 500 g/L de Relação
sólido-líquido
28
4.4.2 - Teste 2: Ensaio de Lixiviação Biológica com 100 g/L e 50 g/L de Relação
sólido-líquido
4.4.3 - Teste 3: Ensaios de Lixiviação Ácida (pH = 1,8), ajustado com solução de
H2SO4 10N )
4.4.4 - Teste 4: Ensaio de Lixiviação Ácida com Manutenção Diária de pH (1,8) 29
4.4.5 - Teste 5: Ensaio de Lixiviação Seqüencial 30
4.4.6 -Teste 6: Ensaios de Reutilização da Lixívia em Nova Amostra de Concentrado 30
4.4.7 - Ensaios de Biolixiviação com Monitoramento das Variáveis do Processo 31
4.4.7.1 - Teste 7: Ensaio em Meio de Cultura T&K sem Fe 2+ 31
4.4.7.2 - Teste 8: Ensaio em Meio de Cultura T&K Completo 32
4.4.7.3 - Teste 9: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado 32
4.4.7.4 - Teste 10: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado Isento de
Biomassa
32
xvi
28
29

4.5 - Ensaios de Biolixiviação Utilizando Linhagem Pura de Acidithiobacillus
ferrooxidans
4.5.1 - Linhagens de Microrganismos – A. f. – S 33
4.5.2 - Ensaios de Respirometria 33
4.5.2.1 - Preparo da Suspensão Celular 33
4.5.2.2 – Dosagem de Proteínas Totais 34
4.5.2.3 – Procedimento de Dosagem de Proteína Total 34
4.5.2.4 - Descrição dos Ensaios de Respirometria 35
4.5.2.5 - Condução dos Ensaios de Respirometria 36
4.5.3 - Experimentos de Lixiviação 38
4.5.3.1 - Teste 11: Ensaio em Meio de Cultura T&K sem íons ferrosos( Fe 2+ ) 38
4.5.3.2 - Teste 12: Ensaio em Meio de cultura T&K Completo 39
4.5.3.3 - Teste 13: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado 39
4.5.3.4 - Teste 14: Ensaio em Meio de cultura T&K previamente oxidado isento de
biomassa
39
4.6 - Quantificação Microbiana 40
4.6.1 - Quantificação Microbiana na Água Ácida de Mina 40
4.6.2 - Contagem Microbiana (UFC) de Acidithiobacillus ferrooxidans a partir do
Cultivo da Cultura Pura (A.f. – S)
40
4.6.2.1 - Solidificação do Meio de Cultura para Plaqueamento do A. ferrooxidans 41
4.6.3 - Detecção de Presença de Biomassa Durante os Ensaios de Lixiviação
Empregando Cultura Pura
41
4.7 - Determinações Analíticas de Parâmetros de Controle 42
4.7.1 - Manutenção do pH 42
4.7.2 - Medição do Potencial Redox – Eh 42
4.7.3 - Controle da Evaporação 43
4.7.4 - Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ ) 43
4.7.5 - Análises das concentrações de Cu e Fe total
44
5 – RESULTADOS 45
5.1 - Caracterização Tecnológica do Concentrado de Flotação 45
xvii
33

5.2 - Caracterização Granulométrica do Concentrado de Flotação 45
5.3 - Caracterização Mineralógica do Concentrado de Flotação (Sulfetos de
Cobre)
45
5.4 - Ensaios de Lixiviação 48
5.4.1 - Ensaios de Lixiviação Utilizando Água Ácida de Mina como Inoculo 48
5.4.1.1 - Teste 1: Ensaios com 100 e 500 g/L de Relação sólido-líquido 48
5.4.1.2 - Teste 2: Ensaio com 100 e 50 g/L de Relação sólido-líquido 48
5.4.1.3 - Teste 3: Ensaios de Lixiviação Ácida (pH = 1,8, ajustado com solução de
H2SO4 10N )
52
5.4.1.4 - Teste 4: Ensaio de Lixiviação Ácida com Manutenção Diária de pH (1,8). 54
5.4.1.5 - Teste 5: Ensaio de Lixiviação Seqüencial 56
5.4.1.6 - Teste 6: Ensaios de Reutilização da Lixívia em Nova Amostra de 57
Concentrado
5.4.1.7 - Ensaios de Biolixiviação com Monitoramento das Variáveis do Processo 57
5.4.1.7.1 - Manutenção do pH 57
5.4.1.7.2 - Medição do Potencial Redox – Eh 58
5.4.1.7.3 - Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ )
59
5.4.1.7.4 - Análise da concentração de Ferro Total 60
5.4.1.7.5 - Análise da concentração de Cu 61
5.5 - Ensaios de Biolixiviação Utilizando Cepas Isoladas de A. ferrooxidans 62
5.5.1 - Resultados da Respirometria 62
5.5.2 - Manutenção do pH 65
5.5.3 - Medição do Potencial Redox – Eh 66
5.5.4 - Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ ) 68
5.5.5 - Análise da Concentração de Ferro Total 70
5.5.6 - Concentração de Fe 3+
71
5.5.7 - Análise da Concentração de Cu 74
5.6 - Quantificação Microbiana 76
5.6.1 - Quantificação Microbiana na Água Ácida de Mina. 76
5.6.2 - Contagem Microbiana (UFC) de A. ferrooxidans Presentes na Cultura
Utilizada (A.f. – S)
76
xviii

5.6.3 - Detecção de Presença de Biomassa Durante os Ensaios de Biolixiviação
Empregando Cultura Pura
6. CONCLUSÕES
7. SUGESTÃO PARA CONTINUIDADE DESTA PESQUISA
8. REFERÊNCIAS 86
xix
77
83
85

1- INTRODUÇÃO
A obtenção de cobre a partir de concentrados de flotação segue rota tecnológica
convencional em função das especificidades mineralógicas que compõem tal
concentrado. No caso do concentrado de flotação, os sulfetos de cobre são convertidos
diretamente em cobre blister (cobre metálico impuro), pelo processo flash smelting e,
em seguida, refinado eletroliticamente. Embora o processo pirometalúrgico apresente a
vantagem de transformar os distintos sulfetos de cobre desses concentrados em cobre
metálico, em uma única etapa, apresentam, em contrapartida, inconvenientes da geração
de anidrido sulfuroso (SO2) juntamente com emanações de metais pesados, como
cádmio, arsênio, mercúrio, bismuto, selênio etc. Tal efluente gasoso, mais precisamente
uma mescla de SO2 e material particulado constituído de sais de cádmio, arsênio,
chumbo, bismuto, cobre etc., necessita de um tratamento específico cuidadoso para se
evitar a emissão desses metais recalcitrantes para o meio ambiente.
O tratamento hidrometalúrgico de tais concentrados, mais precisamente a
lixiviação bacteriana, se mostra bastante atraente no que tange a eliminação das
emanações gasosas, devido às condições brandas de processo (temperatura ambiente) e
a obtenção de uma lixívia ácida contendo o metal de interesse. No tratamento
hidrometalúrgico grande parte das impurezas metálicas é disponibilizada na forma de
sulfato, ponto de partida para a recuperação do referido metal, quer por cementação
quer pela purificação/concentração, por extração por solvente, seguida da
eletrorrecuperação desse metal.
A lixiviação bacteriana é atualmente aplicada em escala industrial para
recuperação de metais como cobre, urânio e ouro, em países como: E.U.A., Rússia,
Chile, Espanha, Canadá, África do Sul, Australia entre outros. A lixiviação bacteriana
do cobre tem sido muito estudada a partir de sulfetos minerais. Apesar da calcopirita
(CuFeS2) ser o sulfeto (mineral) de cobre mais abundante na natureza, existem outros
dois sulfetos minerais, também importantes economicamente, que são a calcocita
(Cu2S) e a covelita (CuS).
A importância do presente trabalho se justifica devido a dificuldade de
encontrar, na literatura, referencias relatando a biolixiviação de concentrados de
1

flotação de sulfetos de cobre com a utilização de microrganismos mesófilos, visto que
para essa tecnologia, são comumente encontrados estudos com microrganismos
termofílicos, dada a refratariedade de sulfetos como a calcopirita, espécie mineralógica
majoritária no concentrado utilizado nesse estudo, aos processos oxidativos. Tal fato
explica a dificuldade de se obter comparações dos resultados obtidos com outros já
mencionados.
2- OBJETIVO
O presente trabalho teve por objetivo, geral, analisar a viabilidade técnica da
extração de cobre por biolixiviação, a partir do concentrado de flotação contendo
calcopirita (CuFeS2) e bornita (Cu5FeS4), provenientes da unidade de processamento
mineral da Mineração Caraíba S.A., por lixiviação bio-assistida.
Como objetivos específicos, os seguintes aspectos foram abordados:
− avaliação da lixiviação empregando água ácida de mina como inóculo;
− avaliação da lixiviação empregando cultura pura de Acidithiobacillus
ferrooxidans;
− avaliação da lixiviação em distintas condições como, quantidade de
concentrado de flotação de sulfeto de cobre, tempo e agitação;
− comparação do desempenho da lixiviação sem e com diferentes inóculos;
− avaliação de diferentes variáveis durante o processo de lixiviação, como pH,
potencial redox (Eh), concentração de íons ferrosos (Fe 2+ ), concentração de ferro
total e concentração de cobre.
2

3 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 – Tratamento de Minérios
3.1.1 - Conceito de Mineral e Minério
Os Minerais são compostos naturais formados através de processos geológicos.
O termo "mineral" abrange não apenas a composição química, mas também as
estruturas minerais do material. Os minerais variam na composição dos elementos e dos
sais simples aos silicatos muito complexos (excluindo geralmente a maioria dos
compostos orgânicos), com milhares de formas conhecidas. O estudo dos minerais é
chamado mineralogia.
Minério é toda rocha constituída de um mineral ou agregado de minerais
contendo um ou mais minerais valiosos, possíveis de serem aproveitados
economicamente. Esses minerais valiosos, aproveitáveis como bens úteis, são chamados
de minerais-minério. O mineral ou conjunto de minerais não aproveitados de um
minério é denominado ganga (Luz & Lins, 2004).
3.1.1.1 - Minério Refratário
Segundo Lehmanm et al. (2000) os minérios que não respondem
satisfatoriamente a lixiviação/solubilização direta por ação de um agente lixiviante, são
conhecidos como “minérios refratários”. Os principais minérios ditos refratários são
geralmente sulfetos (pirita, calcopirita, arsenopirita, pirrotita etc.) e a ocorrência de
metais preciosos, elementos de liga, são, em geral, disseminados nas matrizes dessas
estruturas cristalinas.
A aplicação de processos pré-oxidativos proporcionam o rompimento das
estruturas cristalinas refratárias por oxidação, mediante a ação direta ou pela geração
indireta de reagentes químicos oxidantes; por ação de bactérias específicas, próprias dos
minérios em questão, pela ustulação dos sulfetos com geração de SO2 e, ainda, pela
oxidação sob pressão, em autoclaves (Luz & Lins, 2004)
3

3.1.1.2 - Conceito de Tratamento de Minério
O Tratamento ou Beneficiamento de minérios consiste de operações - aplicadas
aos bens minerais – visando modificar a granulometria, a concentração relativa das
espécies minerais presentes ou a forma, sem, contudo, modificar a identidade química
ou física dos minerais. Há, no entanto, autores que defendem um conceito mais amplo
para o tratamento, como sendo um processamento no qual os minerais podem sofrer até
alterações de ordem química, resultantes de simples decomposição térmica ou mesmo
de reações típicas geradas pela presença de calor. A operação de aglomeração
(sinterização e pelotização) de minérios finos, os processos de ustulação e calcinação
são considerados, dentro desse conceito, como tratamento de minérios. No caso dos
processos de ustulação e calcinação, esses são melhores definidos como sendo
processos pirometalúrgicos (Luz & Lins, 2004).
3.1.2 – Histórico de Tratamento de Minério no Mundo
A história registra que, 400 anos antes da Era Cristã, os egípcios já recuperavam
ouro de depósitos aluvionares, usando processos gravíticos, ou seja, aqueles que se
utilizam das variações de densidade das espécies mineralógicas de um dado minério.
O primeiro texto que se constitui em instrumento de referência sobre os bens
minerais (De Re Metálica) foi publicado em 1556 por Georges Agrícola (Luz apud
Agrícola, 2004). Nesta publicação, já há registros da utilização do moinho tipo pilão
movido à água, concentração gravítica através de calha e concentração em leito
pulsante, obtido com o auxílio de peneira em forma de cesta (um jigue primitivo).
A partir do século XVIII, com a invenção da máquina a vapor, que se
caracterizou com o início da revolução industrial, ocorreram inovações mais
significativas na área de tratamento de minérios. Pela metade do século XIX, em 1864,
o emprego do tratamento de minérios se limitava, praticamente, àqueles de ouro, cobre
nativo e chumbo (Luz & Lins, 2004).
Os grandes desenvolvimentos na área de beneficiamento de minérios ocorreram
no final do século XIX e início do século XX, sendo a utilização industrial da flotação,
na Austrália, em 1905, a inovação mais impactante. Os avanços que se seguiram se
orientaram, do ponto de vista tecnológico, mais ao desenvolvimento de projeto de
4

equipamentos maiores e mais produtivos ou mais eficientes (anos 40-70), à otimização
de processos por meio de automação e computação (anos 70-90) e à racionalização do
uso de energia nos anos 70, com a crise gerada pelo aumento súbito dos preços de
petróleo. Mais recentemente, com a crise de energia elétrica no Brasil, em 2001, houve
um renovado interesse pela racionalização de seu uso. Apesar do grande esforço da
pesquisa direcionada a melhor compreensão dos fenômenos atuantes nas operações de
beneficiamento de minérios, houve, relativamente, pouco salto tecnológico, verificandose
mais uma evolução incremental no desempenho dos processos (Luz & Lins, 2004)
3.1.3 - Finalidade Econômica e Social.
O tratamento de minérios, apesar de ser essencialmente técnico em suas
aplicações práticas, não pode desprezar o conceito econômico.
É impossível, na prática, obter uma separação completa dos constituintes
minerais. Como a obtenção de teores mais altos dos minerais de interesse e melhores
recuperações normalmente implica num aumento de custo do tratamento, para a
obtenção de maiores lucros esses vários itens devem ser devidamente balanceados.
Deve-se sempre ter em mente que os custos decorrentes de uma etapa adicional de
tratamento de um determinado bem mineral não devem ser maiores do que a agregação
de valor ao produto assim obtido, salvo em situações especiais (em caso de guerra, por
exemplo).
O beneficiamento de minério, como toda e qualquer atividade industrial, está
dirigido para o lucro. Há, porém, um conceito social que não pode ser desprezado, qual
seja, o princípio da conservação dos recursos minerais, por se tratar de bens não
renováveis. As reservas dos bens minerais conhecidos são limitadas e não se deve
permitir o seu aproveitamento predatório, pois o maior lucro obtido, em menor prazo
possível, dificilmente estará subordinado aos interesses sociais. Diz-se, a respeito, em
contraposição à agricultura, que “minério só dá uma safra” (Luz & Lins, 2004).
5

3.1.4 - Processamento do Minério Primário para a Obtenção do Concentrado de
Flotação de Sulfetos de Cobre.
A Mineração Caraíba prospecta um minério primário de cobre constituído,
basicamente, de silicatos incluindo o piroxênio (Mg,Fe)SiO3), hiperestênio
((Fe,Mg)SiO3), feldispato (KAlSi3O8), olivina ((Mg,Fe)2SiO4), garnê
((Ca,Mg,Fe,Mn)3(Al,Fe,Cr)2(SiO4)3), horneblenda
((Ca,Na)(Mg,Fe)4(Al,Fe,Ti)3Si6O22(O,OH)2), e biotita (H,K)2(Mg,Fe)2Al2Si3O12),
incluindo a magnetita (Fe3O4) (em pequena porcentagem) e sulfetos de cobre,
principalmente calcopirita (CuFeS2) e bornita (Cu5FeS4) e pequenas quantidades de
calcocita (Cu2S)/digenite (Cu9S5).
Essa mina está localizada ao noroeste do Estado da Bahia, produzindo,
atualmente, 1.200.000 toneladas de minério por ano. A britagem primária é realizada no
subterrâneo dessa mina sendo o minério transportado para a superfície através de
elevadores e armazenado diante da planta de britagem secundária e terciária. A Figura
1, a seguir, mostra o circuito de britagem secundária e terciária do processamento do
minério primário.
<
Figura 1 - Circuito do processamento primário do minério primário.
6

O minério britado, no britador primário, é alimentado num circuito de britadores
secundário e terciário originando um produto com 5% acima de 1/2". Esse material
alimenta um silo de onde é enviado para um moinho de bolas com as dimensões de
16,5' x 25' (5 metros de diâmetro por 7,7 metros de comprimento), que opera em
circuito fechado com os britadores supracitados. A taxa de alimentação do moinho é da
ordem de 200 ton/hora, produzindo um minério com granulometria 70% abaixo de 150#
(

cobre variando entre 30 e 40%, é enviado para o tratamento pirometalúrgico conhecido
como flash smelting, que transforma o concentrado de flotação em cobre blister. Esse
cobre blister é encaminhado para o refino eletrolítico onde se obtém cobre metálico com
pureza 99,99%.
Figura 3 - Circuito de flotação utilizado na obtenção do concentrado de sulfeto de cobre.
3.1.5 – Minérios Explorados no Brasil
De acordo com o relatório Informe Mineral, desenvolvido pelo DNPM
(Departamento Nacional de Produção Mineral), o Brasil está entre os maiores
produtores mundiais de minérios, produzindo cerca de 70 substâncias com destaque
para o nióbio, onde é o maior produtor; o ferro; a bauxita (alumínio), quinto produtor
mundial e o caulim, terceiro maior. Possui grande participação na produção de cobre,
ouro, níquel, diamante, zinco, manganês, estanho, fosfato, potássio, entre outros.
Produz, também, minerais energéticos como petróleo, gás natural e urânio.
8

3.2. Água Ácida de Mina
Desde a antiguidade, o homem sentia necessidade de descobrir porque em
lugares onde existiam minérios de ferro e cobre, existia, também, uma água com íons
dos elementos que faziam parte da composição das espécies minerais daqueles minérios.
É possível afirmar que a água ácida de mina é uma solução aquosa gerada
quando minerais sulfurados, presentes em resíduos de mineração, são oxidados em
presença de água. Tal solução age como agente lixiviante dos minerais presentes no
resíduo, produzindo um percolado ácido (H2SO4 - ácido sulfúrico) rico em metais
dissolvidos.
A ocorrência de água ácida de mina tem sido relatada na extração de ouro,
carvão, cobre, zinco ou urânio, entre outros, bem como na disposição inadequada dos
resíduos dessas operações (http://pt.wikipedia.org).
De forma simplificada, considerando a pirita como exemplo de mineral
sulfetado, o processo de geração de água ácida de mina pode ser representado pela
reação:
4FeS + 15O
+ 14H
O → 4Fe(
OH ) + 8H
SO
(1)
2
2
2
3
2
Porém, em tempos mais modernos, sabe-se que esse tipo de água começou a
causar danos, de caráter ambiental, ao redor das minas de cobre. Foi então que, após a
realização de estudos, se descobriu a existência de microrganismos, presentes nas
regiões de minas, responsáveis pela oxidação das espécies sulfuradas (Esteban &
Domic, 2001). A partir de então, investigou-se a possibilidade do uso desses
microrganismos, a nível industrial, no sentido de auxiliar no processamento de minérios
primários (sulfetos metálicos) considerando, então, os aspectos econômicos da
aplicação dos mesmos.
A pirita pode, também, ser oxidada pela ação do íon férrico (Fe 3+ ) em solução,
em um processo denominado oxidação indireta. Trata-se de uma reação rápida desde
que exista Fe 3+ em concentração suficiente. A concentração de íons férricos em solução,
por sua vez, depende do pH e da ação de bactérias. Estas podem acelerar a produção de
4
9

Fe 3+ a partir de Fe 2+ em mais de cinco vezes em relação aos sistemas puramente
abióticos, favorecendo, portanto, a geração de água ácida de mina (Ferguson &
Erickson, 1988).
Por muito tempo, acreditou-se que a lixiviação de metais era um processo
exclusivamente químico que ocorria mediante a ação conjunta de água e oxigênio
atmosférico. Atualmente, sabe-se que a lixiviação pode-se dar através de processo
biológico para a solubilização de metais a partir dos minerais que os contêm.
3.2.1 - Fatores que Influenciam a Formação de Água Ácida de Mina
Uma gama de processos físicos, químicos e biológicos podem influenciar na
geração de água ácida de mina e esses fatores variam com a localidade e podem ser
agrupados em controles primário, secundário e terciário (Ferguson & Erickson, 1988).
Os fatores primários estão diretamente envolvidos na geração dos produtos da
oxidação de sulfetos (disponibilidade de água para o processo de oxidação e transporte;
disponibilidade de oxigênio; características físicas do material; e, em menor escala,
temperatura, pH, equilíbrio Fe 3+ /Fe 2+ e atividade microbiológica). Os fatores
secundários consomem ou alteram esses produtos (presença de outros minerais capazes
de neutralizar a acidez) e os fatores terciários são as condições físicas (materiais,
topografia da área minerada, clima etc.) que influenciam a oxidação de qualquer sulfeto,
o potencial de migração para o meio ambiente mais amplo, e consumo dos produtos de
oxidação (Ferguson & Erickson, 1988).
3.3 - Lixiviação
3.3.1 - Conceito
A lixiviação convencional baseia-se na solubilidade dos metais, em soluções
adequadas, por meio de reações químicas e também de reações bioquímicas, ou seja,
a dissolução de um metal ou mineral em um líquido (Marsden et al, 1992). Essa
termologia é indicada para qualquer processo de extração ou solubilização seletiva
dos constituintes químicos de uma rocha, de um mineral, de um depósito sedimentar,
de solo etc., pela ação de um fluido percolante (Winge, 2006).
10

O estudo e aperfeiçoamento dos processos de concentração de metais por
lixiviação têm, em geral, contribuído, significativamente, para o aproveitamento de
minérios (Villen, 2002).
Os métodos de lixiviação variam entre lixiviação in situ, lixiviação em pilha
(heap leaching) através de circulação, percolação ou ainda, lixiviação por irrigação do
meio lixiviante em tanque ou reatores de lixiviação (Rossi, 1990; Rawlings & Silver,
1995).
3.3.2 –Aplicações de Lixiviação a Minérios de Cobre.
O cobre lixiviado pode ser recuperado por cementação ou por extração por
solventes e, em seguida, recuperado, na forma metálica, por processo eletrolítico
conhecido como eletrorrecuperação. A reação catódica que traduz tal processo é:
2+
Cu + →
2e Cu
0
Ao contrário da lixiviação em pilhas, de minérios de baixos teores, a lixiviação
de concentrados de flotação, com teores mais elevados do metal de interesse, pode ser
conduzida em condições estritamente controladas (em tanques agitados). O nível de
tolerância a concentração de cobre e a velocidade da lixiviação bacteriana requerem
atenção específica. Em lixiviações em pilhas, a concentração de cobre raramente excede
a faixa de 3 a 4 g/L. Na lixiviação de concentrados, no entanto, a concentração de cobre
na faixa de 30 a 40 g/L é desejada.
3.4 - Biolixiviação
A biolixiviação, ou lixiviação bio-assistida, pode ser definida como um processo
natural de dissolução de sulfetos, resultante da ação de um grupo de bactérias que
oxidam minerais sulfurados disponibilizando os metais presentes em suas formas
iônicas solúveis (Rojas, 1998).
11
(2)

O que torna a técnica da biolixiviação uma alternativa muito interessante, na
substituição dos processos convencionais, é a capacidade de certas bactérias oxidantes
de ferro ou enxofre, como as dos gêneros Acidithiobacillus e Leptospirillum, crescerem
em ambientes altamente ácidos e em presença de metais pesados. Além disso, se
compararmos os custos do processo de biolixiviação com os custos de operação de uma
planta convencional, é possível uma redução de até 50% (Gibbs et al, 1985).
As características que fazem com que um organismo seja atuante na
lixiviação/oxidação de um mineral são: a possibilidade de atuação numa faixa
expandida de temperatura (de 30 a 70 o C), faixa de pH ácido (1,8 a 2,2) e alta relação
dos íons Fe 3+ /Fe 2+ (Suzuki, 2001).
Em processos comerciais de lixiviação bacteriana uma variedade de
microrganismos vive em interação. Esses microrganismos, cuja ação pode ser
comparada a um catalisador, podem ser mesofilicos ou termofílicos e autotróficos ou
heterotróficos. A maioria dos estudos realizados em laboratório considerava que o
processo de extração de metal era tão somente alcançado com a utilização de bactérias
da espécie Acidithiobacillus ferrooxidans. Porém, essas experiências não correspondiam
à situação natural e, durante os últimos anos, outros microrganismos, envolvidos no
processo de lixiviação, foram descobertos e caracterizados (Leptospirillum
ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, termofílicos, anaeróbicos e bactérias
heterotróficas) (Norris, 1990).
Foi demonstrado que populações mistas de bactérias que oxidam ferro e enxofre
(A. ferrooxidans, L. ferrooxidans e A. thiooxidans), estão presentes em sistemas de
lixiviação natural, a temperatura ambiente, e são as principais responsáveis pela
solubilização de minerais sulfurados (Norris, 1990).
Em geral, os processos industriais de lixiviação operam naturalmente com
microrganismos oriundos da água ácida de mina ou de qualquer outra fonte microbiana
disponível. Isto significa que a população microbiana que opera em um processo de
lixiviação natural não tem características de cultura pura, embora as condições
ambientais favoreçam o desenvolvimento, principalmente, de acidófilos como
Acidithiobacillus e Leptospirilum (Norris, 1990).
12

A biolixiviação, como qualquer outro processo que utiliza microrganismos
vivos, é influenciada por fatores ambientais, biológicos e físico-químicos, pois tais
parâmetros afetam a extração do metal (Torma,1977; Lundgren and Silver, 1980). O
termo bio-oxidação é comumente aplicado para descrever tal processo, mas existe uma
pequena diferença entre a definição de tais terminologias. De acordo com Brierley
(1997), bio-oxidação é a oxidação microbiana do mineral que contém combinações
mineralógicas do metal de interesse. A partir dessa oxidação, o metal permanece no
resíduo sólido, porém em maior concentração. E a definição de biolixiviação, dada pelo
referente autor, é quando se refere, normalmente, à liberação das espécies metálicas,
contidas nas estruturas cristalinas minerais ou entidades químicas (resíduos), em suas
formas variadas, utilizando microrganismos, mostrando, assim, as particularidades entre
esses processos.
A oxidação bacteriana, como meio para extrair metais de minerais sulfurados,
vem sendo utilizada por muitos anos. Esse método foi empregado, por exemplo, pelos
romanos, que não sabiam, ao certo, o que estavam fazendo. Até 1947 não se havia
comprovado a presença de bactérias em águas ácidas de mina e que desempenhavam
um papel fundamental no processo de oxidação de minerais (Brewis,1996).
Tais bactérias apresentam diversas características e para que o processo se
configure, é necessária a presença de um grupo de bactérias que proporcione a oxidação
de compostos sulfurados, como as do gênero Acidithiobacillus. Sabe-se que existe uma
espécie de bactéria do gênero Acidithiobacillus, a espécie A. ferrooxidans, que é capaz
de obter energia através da oxidação de um ou mais compostos de enxofre reduzido,
incluindo sulfetos (S - ), enxofre (S o ), tiossulfato (S2O3 2- ), ditionato (S2O6 2- ), tritionato
(S3O6 2- ), pentationato (S5O6 2- ), hexationato (S6O6 2- ) etc., além da possibilidade de
obtenção de energia através da oxidação do íon ferroso ao íon férrico.
É necessário iniciar o processo de biolixiviação em condições ótimas de
umidade, pH, temperatura, fontes de energia e nutrientes, como também a ausência de
possíveis inibidores que possam afetar o crescimento dos microrganismos. Além disso,
deve-se levar em consideração as condições físico-químicas do sistema, como por
exemplo: granulometria das partículas do minério, acesso de oxigênio e umidade para a
13

superfície do minério, consumo de ácido, presença de sulfetos suscetíveis à oxidação
bacteriana e a possível eliminação e precipitação de sais férricos, pois esses poderiam
bloquear os canais de filtração do líquido.
Para o bom funcionamento do sistema de lixiviação, este deve obedecer às
condições de atuação da bactéria. Quando o ambiente mantém condições ótimas, é
possível se obter valores adequados de rendimento e produtividade do processo.
Exemplos de metais que podem ser extraídos por lixiviação bacteriana são o
cobre, através da calcopirita (CuFeS2), bornita (Cu5FeS4) ou covelita (CuS), urânio
através da uraninita (UO2) e ouro em uma matriz de arsenopirita (FeAsS).
Calcopirita:
( SO ) 2H
O
4 CuFeS2 + 17O2
+ 2H
2SO4
→ 4CuSO4
+ 2Fe2
4 + 2
(3)
Covelita
CuS + 2O → CuSO
(4)
Uraninita
2
4
3+
2+
2+
UO 2 + 2Fe → UO2
+ 2Fe
(5)
2+
Fe 1
+
3+
2 + 2 O2
+ 2H
→ 2Fe
+ H 2O
Arsenopirita
2FeAsS + 7O
+ 2H
O → 2FeAsO
+ 2H
SO
(6)
2
2
4
2
Na lixiviação de urânio, o íon Fe 3+ é o agente oxidante e a contribuição da
bactéria é indireta, pois esta atua na regeneração do íon Fe 3+ pela oxidação do íon Fe 2+ .
O ouro é encontrado, normalmente, na forma metálica, associado a minerais como a
pirita ou arsenopirita; porém sua solubilização é dificultada por serem esses minerais
refratários ou recalcitrantes.
4
3
14

Em amostras de minas, de pilhas de lixiviação e de experimentos de lixiviação
por percolação de pirita na presença de outros sulfetos, de acordo com Sand et al
(1992), identificou-se células de A. ferrooxidans, L. ferrooxidans e A. thiooxidans. L.
ferrooxidans estava presente em todas as amostras, tanto quanto A. ferrooxidans, porém,
em temperaturas abaixo de 14ºC, esta última era dominante. Enquanto que no artigo
publicado por Suzuki (2001), este se refere a trabalhos de Espejo e colaboradores
(Suzuki apud Espejo e Romero, 1997, Pizarro et al, 1996; Vásquez e Espejo, 1997),
onde em estudo de microrganismos por PCR (reação de polimerização em cadeia),
através de extração de DNA de microrganismos encontrados em minério de cobre
contendo calcosita (Cu2S), covelita (CuS) e outros minérios de cobre lixiviados com
meio contendo Fe 2+ , observou-se uma predominância de microrganismos A.
ferrooxidans em maiores concentrações de Fe 2+ enquanto que em menores
concentrações de Fe 2+ foram observados A. thiooxidans e L. ferrooxidans.
É possível identificar a presença de microrganismos anaeróbios nas partes mais
baixas das pilhas, visto que nesta área há uma escassez de oxigênio. Abaixo dessas
condições, na presença de agentes redutores e compostos orgânicos, bactérias
anaeróbias, como Desulfovibrio desulfuricans, são capazes de reduzir íons sulfatos a
sulfetos com a conseqüente precipitação de compostos metálicos insolúveis (sulfetos)
(Muñoz et al, 1995a):
2−
+ 2−
SO4 + 8 e + 8H
⇔ S + 4H
2O
Esta capacidade de adaptação ao ambiente, junto com outros fatores que
influenciam nesta conversão, tais como pH, fontes de energia, a presença de compostos
orgânicos etc., influencia a composição bacteriana das águas de mina até que a
proporção ótima dos microrganismos seja alcançada, a qual será responsável pelo
processo de biolixiviação (Muñoz et al, 1995b). A tabela 1 mostra os diferentes
microrganismos presentes no processo de biolixiviação e suas respectivas
características:
15
(7)

Microrganismo Característica
Acidithiobacillus
ferrooxidans
Tabela 1 – Características de diferentes microrganismos
Oxida: Fe 2+ , S 0 , U 4+ ,
Cu + , Se 2+ , tiosulfato,
tetrationato, S
Necessidade
de Carbono
Necessidades
de Oxigênio
Q.O. A.
pH
(ótimo)
1,2 – 6,0
(2,5 – 2,8)
Leptospirilum
ferrooxidans
Oxida: Fe 2+ , pirita Q.O. A.
1,5 – 4,5
(2,5 – 3,0)
Sulfolobus
thermosulfooxidans Oxida: Fe2+ , S 0 , S = Q.F. A.
1,9 – 3,0
(1,9 – 2,4)
Sulfolobus
acidocaldarius
Oxida: Fe 2+ , S 0 Q.F.
2,0 – 7,0
(2,0 – 3,0)
Pseudonomas sp. Acumula U, Cu, Pb
intracelular
H. A.E. 7 – 8,5
Desulfovibrio
desulfuricans
Remove U e Cu por
dissolução
H. A.n. (4,0 – 7,0)
Q.O. = quimiolitotrófico obrigatório; Q.F. = quimiolitotrófico facultativo; H. = heterotrófico;
A. = aeróbico; A.E. = aeróbico estrito; A.n. = anaeróbico.
Fonte: Muñoz et al, 1995b.
16
T (ºC)
(ótimo)
5 – 40
(28 – 35)
20 – 40
(30)
20 – 60
(50)
55 – 85
(70 – 75)
4 – 43
(30)
0 – 44
(25 – 30)
O ataque da calcopirita, principal espécie mineralógica do concentrado de
flotação dos sulfetos de cobre em estudo, pelo uso de soluções estéreis de sulfato férrico
(Fe2(SO4)3), obedece a seguinte estequiometria:
CuFeS 2
o
2 + 2Fe2 ( SO4
) 3 ⇔ CuSO4
+ 5FeSO4
+ S
(8)
O enxofre elementar liberado forma um filme na superfície das partículas dos
sulfetos, em processo de dissolução, impedindo a continuidade desse processo. No
entanto, na presença de A. ferrooxidans, esse enxofre é oxidado a sulfato. O cobre e o
ferro são elevados aos seus estados de oxidação máximos e, na faixa de pH na qual tal
bactéria se mostra mais ativa (2 a 3,5), grande parte do ferro dissolvido é hidrolisado:
6CuFeS + 25,
5O
+ 9H
O ⇔ 6CuSO
+ 2HFe
( SO ) ( OH ) + 2H
SO (9)
2
2
2
4
3.4.1 – Características dos Microrganismos Envolvidos na Biolixiviação
3.4.1.1 - Acidithiobacillus ferrooxidans:
As bactérias têm sido ativas na dissolução de sulfetos de cobre e na extração
comercial desse elemento, desde 1670. O papel fundamental dessas bactérias, na
lixiviação de sulfetos minerais, tem sido demonstrado (Colmer & Hinkle, 1947; Temple
& Colmer, 1951) e a linhagem A. ferrooxidans mostra ser a mais promissora na
3
4
2
6
2
4

dissolução desses sulfetos, sendo, essa bactéria, encontrada, mais comumente, em água
ácidas de mina.
Essa espécie pode utilizar como fonte de energia, além do íon ferroso, enxofre
(derivados), como mostram as equações a seguir (Suzuki, 2001):
2+
Fe 1
+
3+
2 + 2 O2
+ 2H
→ 2Fe
+ H 2O
S o
+ 4H
O → SO + 6e
+ 8H
2−
+
2 4
(11)
As bactérias da espécie A. ferrooxidans são organismos unicelulares,
quimiossintetizantes, autotróficos, Gram-negativos e com formato em bastão; algumas
têm flagelos, e possuem tamanho de célula de 0,3 a 0,5 µm de diâmetro e 1,0 a 1,7 µm
de comprimento (Brewis, 1996; Esteban & Domic, 2001).
A espécie A. ferrooxidans cresce no intervalo de pH de 1,0 a 6,0, sendo a faixa
ótima de pH, para alcançar a máxima velocidade de crescimento, de 2,0 a 2,5 e de modo
análogo, sobrevive em um intervalo de temperatura de 2 a 40ºC, sendo o intervalo de 28
a 35ºC o mais favorável. Enquanto o A. ferrooxidans cresce em pH baixo, seu pH
citoplasmático interno está próximo da neutralidade, e o gradiente de pH através da sua
membrana citoplasmática é um dos maiores de todos os organismos (Brewis, 1996).
3.4.1.2 - Acidithiobacillus thiooxidans:
Tais bactérias oxidam enxofre e são utilizadas na lixiviação de minerais que não
contenham ferro, podendo atuar pelo mecanismo indireto de lixiviação (Suzuki, 2001).
Apresentam temperatura ótima entre 25 e 30°C e pH ótimo para o crescimento máximo
igual a 2,0. As células se movimentam através de um tufo de flagelos polares e a adesão
a superfícies pode se dar por meio do glicocálice.
Sua energia pode ser derivada através da oxidação de um ou mais compostos de
enxofre reduzido, incluindo sulfetos, enxofre, tiosulfatos, politionatos e tiocianatos,
sendo sulfato obtido como resultado dessa oxidação (Holt et al, 1994).
17
(10)

3.4.1.3 – Leptospirilum ferrooxidans:
A espécie Leptospirilum ferrooxidans oxida apenas íons ferrosos, mas pode
crescer em temperaturas maiores que as possíveis para A. ferrooxidans e A. thiooxidans.
Este também é um microrganismo acidófilo, com seu pH ótimo em torno de 1,3,
inibindo, assim, o crescimento de A. ferrooxidans, cujo pH ótimo situa entre 2,0 – 2,5
(Norris, 1990).
L. ferrooxidans podem apresentar forma de vibrião ou espirilo e sua
movimentação se dá por meio de um único flagelo polar. Suas células se dividem por
fissão e alcançam um tamanho de 0,2 a 0,4 x 0,9 a 1,1 µm. É quimiolitotrófico
obrigatório e utiliza Fe 2+ como fonte de energia, além de utilizar sulfetos interagindo
com Acidithiobacillus. Os microrganismos acidofílicos podem crescer em pH entre 1,5
e 4,0, porém possuem pH ótimo entre 2,5 e 3,0. São aeróbicos e algumas cepas são
termófilos moderados. Podem ser encontrados comumente em depósitos de minérios
sulfetados onde há predominância de A. ferrooxidans devido à alta afinidade com íons
ferrosos (Holt et al, 1994).
Além das características supracitadas e por apresentar maior afinidade por Fe 2+ ,
quando comparado com A. ferroxidans, e menor afinidade por Fe 3+ ; L. ferrooxidans
apresenta características que fazem com que possa ser utilizado em lixiviação de
minerais sob alta temperatura, baixo pH e alta relação Fe 3+ /Fe 2+ (Norris, 1990)
3.4.2 - Mecanismo de Biolixiviação
É bem conhecido que a temperatura, velocidade de agitação, tamanho de
partícula (área superficial), acidez, nutrientes e aditivos afetam a velocidade de
dissolução dos sulfetos minerais por via microbiana. Há dois mecanismos envolvidos no
ataque bacteriano desses sulfetos: o ataque direto e o indireto. No mecanismo direto, a
bactéria atua diretamente no sulfeto mineral. No mecanismo indireto, a bactéria
converte, simplesmente, Fe 2+ a Fe 3+ e enxofre elementar em sulfato, enquanto os íons
Fe 3+ atuam diretamente na oxidação do sulfeto mineral (Smith & Misra, 1991), como
mostrado, a seguir:
18

Inicialmente, a calcopirita é oxidada pelo ar:
CuFeS + +
(12)
2 4O2 → CuSO4
FeSO4
O sulfato ferroso produzido é rapidamente oxidado pelo oxigênio na presença de
bactérias:
Bactérias
4 FeSO + 2H
SO + O ⎯⎯⎯→2Fe
( SO ) + 2H
O
(13)
4
2
4
2
2
O sulfato férrico produzido ataca a calcopirita formando, ainda, mais sulfato
ferroso que repete o ciclo de oxidação:
CuFeS +
+
2
4
3
3+
2+
2+
o
4 Fe → Cu + 5Fe
S
(14)
O enxofre elementar, formado pela dissolução indireta da calcopirita, é oxidado
por atividade biológica a ácido sulfúrico que mantém o ferro em solução:
S
o
Bactéria
+ 1, 5O
+ H O ⎯⎯⎯→HSO
(15)
2
2
2
4
Visto que a oxidação da calcopirita pelo oxigênio se dá lentamente, a velocidade
inicial de lixiviação é relativamente lenta.
Logo, esses dois mecanismos de lixiviação de metais pesados por A.
ferrooxidans podem ser expressos de acordo com as reações a seguir (Smith &
Misra,1991):
3.4.2.1 – Mecanismo Direto:
O mecanismo direto, ainda não foi comprovado cientificamente, porem este
ocorreria de forma que os sulfetos presentes no mineral são oxidados com geração de
íons sulfato pela bactéria.
Acidithiobacillus sp.
MS + 2O → MSO
(16)
2
4
2
19

3.4.2.2 – Mecanismo Indireto:
Onde os íons férricos produzidos pela oxidação dos íons ferrosos, pela bactéria,
reagem quimicamente com os sulfetos metálicos para produzir Fe(II), fechando o ciclo.
A. ferrooxidans
2+
Fe 1
+
3+
2 + 2 O2
+ 2H
→ 2Fe
+ H 2O
O íon férrico é um oxidante potente e como tal é usado na hidrometalurgia para
dissolução de vários minerais. No entanto, durante as reações, o íon férrico é reduzido a
íon ferroso, uma espécie química não oxidante. Para formar o ferro trivalente, ele tem
que ser re-oxidado ao estado de oxidação mais elevado, como mostra a Figura 4. Isto é
feito geralmente na presença de O2 e em meio ácido (vide reação 10), por atividade
microbiana (Takamatsu, 1995).
Mecanismo Indireto Mec. Direto
Figura 4 – Mecanismos de Biolixiviação: Direto e Indireto (Smith & Misra,1991)
3.4.2.3 – Adesão do Microrganismo a Superfície do Minério e Cadeia Respiratória.
Um pré-requisito para a adesão inicial da célula na superfície do mineral é a
formação do EPS (Substâncias extracelulares poliméricas). Este EPS, em A.
ferrooxidans, é composto basicamente por açúcares (glicose, ramnose, fucose, xilose,
manose), lipídeos, ácido glucurônico, C12-C20 lipídeos saturados e íons de ferro (III).
A complexação de íons de ferro(III) no EPS, serve como matriz para algumas reações
(Rohwerder et al, 2003; Gehrke et al, 1998).
Segundo Rohwerder et al. (2003) a remoção dos elétrons da pirita é medida por
íons do ferro (III) complexados pelos resíduos de ácidos glucurônicos (G−) situados no
20
(17)

EPS. O complexo resultante do ferro (II), devido ao enfraquecimento das forças ligantes
do complexo, libera os íons livres do ferro (II) que são (re)oxidados na membrana
exterior pelo citocromo Cyc2 . Os elétrons são transferidos então através de outra
proteína denominada rusticianina (Rus) e/ou citocromo periplasmático Cyc1 ao limite
da membrana citoplasmática ao citocromo oxidase (Cox).
A. ferrooxidans utiliza a rusticianina como uma proteína de transferência de
elétron na sua cadeia respiratória oxidativa. Esta proteína pertence ao grupo I da
superfamíla de proteínas azuis com cobre e representa cerca de 5% do total de proteínas
solúveis sintetizadas (Blake & Shute, 1994)
3.5 – Fatores Importantes no Processo de Biolixiviação
3.5.1 - Influência da Granulometria do Concentrado de Flotação
De acordo com Dutrizac, (1981) e Majima et al, (1985), a taxa de lixiviação
aumenta com a diminuição da granulometria da fase sólida (minério ou concentrado de
flotação), devido ao aumento da área superficial para a reação química entre o agente
lixiviante e a fase sólida em questão.
Porém, a observação de amostras de concentrado de flotação ao microscópio
eletrônico de varredura mostra que a calcopirita em uma granulometria entre – 315 +
200 µm não representa o tamanho real, devido à aderência das partículas finas aos
aglomerados maiores. Em solução, esses aglomerados são dispersos e os agregados
menores são lixiviados mais rapidamente. A diminuição da área de contato resulta em
uma significante redução da taxa de dissolução. Com isso, algumas plantas de
tratamento diminuem a granulometria do concentrado de flotação obtido, a fim de
minimizar os custos de lixiviação, como mostra Havlík et al, (1994), ao se referir a uma
planta de Cuba.
3.5.2 - Influência da Adição de Nutrientes
Do ponto de vista econômico e biológico é necessário identificar as exigências
mínimas de nutrientes na solução lixiviante para a obtenção de um meio favorável à
atividade microbiana. De acordo com McCready et al. (1986), a adição de certos
21

nutrientes na solução lixiviante pode causar diminuição da taxa de lixiviação devido à
formação e precipitação de jarosita, que é um hidro-sulfato básico férrico com fórmula
+
MFe 3 ( SO4
) 2 ( OH ) 6 , onde M pode ser = K + , Na + , NH + 4, Ag + ou H3O + .
As plantas industriais evitam a adição de nutrientes e tentam usar o próprio
minério para prover tal necessidade ao crescimento microbiano, pois, dessa maneira, é
possível prevenir a precipitação de sólidos que prejudicam o processo de lixiviação
(McCready et al, 1986).
3.5.3 - Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ )
Para a lixiviação/oxidação de sulfetos, é essencial a presença de íons férricos
(Fe 3+ ). Esse oxidante pode ser gerado biologicamente através da abertura/dissolução da
calcopirita (CuFeS2) ou pela adição de íons ferrosos (Fe 2+ ) em solução.
No trabalho realizado por Muñoz et al (1995b) foi constatado que concentrações
elevadas de Fe 2+ (na faixa de 2 a 10g/L), não garantiram maiores rendimentos finais na
dissolução de urânio. A comparação com os resultados da experiência sem Fe 2+ mostrou
que a melhora no rendimento de solubilização de urânio, quando comparado com os
ensaios de maior concentração de Fe 2+ , era insignificante, visto que melhores resultados
foram obtidos apenas nas primeiras 50 h. A explicação deste comportamento poderia ser
a seguinte: o Fe 2+ favorece, primeiramente, o crescimento microbiano, produzindo Fe 3+
e/ou uma queda no pH, logo, a cinética de dissolução de urânio também é favorecida.
Porém esta atividade microbiana produz uma grande quantidade de íons férricos que é
precipitado, em parte, como jarosita. Tal afirmação é corroborada pela diminuição da
concentração de ferro total na solução. Logo, sabe-se que uma pequena quantidade de
íons férricos é necessária para melhorar a solubilização de sulfetos metálicos (Muñoz et
al, 1995b).
Estudos prévios concluíram que os íons férricos inibem competitivamente a
oxidação de íons ferrosos pelo A. ferrooxidans, um efeito inibidor que pode ser
minimizado pelo aumento da concentração de células do microrganismo em questão
(Nyavor et al., 1996).
22

3.5.4 – Potencial Redox - Eh
O potencial redox é definido como o potencial reversível de um eletrodo de
oxidação-redução medido contra um eletrodo de referência, corrigido ao eletrodo de
hidrogênio, em um determinado eletrólito. Esse potencial expressa, em volts, as
condições de equilíbrio entre espécies iônicas, de um mesmo elemento, em meio
aquoso.
Qualquer reação de oxidação-redução (redox) pode ser dividida em duas semireações:
uma das espécies químicas sofre oxidação e a outra espécie química sofre
redução. Se uma semi-reação é escrita no sentido de uma redução, a força motriz é o
potencial de redução. Se a semi-reação é escrita no sentido de uma oxidação, a força
motriz é o potencial de oxidação, relacionado ao potencial de redução por uma mudança
de sinal. Assim o potencial redox é o potencial de redução/oxidação de um composto
medido em condições padrão contra uma semi-pilha padrão de referência (Boon, 1996).
A oxidação biológica de íons ferrosos tem sido demonstrada ser uma função da
razão dos íons férrico/ferroso (Boon, 1996).
A lixiviação férrica dos sulfetos em estudo, mais especificamente calcopirita e
bornita, é, também, uma função dessa razão dos íons de ferro. Embora haja um volume
substancial de dados publicados sobre a lixiviação férrica de sulfetos metálicos, a
velocidade de lixiviação tem sido raramente relacionada ao potencial redox.
O potencial redox está relacionado com a razão dos íons férrico/ferroso pela
equação de Nernst:
E
3+
o RT [ Fe ]
E 2 + 3 + ln (Eq. 1)
Fe , Fe
2+
nF [ Fe ]
= +
23

3.6 - Formação de Jarosita
A partir da reação de oxidação do íon ferroso (Fe 2+ ) (18), ocorre o consumo de
íons hidrogênio (H + ) e o conseqüente aumento do pH do meio; porém, esse aumento de
pH é contrabalançado pela hidrólise do íon férrico (Daoud & Karamanev, 2006).
Fe
2+
2+
+
+ H 2O
⇔ FeOH + H
Fe 2
3+
+ +
+ 2H 2O
⇔ Fe(
OH ) 2 + H
3+
Fe 3H 2O
⇔ Fe(
OH ) 3 + 3
+ H
+
Portanto, é bastante visível que o pH do sistema sofre variações com o aumento
das reações de oxidação e de hidrólise. Além disso, há uma reação de competição com a
reação de hidrólise resultando em produtos como o hidro-sulfato básico férrico com
fórmula
24
(18)
(19)
(20)
+
MFe 3 ( SO4
) 2 ( OH ) 6 , onde M pode ser = K + , Na + , NH + 4, Ag + ou H3O + . O pH
ótimo para a formação de jarosita está em torno de 1,6 e 1,7 com temperatura ótima em
35°C.
Esses precipitados de hidro-sulfatos são conhecidos como jarosita. A reação
(21), a seguir, mostra como a jarosita pode ser formada.
3+
+
−
+
3Fe + M + 2HSO4
+ 6H
2O
→ MFe3
( SO4
) 2 ( OH ) 6 + 8H
Considerando que o meio de cultura 9K ((NH4)2SO4 – 3,0 g; MgSO4 . 7H2O –
0,5 g; K2HPO4 – 0,5 g; KCl – 0,1 g; Ca(NO3)2 – 0,01 g; H2SO4 1N – 1 mL; H2O 700
mL e FeSO4 . 7 H2O 44,22 g; H2O - 300 mL) (Garcia Jr., 1991), assim como o meio de
cultura T&K (Monteiro, 1998) é composto de uma alta concentração de íons amônio
(NH4 + ), a jarosita produzida é a amoniojarosita (NH4Fe3(SO4)2(OH)2) (Daoud &
Karamanev, 2006).
3.6.1 - O Efeito da Presença da Jarosita
A jarosita formada se adere às partículas do minério, formando uma camada
“protetora” impedindo o contato dessas partículas com a solução, acarretando a
paralisação do processo de lixiviação (Muñoz et al, 1995b).
(21)

A formação de jarosita tem efeitos negativos em muitas aplicações que requerem
o uso de A. ferrooxidans, especialmente no processo de desulfurização de gás biológico.
Dentre esses efeitos negativos, pode-se incluir a diminuição da concentração de íons
férricos, usado como absorvente (oxidante) para ácido sulfídrico (H2S) (gás sulfídrico),
entupindo bombas, válvulas, tubos etc., e a formação de barreiras cinéticas devido à
pequena difusão de reagentes e produtos em zonas de precipitação (Jensen e Webb,
1995).
3.6.2 – A Composição Química da Jarosita
Para a caracterização dos diferentes tipos de composição de jarosita, produzida
biologicamente, utiliza-se a técnica de difração de raio-X. Em estudos realizados por
Sasaki e Konno, (2000), encontrou-se uma composição, em peso elementar, de
amoniojarosita com 14,6% de NH4 + , 29,1% de Fe e 11,2% de S.
25

4 - MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 - Água Ácida de Mina
A água ácida de mina, utilizada nos ensaios, foi coletada diretamente da mina de
cobre da Mineração Caraíba, onde foi extraído o concentrado de flotação a ser
biolixiviado. Esta água apresentou um pH ≅ 2,0 e foi preservada, por refrigeração, por
no máximo 2 meses ou até o início de cada batelada de testes.
4.2 - Concentrado de Flotação
O concentrado de sulfetos utilizado nos experimentos é resultado do processo de
flotação de sulfetos de cobre a partir de um minério bruto da mineração subterrânea
(minério primário). O concentrado de flotação de sulfetos de cobre, foco do estudo,
contém cerca de 30% de bornita (Cu5FeS4) e 70% de calcopirita (CuFeS2), resultado das
operações de classificação granulométrica e separação em meio denso.
4.2.1 – Determinação do Teor de Cobre no Concentrado de Flotação
O teor de cobre no concentrado foi determinado pela Coordenação de Análises
Minerais do CETEM – COAM, através do processo de fusão de uma amostra desse
concentrado, seguida de solubilização apropriada do material sólido, resultado desse
processo, sendo o cobre, disponibilizado na fase aquosa, analisado pela técnica de
Espectrometria de Absorção Atômica com Chama (C2H2).
4.2.2 – Fração Granulométrica
A análise granulométrica foi feita por peneiramento a úmido, utilizando peneiras
padronizadas da série Tyler (0,106 a 0,043 mm).
4.2.3 - Caracterização Mineralógica do Concentrado de Flotação (Sulfetos de Cobre)
Foi realizada a caracterização do concentrado de flotação através de análise por
difração de raios-X, para se definir quais espécies mineralógicas estavam presentes no
concentrado, onde o resultado obtido, através do método do pó, foi coletado em um
equipamento Bruker-AXS D5005 equipado com espelho de Goeble para feixe paralelo
de raios X, nas seguintes condições de operação: radiação Co Kα (35 kV/40 mA);
velocidade do goniômetro de 0,02 o 2θ por passo com tempo de contagem de 1,0
26

segundo por passo e coletados de 5 a 80º 2θ. A interpretação qualitativa de espectro foi
efetuada por comparação com padrões contidos no banco de dados PDF02 (ICDD,
1996) em software Bruker Diffrac Plus .
A análise semiquantitativa dos constituintes metálicos, por fluorescência de
raios-X, foi expressa na forma de espécies químicas moleculares, através de análise
química obtida por uma varredura semi-quantitativa em um equipamento modelo S-4
Explorer da Bruker-axs do Brasil equipado com tubo de Ródio. A amostra foi moída
abaixo de 0,044 mm e transformada em pastilha sob 20 toneladas de pressão.
4.3- Meio de Cultura – T & K
Para a propagação do inóculo microbiano, foi utilizado o meio de cultura T&K,
desenvolvido por Tuovinen & Kelly (1973), com pequenas modificações (Monteiro
1998). Este meio é específico para o cultivo da espécie A. ferrooxidans. O referido meio
é composto por duas soluções (A e B), cujas composições podem ser vistas nas Tabelas
2 e 3.
Tabela 2 – Composição da solução de nutrientes do meio T&K
Solução A
(NH4)2SO4 0,625 g/L
K2HPO4 0,625 g/L
MgSO4.7H2O 0,625 g/L
Tabela 3 - Composição da solução de sulfato ferroso do meio T&K
Solução B
FeSO4.7H2O 166,5 g/L
Para o preparo do meio de cultura T&K, as soluções A e B foram preparadas,
aciduladas com H2SO4 10N até pH 1,8 e esterilizadas separadamente.
A solução de sais (solução A) foi esterilizada em autoclave, a uma temperatura
de 120ºC, durante 20 minutos, ao passo que a solução de sulfato ferroso (solução B) foi
filtrada em membrana Millipore (0,45 µm).
A finalização do preparo do meio de cultura consistiu na mistura das soluções A
e B em uma proporção de 4:1, respectivamente.
27

4.4 – Ensaios de Lixiviação Utilizando Água Ácida de Mina como Inóculo.
Para estes ensaios foram feitos diversos testes variando-se os seguintes
parâmetros:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido)
– tempo de lixiviação
– adição da água de mina (em relação ao meio de cultura – v/v)
Em todos os experimentos do item 4.4 a água ácida de mina foi empregada
como inóculo do processo, porém não houve a manutenção do pH nestes ensaios.
4.4.1 - Teste 1: Ensaios de Lixiviação Biológica com 100 g/L e 500 g/L de Relação
sólido-líquido.
Com a finalidade de potencializar o emprego das bactérias nativas do
concentrado de flotação, assumindo a presença das mesmas nesse material, o
concentrado foi adicionado diretamente ao meio de cultura T&K nas condições
descritas abaixo:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 100 g/L e 500 g/L
– tempo de reação: 5 e 15 dias
– meio de cultura: 45 mL
– adição de água da mina: 10% em relação ao volume de meio de cultura
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.4.2 - Teste 2: Ensaio de Lixiviação Biológica com 100 g/L e 50 g/L de Relação
sólido-líquido
Visando determinar a melhor relação sólido (concentrado de flotação): líquido
(solução lixiviante) a ser empregada na biolixiviação, foram realizados ensaios com
50 g/L e 100 g/L de relações sólido-líquido. Em paralelo, realizou-se, também, uma
lixiviação sem a adição de água de mina, que foi considerada o controle químico do
processo. Esses ensaios foram executados considerando os seguintes parâmetros:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 100 g/L e 50 g/L
28

– tempo de lixiviação: 1h, 1 dia, 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias, 6 dias, 7 dias, 10 dias, 20
dias
– meio de cultura: 45 mL
– adição de água da mina: 10% em relação ao volume de meio de cultura
– velocidade de agitação: 150 rpm
Este ensaio foi realizado com o acompanhamento de seu respectivo controle, ou
seja, lixiviação do concentrado de flotação apenas com o meio de cultura T&K, sem a
adição de água ácida de mina, porém foram respeitadas as relações sólido-líquido.
Adicionalmente, com a finalidade de observar a atuação do agente lixiviante na
dissolução da calcopirita, um cubo deste mineral foi inserido no sistema meio de cultura
T&K / água ácida de mina, possibilitando assim, observar possíveis mudanças na
superfície do mesmo, e colocado em agitação por 10 dias.
4.4.3 – Teste 3: Ensaios de Lixiviação Ácida (pH = 1,8), ajustado com solução de
H2SO4 10N )
O ensaio de lixiviação ácida foi realizado com uma solução inicial de ácido
sulfúrico em pH = 1,8, por ser este o pH do meio de cultura utilizado anteriormente. Os
ensaios foram realizados, de acordo com os parâmetros a seguir:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 50 g/L
– tempo de lixiviação: 1h, 1 dia, 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias e 10 dias
– água acidificada (pH = 1,8 – H2SO4 10N): 50 mL
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.4.4 - Teste 4: Ensaio de Lixiviação Ácida com Manutenção Diária de pH (1,8).
Os ensaios do teste 4 foram realizados com um controle diário do pH da polpa,
visando determinar o tempo necessário para estabilização desse parâmetro. O pH foi
ajustado em 1,8, utilizando H2SO4 10N. Os testes foram conduzidos de acordo com os
parâmetros descritos abaixo:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 50 g/L
– tempo de lixiviação: 1h, 1 dia, 2 dias, 3 dias, 4 dias, 5 dias e 10 dias
– água acidificada (pH = 1,8 – H2SO4 10N): 50 mL
29

– velocidade de agitação: 150 rpm
4.4.5 - Teste 5: Ensaio de Lixiviação Seqüencial
Para avaliar o benefício da lixiviação seqüencial do concentrado de flotação, foi
planejada uma lixiviação que no seu décimo dia sofreria uma renovação de meio de
cultivo e o processo de extração de cobre, se estenderia até o vigésimo dia. Desta forma,
o concentrado de flotação, empregado no presente experimento, foi separado do meio
líquido, por filtração, e reutilizado, recebendo o meio T&K fresco.
Com isso, foram realizados ensaios de biolixiviação, com polpas de 50 g/L e 100
g/L de concentrado de flotação, considerando os seguintes parâmetros:
– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 100 e 50 g/L
– tempo total de lixiviação: 20 dias (10 dias + 10 dias)
– meio de cultura: 45 mL
– adição de água da mina: 10% em relação ao meio de cultura
– velocidade de agitação: 150 rpm
Após os 10 primeiros dias de biolixiviação, a lixívia resultante foi encaminhada
para análise, para determinação da concentração de cobre. O concentrado de flotação
lixiviado foi reutilizado em novo ensaio de biolixiviação, utilizando-se os mesmos
parâmetros descritos acima.
Ao final de mais dez dias (20º dia de ensaio), foi retirada uma nova alíquota
(lixívia) para a determinação da concentração de cobre extraído.
4.4.6 - Teste 6: Ensaios de Reutilização da Lixívia em Nova Amostra de Concentrado
Visando a utilização futura do processo Geocoat® (Harvey et al, 2002), onde
ocorre o aproveitamento do agente lixiviante, através da sua recirculação, o presente
ensaio foi realizado visando observar o comportamento da lixívia na extração de cobre
quando da reutilização da mesma. Para isso, o concentrado de flotação foi lixiviado por
10 dias, sendo que, a seguir, a mesma lixívia foi aplicada a uma nova amostra de
concentrado. Tais ensaios foram realizados nas seguintes condições:
30

– quantidade de concentrado de flotação (relação sólido-líquido): 100 e 50 g/L
– tempo de lixiviação: 20 dias (10 dias + 10 dias)
– meio de cultura: 45 mL
– adição de água da mina: 10% em relação ao meio de cultura
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.4.7 – Ensaios de Biolixiviação com Monitoramento das Variáveis do Processo
Foram realizados quatro novos testes, porém nesta etapa, com o monitoramento
das variáveis do processo, como pH, sendo constantemente corrigido para a faixa de 1,8
a 2,2, potencial redox, determinação das concentrações das espécies iônicas Fe 2+ (íon
ferroso) e Fe 3+ (íon férrico) e percentual de extração de cobre. Os ensaios foram
mantidos sob agitação a 150 rpm e a 30ºC por um período de 30 dias.
As condições experimentais empregadas estão descritas a seguir.
4.4.7.1 – Teste 7: Ensaio em Meio de Cultura T&K sem Fe 2+ .
Esse teste consistiu em uma lixiviação utilizando o meio de cultura T&K, sem a
presença da solução de sulfato ferroso, ou seja, isenta de Fe 2+ , em dois tipos de ensaio:
um inoculado, onde se utilizou 10% v/v de água ácida de mina e, paralelamente, um
teste controle, sem água ácida de mina. Os ensaios foram conduzidos de acordo com os
parâmetros abaixo:
– concentrado de flotação: 50 g/L
– solução A (nutrientes) do meio de cultura T&K: 90mL
– água ácida de mina (inóculo): 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
Nos ensaios denominados controles, o inóculo (água ácida de mina) não foi
adicionado, sendo mantida a relação sólido-líquido (50 g/L), ou seja, 90 mL da solução
A do meio de cultura T&K, 10 mL de água destilada e 5 g de concentrado de flotação.
31

4.4.7.2 - Teste 8: Ensaio em Meio de Cultura T&K Completo
Nesse ensaio, o concentrado de flotação foi lixiviado com o meio de cultura
T&K completo, ou seja, contendo as soluções A e B. Foi realizada uma série inoculada
e outra, sem inóculo. As condições experimentais desse ensaio estão descritas abaixo:
– concentrado de flotação: 50 g/L
– meio de cultura T&K: 90 mL
– água ácida de mina (inóculo): 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
Nos ensaios denominados controles, o inóculo (água ácida de mina) não foi
adicionado, sendo mantida a relação sólido-líquido (50 g/L), ou seja, 90 mL de meio de
cultura T&K, 10 mL de água destilada e 5 g de concentrado de flotação.
4.4.7.3 - Teste 9: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado.
Os experimentos desse tipo de teste foram executados com o meio T&K
previamente oxidado, ou seja, o meio foi inoculado (10% v/v) com água ácida de mina,
sendo este sistema agitado a 150 rpm por cerca de 2 dias em incubadora a 30ºC.
– concentrado de flotação: 50 g/L
– meio de cultura T&K oxidado (conforme descrito acima): 90mL
– água de mina (inóculo): 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.4.7.4 - Teste 10: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado Isento de
Biomassa
Para a realização deste ensaio, utilizou-se o meio de cultura oxidado conforme
descrito anteriormente (item 4.4.7.3), seguida da filtração deste em membrana 0,22 µm,
com a finalidade de separar as células bacterianas do sistema, bem como utilizar como
agente lixiviante apenas o Fe 3+ que supostamente tenha sido gerado biologicamente. Os
ensaios foram conduzidos de acordo com as seguintes condições experimentais:
– concentrado de flotação: 50 g/L
– meio de cultura T&K oxidado e filtrado (conforme descrito acima): 90 mL
32

– velocidade de agitação: 150 rpm
4.5 – Ensaios de Biolixiviação Utilizando Linhagem Pura de Acidithiobacillus
ferrooxidans
Nos ensaios apresentados no íten 4.4, foi utilizada a água ácida de mina como
inóculo microbiano, porém durante as tentativas de plaqueamento da mesma, não foi
observado o crescimento de colônias, além da baixa extração (solubilização) de cobre.
Logo, optou-se pela utilização de cepas isoladas e identificadas de Acidithiobacillus
ferrooxidans como inóculo microbiano.
4.5.1 - Linhagens de Microrganismos – A.f. - S
A linhagem de Acidithiobacillus ferrooxidans utilizada nesta etapa do trabalho
foi doada pelo Prof. Dr. Oswaldo Garcia Júnior, UNESP – Universidade Estadual de
São Paulo, do Instituto de Química – Departamento de Bioquímica. A cultura foi
isolada de uma mina de cobre em Surubim – Bahia, e está catalogada como A. f. – S. .
4.5.2 – Ensaios de Respirometria
A respirometria é um teste baseado na medida de oxigênio consumido por uma
suspensão celular. A partir deste ensaio é possível avaliar se o concentrado de flotação é
passível de sofrer biolixiviação. Este teste foi conduzido com a cultura do item anterior.
4.5.2.1 – Preparo da Suspensão Celular
A suspensão celular utilizada nos ensaios de respirometria foi preparada a partir
da linhagem de A. ferrooxidans – S (isolada da mina de cobre de Surubim) crescida em
200 mL de meio T&K à temperatura de 30 o C em mesa agitadora com rotação de 150
rpm. Após o crescimento da bactéria (2 dias), indicado pela oxidação visual de Fe 2+ ,
filtrou-se a suspensão, em papel de filtro comum, para a retirada de precipitados do
meio, e, em seguida, coletou-se as células por filtração em membrana (0,45 µm de
diâmetro de poro). As células, assim coletadas, foram lavadas com água acidificada (pH
1,8) e ressuspensas em 20 mL desta mesma solução. Centrifugou-se a suspensão a 4000
rpm, por 15 minutos sob refrigeração, desprezou-se o sobrenadante e as células foram
ressuspensas em um volume de 5,0 mL de água acidificada (pH 1,8).
33

4.5.2.2 – Dosagem de proteínas totais
Centrifugou-se 1 mL da suspensão celular por 15 minutos a 1500 rpm. O
sobrenadante foi desprezado e o sedimento (células) foi suspenso em 1 mL de NaOH 1
mol L -1 e levado para hidrolisar por fervura em banho-maria por 30 minutos. Alíquotas
dessa solução, diluídas adequadamente, foram utilizadas na dosagem protéica.
Tabela 4 : Reagentes utilizados no procedimento de dosagem de proteína total
Soluções Reagentes Quantidades
KNaC4H4O6.4H2O 25g
Na2CO3
NaOH 1 Mol L
0,5g
-1 Solução A
125mL
Água destilada q.s.p. 250 mL
KNaC4H4O6.4H2O 0,2g
CuSO4.5H2O
NaOH 1 mol L
0,1g
-1 Solução B
1,0 mL
Água destilada 9,0 mL
Solução C
Reagente de Folin-Ciocalteu
Água destilada
10,0 mL
30,0 mL
Obs.: A solução C deve ser preparada no momento do uso.
4.5.2.3 - Procedimento de dosagem de proteína total
Num tubo de ensaio adicionou-se 0,9 mL da solução A à 1 mL de solução de proteínas,
em diluição apropriada, e incubou-se em banho-maria à 50ºC por 10 minutos,
resfriando-se, a seguir, à temperatura ambiente. Adicionou-se 0,1 mL da solução B e
incubou-se por 10 minutos em temperatura ambiente. Finalmente, adicionou-se 3 mL
da solução C e incubou-se por 10 minutos a 50ºC. Sendo a leitura realizada em
espectrofotômetro no comprimento de onda de 650 nanometros.
Para a construção da curva padrão utilizou-se soroalbumina bovina.
34

Figura 5: Soluções padrões para a confecção de curva padrão para dosagens de proteína total.
4.5.2.4 – Descrição dos Ensaios de Respirometria
Pesquisas relacionadas às técnicas de calorimetria e respirometria servem de
suporte para a observação do comportamento microbiano, como por exemplo, diferentes
taxas de respiração celular para diferentes minérios (Tuovinen & Dispiito, 1984).
Os ensaios foram realizados de acordo com as seguintes condições
experimentais:
Teste 1: Concentrado de flotação em água acidificada com H2SO4 até pH 1,8.
Teste 2: Concentrado de flotação em tampão glicina (ácido aminoetanoico –
COOHCH2NH2)– pH 1,8
Cálculo para o preparo de 50 mL de tampão glicina: 0,75g de glicina + 7 mL de
H2SO4 (1 N) + água destilada até completar 50 mL.
Teste 3: Concentrado de flotação modificado em contato com água acidificada
com H2SO4 até pH 1,8.
Para a realização deste teste, o concentrado de flotação recebeu um tratamento
químico visando a estabilização do consumo de ácido, verificado através do pH.
Este tratamento consistiu no preparo de uma suspensão aquosa, na qual foi
realizada a verificação e manutenção do pH com H2SO4 1N, periodicamente,
como mostra a tabela 5.
Os parâmetros do tratamento descrito podem ser vistos abaixo:
35

– massa de amostra de concentrado de flotação: 10 g
– volume de água destilada: 100 mL
– concentração do H2SO4 utilizado: 1 N
A verificação e manutenção do pH estão descritas na Tabela 5 a seguir:
Tabela 5: Controle e estabilização do pH da suspensão em 1,8 (concentrado de flotação/água
destilada) para a realização dos ensaios de respirometria.
Tempo pH V ácido
(hora)
(mL)
0h 6,79 10,5
1h 3,09 2,5
2h 2,15 1,5
4h 2,06 1,0
5h 1,91 0,5
6h 1,80 -
16h 2,56 2,5
17h 1,83 -
18h 1,83 -
19h 1,84 -
4.5.2.5 – Condução dos Ensaios de Respirometria
Os testes de respirometria foram realizados utilizando-se o respirômetro de
Warburg, mostrado na Figura 8. Esse equipamento consiste de um frasco de reação
(Figuras 6 e 7) com um reservatório lateral, para a adição das células, e um poço central
no qual é colocado uma tira de papel de filtro, embebido com 0,1 mL de solução de
KOH 20% p/v para retenção de CO2 atmosférico. O compartimento principal do frasco
comporta o concentrado de flotação e nele ocorrem as reações a serem estudadas.
36

A
Figura 6: (A)Frasco de reações utilizado no respirômetro de Warburg: (B) poço central, (C) reservatório
lateral para a adição das células.
D
B
Figura 7: Frasco de reação, com rolha do braço lateral acoplada (D), contendo orifício de saída para
gaseificação.
C
37

E
Figura 8: (E) Respirômetro de Warburg, (F) Manômetro onde é acoplado o frasco de reação.
4.5.3 – Experimentos de Lixiviação
Para todos esses ensaios foi empregado como inóculo a cultura pura de
Acidithiobacillus ferrooxidans – S. obtida a partir do crescimento em meio de cultura
T&K (10% v/v de inóculo microbiano), por 48 horas a 30ºC e agitadas a uma
velocidade de 150 rpm.
4.5.3.1 - Teste 11: Ensaio em Meio de Cultura T&K sem íons ferrosos( Fe 2+ ).
O procedimento adotado para a realização do teste 11 está descrito no item
4.4.7.1, porém como inóculo microbiano foi utilizada a cultura A. f. – S.
– concentrado de flotação: 50 g/L
– solução A (nutrientes) do meio de cultura T&K: 90 mL
– inóculo: 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
F
38

Nos ensaios denominados controles, o inóculo não foi adicionado, sendo
mantida a relação sólido-líquido (50 g/L), ou seja, 90 mL da solução A do meio de
cultura T&K, 10ml de água destilada e 5g de concentrado de flotação.
4.5.3.2 - Teste 12: Ensaio em Meio de cultura T&K Completo
A descrição deste ensaio pode ser verificada no item 4.4.7.2, porém, sendo
utilizado como inóculo microbiano a cultura A. f. – S.
– concentrado de flotação: 50 g/L
– meio de cultura T&K: 90 mL
– inóculo: 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
Nos ensaios denominados controles, o inóculo não foi adicionado, sendo
mantida a relação sólido-líquido (50 g/L), ou seja, 90 mL de meio de cultura T&K,
10mL de água destilada e 5 g de concentrado de flotação.
4.5.3.3 - Teste 13: Ensaio em Meio de Cultura T&K Previamente Oxidado.
O teste 13 foi conduzido de acordo com a descrição do ensaio 9 no item 4.4.9.3.
– concentrado de flotação: 50 g/L
– meio de cultura T&K oxidado (conforme descrito acima): 90 mL
– inóculo: 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.5.3.4 - Teste 14: Ensaio em Meio de cultura T&K previamente oxidado isento de
biomassa
O procedimento para a oxidação de meio de cultura T&K é descrito no item
4.4.7.4, porém com a utilização da cultura A. f. – S. O meio de cultura, após a oxidação,
apresentou uma coloração avermelhada (Figura 9).
39

Figura 9 – Meio de Cultura T&K oxidado por Acidithiobacillus ferrooxidans – S.
– concentrado de flotação: 5% p/v
– meio de cultura T&K oxidado: 90 mL
– inóculo: 10% v/v
– velocidade de agitação: 150 rpm
4.6 - Quantificação Microbiana
4.6.1 - Quantificação Microbiana na Água Ácida de Mina.
Com o objetivo de quantificar as células de A. ferrooxidans, supostamente
existentes na água de mina, utilizada nos ensaios de biolixiviação, foram feitos ensaios
utilizando a Norma CETESB / L5.217 Thiobacillus – Determinação do número mais
provável (NMP) pela técnica de tubos múltiplos. O meio de cultura empregado neste
ensaio foi o 9K ((NH4)2SO4 – 3,0 g; MgSO4 . 7H2O – 0,5 g; K2HPO4 – 0,5 g; KCl – 0,1
g; Ca(NO3)2 – 0,01 g; H2SO4 1N – 1 mL; H2O 700 mL e FeSO4 . 7 H2O 44,22 g; H2O -
300 mL) (Garcia Jr., 1991) e o cultivo permaneceu por 21 dias em estufa com
temperatura de 30ºC.
4.6.2 - Contagem Microbiana (UFC) de Acidithiobacillus ferrooxidans a partir do
Cultivo da Cultura Pura (A.f. – S) Utilizando Plaqueamento “Spread Plate”.
A contagem microbiana foi realizada para a padronização do inóculo inicial a ser
empregado nos experimentos do item 4.5.
Foi realizada por plaqueamento utilizando o meio de cultura T&K sólido. Essa
40

contagem foi feita apenas para a padronização do inóculo inicial empregado nos ensaios
de lixiviação. Tal procedimento foi realizado da seguinte forma:
– Uma amostra do inóculo microbiano foi diluída de 10 -1 para 10 -6 em solução
de Tween 80 a 0,45% v/v;
– Para o plaqueamento “Spread Plate”, realizado em duplicata, foram retiradas
alíquotas de 0,1 mL de cada diluição, e, após inoculação em placas de Petri
contendo o meio de cultura T&K sólido, cada alíquota foi espalhada com auxílio
de uma alça de Drigalsky, previamente esterilizada em álcool a 70% e flambada
na chama do bico de Bunsen;
As placas foram mantidas em incubadora por 10 dias a uma temperatura de 30 o C.
4.6.2.1 - Solidificação do Meio de Cultura para Plaqueamento do A. ferrooxidans.
Após a realização de ensaios de biolixiviação e o suposto desenvolvimento das
culturas bacterianas os experimentos foram direcionados para a obtenção do meio de
cultura sólido para o plaqueamento e identificação de A. ferrooxidans presentes nas
lixívias obtidas durante o processo.
4.6.3 – Detecção de Presença de Biomassa Durante o Ensaio de Lixiviação Empregando
Cultura Pura.
A determinação da presença microbiana nos experimentos de lixiviação foi feita
pela técnica de plaqueamento. Essa técnica foi feita nos experimentos de lixiviação não
para fins de contagem e sim para detecção das bactérias lixiviantes.
Foram preparadas placas de Petri com meio de cultura T&K, solidificado com
agarose, para plaqueamento da lixívia proveniente do ensaio de biolixiviação. Para a
solidificação do meio de cultura T&K, os ensaios foram realizados com os seguintes
parâmetros:
41

Preparo da agarose:
– concentração de agarose – 0,9% p/v (em relação à água destilada)
– água destilada
Após a esterilização da solução de agarose, em autoclave, a mesma foi vertida
em um erlenmeyer com meio de cultura T&K em dupla concentração, previamente
preparado e esterilizado, na proporção de 1:1.
Ao término de 62 dias de ensaio, foram realizados plaqueamentos, sendo
utilizado como inóculo a fase líquida do sistema de biolixiviação. O procedimento
experimental foi feito em duplicata com a adição de 0,1 mL da suspensão (após
agitação) em Placa de Petri contendo meio de cultura T&K sólido. A alíquota foi
espalhada com auxílio de uma alça de Drigalsky previamente esterilizada em álcool
etílico a 70% v/v e ligeiramente flambada na chama do bico de Bunsen. As placas foram
mantidas em incubadora a 30 o C durante 10 dias.
4.7 - Determinações Analíticas de Parâmetros de Controle
4.7.1 – Manutenção do pH
Para a manutenção do pH, na faixa de 1,8 a 2,2, foi utilizada uma solução estéril
de H2SO4 10N. Para a medição do pH, o eletrodo foi previamente esterilizado (30
minutos de imersão em solução de formaldeído 5% v/v) e, para evitar contaminação das
amostras, as medições foram sempre iniciadas pelas amostras “controle”, ou seja, pelas
amostras que não continham o inóculo microbiano.
4.7.2 – Medição do Potencial Redox – Eh
A medição do potencial redox foi conduzida utilizando-se um eletrodo de platina
e como referência o eletrodo de Ag/AgCl, porém, conduzida com as mesmas precauções
do item anterior quanto a esterilização do eletrodo e a não contaminação das amostras.
A reação entre os sulfetos e os íons férricos, em meio de ácido sulfúrico, foi
acompanhada pelo monitoramento do potencial redox da suspensão desses sulfetos na
42

solução ácida mencionada. A pilha que representa a medida do potencial redox é
mostrada a seguir:
Pt|Fe 3+ ,Fe 2+ ||Cl - ,AgCl|Ag
4.7.3 – Controle da Evaporação
Os erlenmeyers empregados nos testes de biolixiviação foram pesados a cada 3
dias, para o devido controle da evaporação. Quando necessária, a reposição foi feita
com água deionizada estéril.
4.7.4 – Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ )
A análise de Fe 2+ foi conduzida de imediato, ainda no laboratório, onde os
ensaios de biolixiviação foram realizados, para que a amostra não sofresse nenhuma
interferência, já que os íons Fe 2+ são facilmente oxidados a Fe 3+ pelo oxigênio
dissolvido na fase aquosa. As análises foram conduzidas de acordo com os
procedimentos descritos abaixo:
Para análise de Fe 2+ , pipetou-se uma alíquota de 2 mL da amostra e transferiu-se
para um erlenmeyer de 250 mL contendo 1 mL da solução 1:1 de H3PO4 85% p/v :
H2SO4 95–99% p/v, completando o volume, com água destilada, para 50 mL
adicionando-se, em seguida, 8 gotas (0,4 mL) do indicador C24H2OBaN2O6S2
(difenilaminosulfonato de bário) na concentração de 0,3% p/v.
Após o preparo da amostra, a titulação foi realizada utilizando-se solução de K2Cr2O7
(dicromato de potássio) 0,01N e a concentração de Fe 2+ aferida em função do volume
desse agente oxidante utilizado:
– 1mL de K2Cr2O7 0,01N = 0,0005585g de Fe 2+
– 1mL de K2Cr2O7 0,01N = 0,0007185g de FeO
A reação iônica que traduz o processo de oxidação dos íons Fe 2+ a Fe 3+ pelo dicromato
(Cr2O7 2- ) é:
43

2−
2+
+
3+
3+
Cr2O7 + 6 Fe + 14H
⇔ 2Cr
+ 6Fe
+ 7H
2O
4.7.5 – Análises das concentrações de Cu e Fe total
As análises de cobre e ferro total foram realizadas na Coordenação de Análises
Minerais do CETEM – COAM, através da técnica de Espectrometria de Absorção
Atômica com Chama (C2H2).
44
(22)

5 – DISCUSSÃO DE RESULTADOS
5.1 - Caracterização Tecnológica do Concentrado de Flotação
De acordo com a técnica de Espectrometria de Absorção Atômica com Chama
(C2H2), para a verificação do teor de cobre presente no concentrado de flotação, obtevese
o resultado mostrado na tabela 6.
Tabela 6 – Teor de Cu encontrado no concentrado de flotação.
Teor (%) Concentração (g/L)
Cu 37,3 373,3
5.2 - Caracterização Granulométrica do Concentrado de Flotação
A análise granulométrica do concentrado de flotação apresentou o seguinte
resultado:
Tabela 7 - Resultados da análise granulométrica realizada com o concentrado de
flotação.
Intervalo de diâmetro Tamanho Fração ponderal retida
(# - mesh)
(mm)
(%)
150 0,106 10,7
200 0,074 23,0
325 0,043 27,6
> 325 < 0,043 38,7
Analisando a Tabela 7, é possível observar que cerca de 60% das partículas do
concentrado de flotação, encontra-se com granulometria igual ou menor que 325 mesh,
o que torna esse concentrado mais reativo, já que quanto menor a partícula, maior será a
área de contato, favorecendo o processo de biolixiviação.
5.3 - Caracterização Mineralógica do Concentrado de Flotação (Sulfetos de Cobre)
A Figura 10, a seguir, mostra o difratograma correspondente à análise
semiquantitativa das espécies mineralógicas presentes no concentrado de flotação em
estudo.
45

Figura 10 - Difratograma correspondente à análise semiquantitativa das espécies mineralógicas
constituintes do concentrado de flotação. (C=calcopirita; D=dolomita; B=bornita).
De acordo com o difratograma acima é possível observar a presença de bornita,
sendo o constituinte mineralógico majoritário a calcopirita (CuFeS2), sulfeto refratário
aos processos oxidativos, em particular ao processo iniciado por espécies biológicas que
transformam íons ferrosos (Fe 2+ ) em férricos (Fe 3+ ). Esse íon, em presença de íons H +
(pH ácido), age como agente oxidante na abertura dos sulfetos de cobre presentes com
liberação de íons cúpricos para a fase aquosa. Tal fase aquosa é, convencionalmente,
submetida ao processo de extração por solventes, onde ocorre a purificação/remoção de
impurezas metálicas e concentração dos íons cúpricos. A solução resultante desse
processo é encaminhada à etapa de eletrorrecuperação onde se obtém o cobre
eletrolítico. Por outro lado, observa-se a presença de dolomita (CaMg(CO3)2), que é
uma espécie mineralógica utilizada no processo de flotação para ajuste do pH, sendo
bastante reativa na presença de ácidos, em particular do ácido sulfúrico, produzindo gás
carbônico, que atua como fonte de carbono no meio reacional, essencial para a atividade
bacteriana, e sais insolúveis de cálcio e magnésio (CaSO4 e MgSO4).
C
D
B
46

Foi realizada, simultaneamente, uma análise química quantitativa, por
fluorescência de raios-X, dos constituintes metálicos do concentrado em estudo, na
forma de compostos moleculares. A tabela 8, a seguir, mostra os resultados dessa
análise instrumental para uma massa de 100 g desse concentrado.
Tabela 8- Análise química por fluorescência de raios-X dos elementos constituintes do
concentrado de flotação.
Espécie
Química
Teor (%)
MnO 0,03
Cr2O3
0,06
NiO 0,10
TiO2
0,12
K2O 0,13
P2O5
0,28
Na2O 0,30
CaO 1,0
Al2O3
1,7
MgO 4,8
SiO2
11,0
Fe2O3
19,0
SO3
29,0
CuO 32,0
SeO2
0,03
Em consonância com o resultado da análise semiquantitativa, por difração de
raios-X, das espécies mineralógicas constituintes do concentrado de flotação, a análise
por fluorescência de raios-x mostra que o concentrado em estudo contém alto teor em
cobre, elemento de interesse nesse estudo, fato que é corroborado pelo alto teor em
enxofre e ferro, elementos associados aos sulfetos de cobre presentes (calcopirita e
bornita).
47

5.4 – Ensaios de Lixiviação
5.4.1 – Ensaios de Lixiviação Utilizando Água Ácida de Mina como Inóculo
5.4.1.1 - Teste 1: Ensaios com 100 e 500 g/L de Relação sólido-líquido
A biolixiviação do concentrado de flotação, com relação sólido-líquido de 100 e
500 g/L, foi realizada avaliando tempos de reação de 5 e 15 dias em meio de cultura
T&K. Conforme a tabela 9 abaixo, é possível observar que a maior extração de Cu
(15,40%) ocorreu na condição 3. Porém, ao realizar as médias diárias de extração, como
mostrado ainda na tabela 9, podemos observar que o experimento 1 foi mais favorável,
pois apresentou um valor de 2,21% de extração diária, contra 1,02% de extração diária
na condição 3. Um outro fator favorável, no experimento 1, foi o tempo do processo de
lixiviação, que foi de 5 dias, enquanto que o do experimento 3 foi de 15 dias.
Tabela 9 – Resultados referentes, com média diária, à extração de cobre (II) durante o ensaio de
biolixiviação do concentrado de flotação utilizando meio de cultura T&K.
Teste 1 Minério
(g/L)
Tempo Meio T&K Água de
(dias) (mL) Mina (v/v)
Cu Lixívia Extração
(g/L) (%)
Média diária
(%)
1 100 5 45 10% 4,1 11,08 2,21
2 500 5 45 10% 5,5 2,97 0,59
3 100 15 45 10% 5,7 15,40 1,02
4 500 15 45 10% 3,3 1,78 0,11
Como pode ser observado nos resultados apresentados, apesar da refratariedade da
calcopirita, foram obtidas extrações de cobre de até 15%, possivelmente por conta da
maior susceptibilidade da bornita aos processos oxidativos, como referido na literatura.
(Mascarin, 1999)
5.4.1.2 - Teste 2: Ensaio com 100 e 50 g/L de Relação sólido-líquido
Os ensaios do Teste 2 foram realizados utilizando duas concentrações de
concentrado de flotação (100 e 50 g/L), meio de cultura e água de mina em 20 dias de
processo. Na tabela 10, foi feita uma comparação dos resultados de extração de cobre
obtidos durante a lixiviação biológica dos concentrados de flotação, nas condições
especificadas acima.
48

Tabela 10 – Comparação dos resultados de extração de cobre dos ensaios de biolixiviação do
concentrado de flotação de cobre em duas razões sólido-líquido.
100 g/L
Tempo
(% de extração de Cu)
50 g/L
(% de extração de Cu)
1h 7,03 9,19
1 dia 8,65 11,89
2 dias 8,11 11,35
3 dias 10,27 12,97
4 dias 10,81 13,51
5 dias 11,89 14,05
10 dias 15,68 20,54
20 dias 23,24 26,49
É possível observar na tabela 10, acima, que quando da utilização de uma
relação sólido-líquido de 50 g/L, obteve-se melhor extração de cobre do concentrado de
flotação. Tal resultado está relacionado a uma maior quantidade de solução lixiviante
por massa de concentrado, de acordo com Brandl H. (2001), que evidenciou que em
uma menor densidade de polpa (50 g/L), se obtém melhores resultados no processo de
biolixiviação. No gráfico 1, a seguir, é possível observar que embora a relação sólidolíquido
50 g/L tenha apresentado uma extração de cobre 23,66% mais elevada do que a
obtida com a relação sólido-líquido 100 g/L, ocorreu ,em ambos ensaios, uma tendência
crescente de extração ainda mais acentuada a partir dos 5 dias de lixiviação, sendo este
um provável indicativo de que a microbiota presente, tanto na água ácida quanto no
concentrado, tenha se adaptado melhor às condições dos ensaios após esse tempo.
Extração (%)
30
25
20
15
10
5
0
100 g/L
50 g/L
1/2 1 2 3 4 5 10 20
Tempo (dias)
Gráfico 1 – Extração de cobre dos ensaios de biolixiviação do concentrado de flotação,
utilizando relações de 100 g/L e 50 g/L.
49

O ensaio utilizando uma relação sólido-líquido de 100 g/L de concentrado de
flotação foi prolongado por 50 dias, visando avaliar o comportamento cinético do
processo. A tabela 11, a seguir, mostra os resultados da biolixiviação na relação sólidolíquido
de 100 g/L.
Tabela 11 – Resultado da extração de cobre do concentrado de flotação, através da
biolixiviação com uma relação sólido-líquido de 100 g/L.
% de extração
Tempo
de cobre
Conc. de cobre (g/L)
1h 7,03 2,6
1dia 8,65 3,2
2 dias 8,11 3,0
3 dias 10,27 3,8
4 dias 10,81 4,0
5 dias 11,89 4,4
6 dias 5,41 2,0
7 dias 11,62 4,3
10 dias 15,68 5,8
15 dias 17,83 6,6
20 dias 23,24 8,6
30 dias 23,24 8,6
40 dias 29,73 11,0
50 dias 31,89 11,8
De acordo com os resultados descritos na tabela 11 acima, podemos observar
que houve um acréscimo na concentração do cobre solubilizado no transcurso de 50
dias, observando uma tendência de estabilização no quadragésimo dia.
Partindo da premissa que ocorre a presença de microrganismos na água ácida de
mina, da espécie A. ferrooxidans, buscou-se a comprovação da participação das
mesmas. Para isso foi realizado outro ensaio em paralelo ao ensaio supracitado,
referente a uma lixiviação química (“controle”), ou seja, sem o uso de água de mina,
que conteria as bactérias responsáveis pelo incremento da biolixiviação. Tais resultados
podem ser observados no gráfico 2 abaixo.
50

Remoção (%)
35
30
25
20
15
10
5
0
Biológico
Químico
1 10 20 30 40 50
Tempo (dias)
Gráfico 2 – Comparação entre a lixiviação química e biológica do concentrado de flotação, com
uma concentração de 100 g/L deste material.
Conforme observado no gráfico 2, o emprego da água de mina contribuiu para a
lixiviação do concentrado, uma vez que obtivemos um incremento na extração de cobre
6 vezes maior do que quando a amostra foi testada/oxidada sem a água de mina (ensaio
químico), possivelmente pela presença de microrganismos na mesma.
A figura 11, a seguir, mostra, para efeito comparativo, aspectos superficiais de
uma amostra de calcopirita antes e após submetê-la ao processo de lixiviação, visto que
neste processo foi utilizada água de mina, que provavelmente apresentava bactéria da
espécie A. ferrooxidans. Não foi possível afirmar a presença do microrganismo devido a
dificuldade de quantificá-lo na água ácida de mina. Como pode ser observada nessa
figura, a superfície da amostra lixiviada, utilizando meio de cultura T&K e água de
mina, se apresenta bem atacada, o que evidencia a lixiviação superficial da calcopirita.
51

Antes da Lixiviação
52
Após Lixiviação
Figura 11 - Aspecto superficial de uma amostra de calcopirita antes e após ser submetida ao
processo de lixiviação bacteriana (Aumento – 500 x).
5.4.1.3 - Teste 3: Ensaios de Lixiviação Ácida (pH = 1,8, ajustado com solução de
H2SO4 10N )
É possível observar na tabela 12 que houve uma queda na extração de Cu após o
quarto dia. Tal resultado pode estar associado ao consumo do ácido pela formação de
hidróxidos.
Tabela 12 – Porcentagem de solubilização de cobre de concentrado de flotação por lixiviação
ácida (H2SO4 – pH=1,8) com relação sólido/líquido de 50 g/L.
Tempo (% de extração de Cu)
1h 5,95
1dia 5,95
2 dias 5,95
3 dias 6,49
4 dias 10,27
5 dias 5,35
10 dias 0,01
O gráfico 3, abaixo, mostra a curva de extração de Cu no ensaio supracitado.

Extração (%)
12
10
8
6
4
2
0
Cu
0 1 2 3 4 5 10
Tempo (dias)
Gráfico 3 – Curva do comportamento da solubilização de cobre no ensaio de lixiviação ácida
do concentrado de flotação, em razão sólido-líquido = 50 g/L.
Com os resultados do ensaio de lixiviação com ácido, foi possível observar a
necessidade da manutenção da concentração de ácido sulfúrico livre. Para confirmar tal
fato, foi realizado, então, o experimento a seguir.
Na tabela 13, foi feita uma comparação da porcentagem de extração do cobre,
durante a biolixiviação, onde foi utilizada água ácida de mina, e da lixiviação química
(controle), sem o uso dessa água de mina, numa relação sólido-líquido de 50 g/L de
concentrado de flotação, com 10 dias de lixiviação com a lixiviação ácida sem ajuste de
pH. É possível supor a ocorrência e atividade microbiana, visto que com a biolixiviação
a extração de cobre duplicou quando comparada à obtida com a lixiviação química.
Tabela 13 – Comparação entre os resultados de extração de cobre, em porcentagem, por
diferentes tipo de lixiviação do concentrado de flotação de sulfeto de cobre na razão sólidolíquido
de 50 g/L.
Tempo
Químico
Biológico
Ácido - Teste 3
(sem água ác. de mina) (com água ác. de mina) (água acidificada com H2SO4)
1h 6,49 9,19 5,95
1 dia 8,11 11,89 5,95
2 dias 9,73 11,35 5,95
3 dias 9,19 12,97 6,49
4 dias 10,27 13,51 10,27
5 dias 9,73 14,05 5,35
10 dias 10,81 20,54 0,01
53

Extração (%)
25
20
15
10
5
0
Quimico
Biológico
Ácido
1/2 1 2 3 4 5 10
Tempo (dias)
Gráfico 4 – Comparação entre os resultados de solubilização de cobre, por meio de diferentes
tipo de lixiviação do concentrado de flotação de sulfeto de cobre na relação sólido-líquido
de 50 g/L.
5.4.1.4 - Teste 4: Ensaio de Lixiviação Ácida com Manutenção Diária de pH (1,8)
Neste teste, foi realizada uma lixiviação utilizando o concentrado de flotação (na
relação sólido-líquido de 50 g/L) e água acidificada e ajuste de pH em 1,8.
Nos primeiros 5 dias, o pH das lixívias encontrava-se em torno de 4,5, apesar do
controle diário, mostrando, assim, o consumo de ácido durante o processo de oxidação
da calcopirita. Na tabela 14 pode-se observar a porcentagem de extração de Cu no
ensaio ácido com manutenção do pH na faixa de 1,8 a 2,2.
O gráfico 5 refere-se a um teste de lixiviação ácida, realizado por 10 dias,
mostrando a importância do monitoramento e ajuste do pH, quando comparado com o
ensaio sem o controle desse parâmetro. É possível confirmar que ocorreu uma queda na
extração de cobre a partir de 96 horas (4 dias), sem controle de pH, podendo também ser
observado, na mesma curva, que a máxima extração de cobre, nessa condição, foi de
cerca de 10% (1,9 g/L de Cu na relação sólido-líquido de 50 g/L). Diferentemente, no
teste com controle do pH em que se observa uma extração crescente, atingindo em 240
horas (10 dias) uma extração equivalente a 18% (3,4 g/L de Cu na relação sólidolíquido
de 100 g/L), ou seja, 55% maior do que a alcançada no teste sem o controle de
pH.
54

Foi observado, durante os ensaios, que a queda na extração de cobre, no teste
realizado sem o ajuste do pH, ocorreu quando o mesmo se encontrava na faixa de 4,5 a
5,0.
Tabela 14 – Resultado da porcentagem de extração de cobre durante a lixiviação ácida do
concentrado de flotação, na relação sólido-líquido de 50 g/L, com manutenção diária de pH.
Extração de Cu (%)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Manutenção diária de pH
Tempo
Cu
(%)
Cu
(g/L)
1 dia 5,95 1.1
5 dias 9,73 1.8
6 dias 12,97 2.4
7 dias 15,14 2.8
8dias 16,76 3.1
9 dias 16,76 3.1
10 dias 18,38 3.4
11 dias 18,92 3.5
12 dias 18,38 3.4
13 dias 18,92 3.5
14 dias 19,46 3.6
15 dias 18,92 3.5
Sem controle do pH
Com controle do pH
1/2 1 2 3 4 5 10
Tempo (dias)
Gráfico 5 - Curva de comparação da extração de cobre no ensaio de lixiviação ácida do
concentrado de flotação, 50 g/L, com e sem ajuste do pH.
55

5.4.1.5 - Teste 5: Ensaio de Lixiviação Seqüencial
No Teste 5, foram utilizadas duas relações sólido-líquido (100 g/L e 50 g/L),
água de mina e meio de cultura T&K. Tal processo transcorreu durante 20 dias, dividido
em duas etapas por causa da mudança para novo meio de cultura após o décimo dia.
Vale salientar que a amostra de concentrado utilizada nos 20 dias de experimento foi a
mesma, sendo o sistema apenas filtrado para a sua reutilização.
Observando os resultados na tabela 15, obtidos com os meios reacionais nas
relações sólido-líquido de 100 g/L e 50 g/L de concentrado de flotação, e a renovação
do agente lixiviante após o transcurso de 10 dias, podemos constatar que houve
continuidade da atividade microbiana.
Para verificar a eficiência deste método, foi feita uma comparação com outros
resultados obtidos anteriormente, relatados no teste 2, com os mesmos parâmetros:
Tabela 15 – Renovação do agente lixiviante após o transcurso de 10 dias e comparação com
testes realizados anteriormente com os mesmos parâmetros.
Relação
sólido-líquido
(minério - meio T&K)
g/L
% Extração
parcial de Cu
nos 1 os 10 dias
Conc.
parcial
Cu (g/L)
10 dias
% Extração
parcial de Cu
nos 10 últimos
dias
Conc.
parcial
Cu (g/L)
+ 10 dias
100 14,05 5,20 4,43 1,63
50 17,03 3,14 5,05 0,93
% Extração
total de Cu
20 dias
18,43
(14,05 + 4,43)
22,08
(17,03 + 5,05)
56
% de Extração
de Cu em ensaios
anteriores
23,24
(Teste 2)
26,49
(Teste 2)
De acordo com os dados da tabela 15, acima, é possível observar, na relação
sólido-líquido de 100 g/L, que a renovação do agente lixiviante não foi muito eficiente.
Isto pôde ser confirmado observando os resultados de ensaios anteriores (teste 2), onde
a porcentagem de extração de Cu do concentrado de flotação, sem renovação de lixívia,
foi superior, ou seja, não havendo a necessidade de uma renovação do agente lixiviante,
já que no Testes 2, a lixiviação não foi interrompida, ocorrendo durante os 20 dias
seguidos. O mesmo pode ser observado no teste realizado com relação sólido-líquido de
50 g/L, onde em testes realizados anteriormente, sem renovação da lixívia, a
porcentagem de extração do Cu foi superior (26,49%).

5.4.1.6 - Teste 6: Ensaios de Reutilização da Lixívia em Nova Amostra de Concentrado
A reutilização da lixívia ocorreu utilizando as mesmas relações sólido-líquido do
teste anterior (100 g/L e 50 g/L), meio de cultura T&K e água ácida de mina, sendo esse
ensaio conduzido até o vigésimo dia.
Analisando a tabela 16, é possível observar que as lixívias de ambos os testes
realizados, obtidas após 10 dias de ensaio, ainda mantêm suas propriedades lixiviantes,
sendo possível reutilizá-las em novas amostras de concentrado de flotação por mais 10
dias. Assim, podemos inferir que é plausível sua reutilização no processo contínuo em
colunas.
Tabela 16 – Resultado do ensaio de reutilização da lixívia para um novo ensaio de
biolixiviação.
Relação sólido-líquido
(minério - meio T&K)
g/L
Conc. Cu % Conc. Cu (g/L) % Extração
(g/L) 10 dias Extração + 10 dias total de Cu
(200 mL) de Cu (100 mL) 20 dias
% Extração de Cu
no 2º Tratamento
100 5,0 13,51 6,8 18,38 18,38 – 13,51 = 4,87
50 2,4 14,59 4,6 24,86 24,86 – 14,59 = 10,27
Na última coluna da tabela 16, pode-se observar a porcentagem de extração de
cobre, após o segundo tratamento, ou seja, a lixívia manteve suas propriedades
lixiviantes. Tal processo está evidenciado ao avaliar os resultados obtidos nas colunas 3
e 5 desta tabela, onde, na coluna 3, observa-se o resultado dos primeiros 10 dias de
lixiviação e na coluna 5 o resultado total dos 20 dias de lixiviação. Portanto, fazendo
uma subtração dos valores da coluna 5 com os valores da coluna 3, se obtém a
porcentagem de extração de cobre atingida no segundo tratamento (coluna 6).
5.4.1.7 - Ensaios de Biolixiviação com Monitoramento das Variáveis do Processo
Esse monitoramento foi conduzido nos ensaios ensaios 7, 8, 9 e 10.
5.4.1.7.1 – Manutenção do pH
Todos os ensaios realizados iniciaram com pH=1,8, visto que este é o pH do
meio de cultura utilizado para o processo de lixiviação. Na tabela 17 estão indicados os
valores inicialmente detectados, ou seja, antes do ajuste com H2SO4.
57

Observa-se que nos 3 primeiros dias ocorre uma elevação do pH (3,0 entre 4,3)
mais evidente nos ensaios do teste 7, porém nos ensaios onde foi utilizado o meio T&K
oxidado previamente (testes 9 e 10) essa elevação é menos acentuada (2,6 – 2,8).
Tabela 17 – Média do pH inicial em cada amostra antes do ajuste do mesmo na faixa de 1,8 –
2,0.
Testes
1 3 6 7 9 13 15 20
Dias
23 26 29 33 36 39 46 49 60
Sol.A (T&K)+Inóculo
Teste 7
Sol.A (T&K)+Conc
4,16 3,05 2,41 2,43 2,04 2,04 2,17 2,30 2,13 2,19 2,13 2,09 2,04 2,25 2,91 2,23 3,20
4,37 3,04 2,44 2,63 2,10 2,10 2,21 2,19 2,12 2,15 2,22 2,07 2,10 2,20 2,20 1,94 3,42
T&K+Inóculo
Teste 8
T&K+Conc
3,08 2,93 2,69 2,60 2,19 2,19 2,43 2,27 2,27 2,20 2,28 2,18 2,16 2,53 2,56 2,10 2,61
3,04 2,91 2,68 2,51 2,25 2,25 2,25 2,24 2,23 2,29 2,22 2,19 2,14 2,31 2,30 2,05 2,49
Teste 9 Cultivo oxidado+Conc 2,44 2,81 2,84 2,61 2,35 2,35 2,39 2,22 2,32 2,29 2,31 2,25 2,21 2,44 2,01 1,98 2,33
Teste 10 Cultivo Estéril+Conc 2,67 2,84 2,79 2,60 2,31 2,31 2,37 2,23 2,29 2,27 2,29 2,23 2,19 2,42 2,11 2,00 2,38
É possível avaliar que todos os ensaios não apresentam diferença significativa
entre os ensaios inoculados com água ácida de mina e seus respectivos controles.
5.4.1.7.2 – Medição do Potencial Redox – Eh
A evolução do monitoramento do potencial redox pode ser observada no gráfico
6 abaixo, onde se pode concluir que não houve diferença significativa entre os ensaios
inoculados e seus respectivos controles.
Eh (mv vs (EPH)
800
750
700
650
600
550
500
Sol.A (T&K)+Inoculo
Sol.A (T&K)+Conc
T&K+Inoculo
T&K+Conc
Cultivo Estéril+Conc
Cultivo oxidado+Conc
1 9 19 29 39 49 60
Tempo (dias)
Gráfico 6 – Leitura do potencial redox em mV vs. EPH, dos ensaios referentes ao item 4.4.
58

Tabela 18 – Média da leitura do potencial redox, em mV vs. EPH, realizadas nas amostras dos
ensaios de lixiviação utilizando água ácida de mina como inóculo.
Testes
1 3 7 9 15
Dias
19 23 29 36 39 49 60
Sol.A (T&K)+Inóculo 559,6 557,2 572,9 572,6 570,75 573,2 580,7 579,05 595,7 609,75 605,85 727,75
Sol.A (T&K)+Conc 546,75 565,45 579,15 577,5 574,9 579,7 583,5 580,5 593,7 592,4 593,3 767
T&K+Inóculo 541,2 565,1 589,75 590,3 592 591,8 595,45 595,45 601,8 606,4 602,5 620,85
T&K+Conc 535 565,45 590,9 593,4 590,75 590,7 597,05 591,6 594,5 601,2 600,25 616,5
Cultivo Estéril+Conc 537,1 548,4 560,2 581,2 591,2 585,7 589,3 590,9 604 609,5 605,1 609
Cultivo oxidado+Conc 537,9 545,8 555 591 588,3 587,5 589,4 593,3 602 598,8 607,4 610
Observando o gráfico 6 nota-se que por volta do quadragésimo nono dia, o
potencial redox do teste 7 (Solução A do meio T&K) aumentou consideravelmente em
relação aos outros testes. Esta elevação pode estar associada à ausência de íons ferrosos
(Fe 2+ ) no sistema.
5.4.1.7.3 – Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ )
Assim como nos resultados referentes ao potencial redox (Item 5.4.1.7.2), os
resultados da concentração de Fe 2+ não evidenciam que a oxidação do concentrado de
flotação seja devido à atuação dos microrganismos, como mostra o gráfico 7, a seguir.
g/L
6
5
4
3
2
1
0
Sol.A (T&K)+Inoculo
Sol.A (T&K)+Conc
T&K+Inoculo
T&K+Conc
Cultivo Estéril+Conc
Cultivo oxidado+Conc
1 9 20 30 41 46 60
Tempo (h)
Gráfico 7 – Concentração de Fe 2+ , em g/L, obtida a partir da lixiviação do concentrado de
flotação com água ácida de mina.
59

Tabela 19 – Média da concentração de Fe 2+ , em g/L, nas lixívias obtidas a partir da lixiviação
do concentrado de flotação utilizando água ácida de mina como inóculo.
Testes
Dias
60
1/24 1 3 9 15 20 25 30 35 41 46 60
Sol.A (T&K)+Inóculo 0,21 0,13 0,28 0,38 0,38 0,42 0,29 0,60 0,32 0,35 0,37 0,40
Teste 7 Sol.A (T&K)+Conc 0,19 0,03 0,19 0,33 0,30 0,25 0,22 0,35 0,25 0,38 0,41 0,11
T&K+Inóculo 5,01 4,82 4,59 4,89 4,69 4,72 4,70 4,66 3,90 4,01 3,54 2,62
Teste 8 T&K+Conc 5,57 5,06 4,85 5,07 4,68 4,82 4,76 4,74 4,58 4,76 4,31 2,78
Teste 9 Cultivo oxidado+Conc 4,77 4,10 4,35 3,73 4,32 4,17 4,48 4,65 3,71 3,84 3,52 3,25
Teste 10 Cultivo Estéril+Conc 4,88 4,35 4,63 4,06 4,32 4,14 4,32 4,76 3,67 3,73 3,00 2,80
Com auxílio da tabela 19, observa-se que nos testes 8, 9 e 10 ocorre uma queda
na concentração de Fe 2+ a partir do trigésimo dia, o que mostra a oxidação dos sulfetos
em questão.
5.4.1.7.4 – Análise da concentração de Ferro Total
O gráfico 8 mostra os resultados obtidos na determinação de Ferro total, onde
observa-se que a concentração desse elemento manteve-se baixa nos ensaios referentes
ao teste 7, porém nos demais ensaios esta concentração manteve-se constante, o que era
esperado.
g/L
6
5
4
3
2
1
0
Sol.A (T&K)+Inoculo
Sol.A (T&K)+Conc
T&K+Inoculo
T&K+Conc
Cultivo Estéril+Conc
Cultivo oxidado+Conc
1 9 20 30 41 51 60
Tempo (dias)
Gráfico 8 – Concentração de Fe total, em g/L, obtida na lixiviação do concentrado de flotação
com a utilização da água ácida de mina como inóculo.

Tabela 20 – Média da Concentração de Fe total, em g/L, obtida na lixiviação do concentrado de
flotação com a utilização da água ácida de mina como inóculo.
Testes
1/24 1 3 9 15
Dias
20 25 30 35 41 46 60
Sol.A (T&K)+Inóculo
Teste 7
0,21 0,13 0,28 0,38 0,38 0,42 0,29 0,60 0,32 0,35 0,37 0,40
Sol.A (T&K)+Conc 0,19 0,03 0,19 0,33 0,30 0,25 0,22 0,35 0,25 0,38 0,41 0,11
T&K+Inóculo
Teste 8
5,01 4,82 4,59 4,89 4,69 4,72 4,70 4,66 3,90 4,01 3,54 2,62
T&K+Conc 5,57 5,06 4,85 5,07 4,68 4,82 4,76 4,74 4,58 4,76 4,31 2,78
Teste 9 Cultivo oxidado+Conc 4,77 4,10 4,35 3,73 4,32 4,17 4,27 4,65 4,20 3,60 3,52 3,25
Teste 10 Cultivo Estéril+Conc 4,88 4,35 4,63 4,06 4,32 4,14 4,20 4,76 4,60 4,42 3,00 2,80
5.4.1.7.5 – Análise da concentração de Cu
Através da análise por espectrometria de absorção atômica, foi determinada a
concentração de cobre nas lixívias dos ensaios. Avaliando o gráfico 9, a seguir, pode-se
observar que não se obteve resultados com diferenças significativas entre os ensaios
inoculados e seus respectivos controles durante todo o processo de lixiviação e sim uma
ligeira melhora na eficiência quando a água ácida de mina foi utilizada.
Cu(%)
70
60
50
40
30
20
10
0
Sol.A (T&K)+Inoculo
Sol.A (T&K)+Conc
T&K+Inoculo
T&K+Conc
Cultivo Estéril+Conc
Cultivo oxidado+Conc
1 9 20 30 41 51 60
Tempo (dias)
Gráfico 9 – Porcentagem de extração de cobre, durante o processo de lixiviação com utilização
de água ácida de mina como inóculo.
61

Tabela 21 – Médias das concentrações de cobre, em g/L, nas lixívias obtidas durante o processo
de lixiviação com a utilização de água ácida de mina.
Testes
1/24 1 3 9 15
Dias
20 24 30 35 41 51 60
Sol.A (T&K)+Inóculo
Teste 7
0,60 0,56 0,24 3,26 3,51 3,49 3,19 3,35 3,56 3,99 7,58 12,50
Sol.A (T&K)+Conc 0,67 0,58 0,19 3,27 3,59 3,71 3,11 3,38 3,52 3,52 4,34 9,67
T&K+Inóculo
Teste 8
1,51 2,20 5,01 3,48 4,02 4,38 4,07 4,23 4,74 4,96 5,61 8,41
T&K+Conc 1,57 2,32 5,02 3,58 3,97 4,35 3,95 4,08 4,56 4,29 4,68 6,96
Teste 9 Cultivo oxidado+Conc 1,53 2,01 2,23 2,64 3,05 3,67 4,12 4,47 3,84 4,21 5,81 6,22
Teste
Cultivo Estéril+Conc
10
1,61 2,12 2,30 2,88 3,28 3,74 4,23 4,52 4,09 5,36 7,21 7,30
A tabela 21 mostra as concentrações de cobre na lixívia do processo de
biolixiviação, em g/L, onde é possível observar que o teste 7 apresentou maior extração
de cobre no sexagésimo dia, com cerca de 12 g/L em cobre. Porém, os demais ensaios
apresentaram valores de extração de cobre muito próximos durante todo o processo, não
evidenciando a eficiência do uso da água ácida de mina como inóculo microbiano.
Possivelmente nos ensaios descritos a partir do ítem 4.4.7.1, a presença de
biomassa responsável pela lixiviação, na água ácida de mina, era muito baixa para
permitir uma resposta mais efetiva que o sistema não “inoculado”.
5.5 – Ensaios de Biolixiviação Utilizando Linhagem Pura de A. ferrooxidans
5.5.1 – Resultados da Respirometria
A utilização dos sulfetos de cobre, calcopirita e bornita, como substratos
oxidáveis por A. ferroxidans, foi investigada, preliminarmente, através de ensaios de
respirometria, utilizando suspensão de células em repouso, ou seja, células que por
limitação de CO2, não estavam em divisão.
62

Teste 1: Concentrado de flotação em água acidificada (pH 1,8);
Observando o gráfico 10, obtido a partir da realização do teste 1, pode-se
concluir que o sistema sugerido (concentrado de flotação + água acidificada) não foi
favorável ao metabolismo bacteriano, visto que, quando avaliado o consumo de
oxigênio percebeu-se que a oxidação bacteriana ocorreu de forma lenta. Tal fato deve-se
ao aumento do consumo de ácido, que acarretou elevação do pH para 4,5.
Consumo de oxigênio
µL
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Respirometria - Conc. de Flotação + Água ácida
0 20 40 60 80 100 120 140
Tempo (min)
inoc(1)
inoc(2)
Cont(1,2)
Gráfico 10 – Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria utilizando
concentrado de flotação e água acidificada (pH=1,8)
Teste 2: Concentrado de flotação em tampão glicina (ácido aminoetanoico –
COOHCH2NH2) ;
Tomando como base o resultado do Teste 1, onde o sistema proporcionou
elevação do pH, procurou-se uma alternativa para a estabilização do mesmo. Sendo
assim, no ensaio do Teste 2, o concentrado de flotação foi utilizado em solução de
tampão glicina, garantindo a estabilização do pH em 1,8, sendo este o pH ótimo para o
metabolismo microbiano. Além da sua capacidade tamponante, pode-se verificar que a
glicina não inibiu a atividade bacteriana.
63

Consumo de Oxigênio
(µL)
700
600
500
400
300
200
100
0
Respirometria - Concentrado de flotação + Tampão
Glicina
0 15 30 45 60 75 90 105
Tempo (min)
inoc(1)
inoc(2)
Cont(1,2)
Gráfico 11 – Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria utilizando
concentrado de flotação e tampão glicina.
O gráfico 11 mostra que o sistema proposto (concentrado de flotação em tampão
glicina) foi favorável à oxidação bacteriana, visto que o consumo de oxigênio foi levado
até um valor de aproximadamente 600 µL, enquanto o controle manteve-se constante.
Ao final do ensaio o pH da solução era de 2,2.
Teste 3: Concentrado de flotação modificado em contato com água acidificada
(pH 1,8).
Analisando o gráfico 12, é possível observar um consumo de oxigênio,
evidenciando a oxidação bacteriana. Porém, quando comparado com o gráfico 11, notase
que o consumo de oxigênio foi inferior ao resultado anteriormente obtido. Este fato
deve-se ao aumento do pH do sistema, que foi verificado, ao final do ensaio, estar em
4,5.
64

Consumo de oxigênio (µL)
250
200
150
100
50
0
0 15 30 45 60 75 90 105 120
Tempo (min)
65
Inóculo 1
Inóculo 2
Controle 1/2
Gráfico 12 – Curva de consumo de oxigênio durante o ensaio de respirometria utilizando
concentrado de flotação modificado (tratamento da suspensão para estabilização do pH em 1,8 e
água acidificada - pH=1,8).
5.5.2 – Manutenção do pH
O pH inicial do processo foi 1,8, visto que este é o valor de pH do meio de
cultura utilizado. Porém a tabela abaixo mostra os valores de pH verificados antes do
ajuste do mesmo.
A tabela 22 mostra a média dos valores de pH de cada uma das amostras dos
quatro ensaios propostos. Cada medição foi obtida a partir de amostras ajustadas na
faixa de 1,8 a 2,1, após intervalos de tempos variáveis, como mostrados na tabela
abaixo:
Tabela 22: Média do pH inicial em cada amostra antes do ajuste do mesmo na faixa de 1,8 a
2,0.
Dias
Teste
1 3 4 7 9 16 18 21 24 35 39 47 62
Teste Sol. A + Ino + Conc 4,01 3,71 3,45 3,31 2,06 2,22 2,08 2,27 2,89 3,19 2,69 2,56 2,20
11
Sol. A + Conc 4,22 4,54 3,32 3,21 2,27 2,15 2,24 1,47 1,31 2,13 1,84 1,90 2,29
Teste T&K + Ino + Conc 3,27 2,56 2,84 2,85 2,25 2,28 2,17 2,43 2,33 2,67 2,59 2,57 2,49
12 T&K + Conc 3,33 2,57 2,85 2,93 2,41 2,26 2,20 2,33 2,13 2,54 2,41 2,69 2,60
Teste
13
T&K Ino + Conc 2,73 2,51 2,73 2,66 2,42 2,56 2,46 2,51 2,11 2,32 2,15 2,18 2,2
Teste
14
T&K Oxid. + Conc 2,84 2,56 2,65 2,69 2,42 2,35 2,34 2,41 2,22 2,65 2,39 2,44 2,51

É possível avaliar que, nos primeiros dias de ensaio, o pH do testes 11 e 12
sofreu um acréscimo significativo, evidenciando a importância de realizar a manutenção
deste de maneira intensa nas primeiras horas após o início do teste.
Entretanto, a partir do 9° dia de lixiviação pode-se constatar que houve uma
estabilização do pH, preferencialmente no Teste 11, visto que o mesmo encontra-se na
faixa 2,2. Isto ocorreu devido ao consumo de ácido que não está mais tão evidente
quanto no início do processo. Nos resultados do Teste 11 (controle), foi, ainda,
observada uma queda no pH a partir do 21º, o que pode estar relacionado a uma
possível contaminação do sistema ou ainda, uma diminuição na velocidade de reação.
Tal afirmação pode ser avaliada ao se observar os valores de potencial e outros
parâmetros que serão apresentados adiante.
5.5.3 – Medição do Potencial Redox – Eh
O monitoramento do potencial redox foi realizado e sua evolução pode ser
observada no gráfico 13 abaixo. É possível constatar, no gráfico 13, que no Teste 13,
onde o meio T&K é inoculado e completamente oxidado, ocorre uma maior elevação do
Eh em menor tempo, atingindo valores entre 770 e 800mV vs EPH; sendo o Teste 13 o
mais beneficiado com a adição celular.
66

Eh (mv vs EPH)
850
800
750
700
650
600
550
500
Sol. A + Ino + Conc
Sol. A + Conc
T&K + Ino + Conc
T&K + Conc
T&K Oxid. + Conc
T&K Inoculado + Conc
1 9 21 35 39 47 62
Tempo (dias)
Gráfico 13 – Leitura do potencial redox em mV vs. EPH.
Tabela 23 – Média da leitura do potencial redox, em mV vs. EPH, realizada em todas as
amostras dos ensaios de lixiviação.
Testes
1 3 4 7 9 16
Dias
21 24 35 39 47 62
Teste Sol. A + Ino + Conc 549,0 558,5 554,0 558,5 569,6 573,5 587,7 626,2 691,8 763,7 811,0 811,0
11 Sol. A + Conc 546,0 542,7 559,6 558,9 565,9 569,5 579,3 580,3 684,6 756,7 810,5 810,5
Teste T&K + Ino + Conc 540,0 552,6 556,8 567,7 582,6 589,8 610,3 712,0 688,8 707,6 728,0 728,0
12 T&K + Conc 535,0 556,9 554,9 564,5 579,1 588,0 599,1 594,5 646,4 666,4 602,0 602,0
Teste
13
T&K Ino + Conc 562,0 566,2 572,5 579,3 587,2 606,0 638,2 784,3 760,8 772,0 790,7 790,7
Teste
14
T&K Oxid. + Conc 556,0 560,9 568,2 576,3 585,4 591,3 600,8 594,1 593,1 595,3 594,3 594,3
Avaliando a tabela 23, observa-se que a partir do vigésimo quarto dia de
lixiviação, ocorre um aumento significativo no potencial redox no teste 13,
evidenciando, assim, um aumento considerável no processo oxidativo. Pode-se concluir
que, a partir desse período, o processo oxidativo esteja ocorrendo de forma mais intensa,
provavelmente, devido à aclimatação dos microrganismos. É possível também averiguar
a diferença do valor do potencial redox nos sistemas inoculados e em seus respectivos
controles.
67

Porém, os valores referentes ao controle do Teste 11, a partir do 35º dia, estão
próximos aos valores do ensaio inoculado. Tal observação pode estar relacionada a uma
possível contaminação do sistema, assim como foi mencionado, anteriormente, quando
avaliados os valores de pH. Avaliando também os resultados do Teste 13, observa-se
que este é o que apresenta maior potencial redox. Este resultado é esperado, já que o
mesmo contém uma maior densidade de microrganismos e maior concentração de íons
férricos (Fe +3 ). Esses potenciais registrados foram bem inferiores àqueles mantidos
pelas bactérias no sistema reacional. É necessário determinar a velocidade da lixiviação
química dos sulfetos em estudo em potenciais similares àqueles dos processos bioassistidos
para concluir que a bactéria não causa diretamente um aumento na velocidade
de lixiviação, mas que a velocidade é uma função do potencial redox, o qual é mantido
pela ação bacteriana.
5.5.4 – Análise da Concentração de Íons Ferrosos (Fe 2+ )
O mecanismo de oxidação do íon ferroso (Fe 2+ ) por A. ferrooxidans tem sido
muito estudado (Daud & Karamanev, 2006; Sasaki & Konno, 2000; Mascarin, 1999). A
estequiometria da reação de oxidação dos íons ferrosos (Fe 2+ ), pela bactéria descrita
acima, pode ser observada na equação a seguir:
A.
ferrooxidans
4 FeSO + O + 2H
SO ⎯⎯⎯⎯
⎯ →2Fe
( SO ) + 2H
O
(23)
4
2
2
4
2
Além do Fe 2+ , a espécie bacteriana oxida, ainda, formas reduzidas de enxofre
para produção de energia.
2S o + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 (24)
Segundo a reação abaixo, a bactéria gera, através de um mecanismo indireto, um
lixiviante que oxida quimicamente o sulfeto mineral.
MeS + Fe2(SO4)3 → MeSO4 + FeSO4 + S o (25)
4
3
2
68

Os íons ferrosos e o enxofre elementar produzidos, segundo a reação acima,
serão oxidados pelas bactérias a íon férrico e ácido sulfúrico, respectivamente, e
participarão novamente do processo de oxidação dos sulfetos minerais.
Neste mecanismo indireto, a bactéria não necessita estar em contato com a
superfície do mineral. Esta tem somente uma função catalítica, uma vez que as reações
(14) e (15) são muito lentas na ausência de bactérias.
A tabela 24 mostra os resultados obtidos a partir da titulação da lixívia para a
determinação da concentração de Fe 2+ , em g/L.
Testes
Tabela 24 – Concentração de Fe (II), em g/L, nas lixívias obtidas nas biolixiviações.
Dias
1h 1 3 7 9 17 25 35 39 46 62
Teste Sol. A + Ino + Conc 0,151 0,207 0,035 0,410 0,732 0,767 0,130 0,145 0,000 0,065 0,052
11 Sol. A + Conc 0,165 0,203 0,037 0,123 0,249 0,310 0,511 0,000 0,000 0,302 0,203
Teste T&K + Ino + Conc 6,029 5,412 4,560 4,462 4,507 3,999 0,165 0,105 0,092 0,137 0,154
12 T&K + Conc 6.079 5.563 4.778 4.452 4,584 3,958 4,453 3,498 3,023 3,171 3,321
Teste
13
Teste
14
T&K Ino + Conc 3,898 3,926 3,842 4,029 4,087 3,310 0,053 0,079 0,140 0,046 0,057
T&K Oxid. + Conc 4,295 4,329 3,967 4,277 4,338 4,188 4,360 4,784 4,395 4,413 4,427
Avaliando o gráfico 14 é possível observar que no Teste 12 (inoculado) e no
Teste 13, ocorre uma queda na concentração de íon ferroso. Este resultado já era
esperado, visto que as bactérias presentes no sistema estão atuando sobre o concentrado
de flotação e auxiliando na oxidação do íon ferroso a férrico. Porém, não era esperada
tal queda na concentração de Fe 2+ com relação aos resultados do Teste 11 (controle),
quando, a partir do 25º dia, ocorre um significativo acréscimo desta concentração,
acompanhado de uma queda na concentração superior em comparação ao mesmo teste
inoculado. Podendo assim configurar uma possível contaminação do sistema durante o
processo.
Pode-se observar, também, que nos ensaios controles, a concentração de Fe 2+
manteve-se pouco alterada, porém no controle do Teste 12 e Teste 14, ambos sem
inóculo microbiano e com o meio de cultura T&K completo (com Fe 2+ ), a concentração
69

de Fe 2+ foi a maior obtida ao final do processo de biolixiviação, cerca de 3 e 4 g/L,
respectivamente.
Fe(II) g/L
6
5
4
3
2
1
0
Sol. A + Ino + Conc
Sol. A + Conc
T&K + Ino + Conc
T&K + Conc
T&K Oxid. + Conc
T&K Inoculado + Conc
1 9 17 25 39 46 62
Tempo (dias)
Gráfico 14 – Concentração de Fe (II), em g/L, obtida a partir da lixiviação do concentrado de
flotação.
5.5.5 – Análise da Concentração de Ferro Total
A tabela 25 mostra os resultados obtidos na determinação de Ferro total, por
espectrometria de absorção atômica, para que, a partir desta, a concentração de Fe 3+ seja
determinada.
Tabela 25 - Concentração de Fe total, em g/L, na lixívia obtida a partir do processo de
lixiviação.
Teste 11
Testes
70
1 3 7
Dias
9 17 25 35 39
Sol. A + Ino + Conc 0,18 0,03 0,41 0,73 0,77 0,69 0,15 0,17
Sol. A + Conc 7,82 11,57 0,12 0,42 0,31 0,51 0,01 0,14
T&K + Ino + Conc 5,91 4,58 4,58 4,69 4,54 4,05 3,12 2,48
Teste 12 T&K + Conc 9,71 4,78 4,45 4,59 4,56 4,45 3,93 3,99
Teste 13 T&K Inoculado + Conc 4,26 3,84 4,05 4,30 4,09 3,66 3,59 1,99
Teste 14 T&K Oxid. + Conc 4,70 4,23 4,30 4,53 4,60 4,75 4,78 4,79
O gráfico 15 mostra a variação da concentração de Fe total, em g/L, na lixívia,
onde é possível observar que nas amostras referentes ao Teste 11, sem a adição da

solução B do meio de cultura T&K – Fe 2+ , a concentração de Fe total manteve-se baixa,
porém nos demais ensaios, a concentração deste íon apresentou-se mais elevada, com
queda nos últimos dias do ensaio devido a provável precipitação de uma das duas
espécies de ferro encontradas no sistema reacional e a possível formação de jarosita
((K + , Na + , NH4 + , H3O + ) Fe3(SO4)2 (OH)6).
Fe Total (g/L)
7
6
5
4
3
2
1
0
Sol. A + Ino + Conc
Sol. A + Conc
T&K + Ino + Conc
T&K + Conc
T&K Oxid. + Conc
T&K Inoculado + Conc
1 9 17 25 39 46 62
Tempo (dias)
Gráfico 15 - Concentração de Fe total, em g/L, obtida a partir da lixiviação do concentrado de
flotação.
5.5.6 – Concentração de Fe 3+
De posse dos resultados das concentrações de Fe 2+ e Fe total, pôde-se obter a
concentração de Fe 3+ , por diferença, como mostra a tabela 26, abaixo. Percebe-se que
os melhores resultados foram atingidos empregando o meio de cultura T&K completo
(Teste 12) e o meio previamente oxidado (Teste 13), ambos inoculados com A.
ferrooxidans.
71

Tabela 26 - Concentração de Fe (III), em g/L, obtida a partir da lixiviação do concentrado de
flotação.
Testes
Dias
72
1 3 7 9 17 25 35 39 46 52
Sol. A + Ino + Conc 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,56 0,00 0,17 0,18 0,18
Teste 11 Sol. A + Conc 0,00 0,00 0,00 0,17 0,00 0,00 0,01 0,14 0,15 0,14
T&K + Ino + Conc 0,49 0,02 0,11 0,18 0,54 3,88 3,02 2,39 2,01 1,93
Teste 12 T&K + Conc 0,00 0,00 0,00 0,00 0,60 0,00 0,43 0,97 3,90 3,87
Teste 13 T&K Inoculado + Conc 0,33 0,00 0,02 0,21 0,78 3,61 3,51 1,85 1,87 1,84
Teste 14 T&K Oxid. + Conc 0,37 0,27 0,03 0,19 0,41 0,38 0,00 0,40 4,77 4,75
O gráfico 16, abaixo, mostra a evolução da concentração do íon férrico durante o
processo de lixiviação, evidenciando que o íon ferroso está sendo oxidado, aumentando,
conseqüentemente, a concentração de Fe 3+ na lixívia.
Fe+3 g/L
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
-0,50
Teste 11 - Ino
Teste 11 - Controle
Teste 12 - Ino
Teste 12 - Controle
Teste 13 - Oxid.
Teste 14 - Ino
1 9 17 25 39
Tempo (dias)
Gráfico 16 - Concentração de Fe (III), em g/L, obtida a partir da lixiviação do concentrado de
flotação.
Ao realizarmos a comparação entre as concentrações de íon ferroso e íon férrico,
como mostra o gráfico 17, é possível concluir, que a concentração de Fe 2+ diminui,
enquanto a de Fe 3+ aumenta, (Testes 12 e 13), evidenciando, assim, a atividade
biológica no que tange a oxidação do concentrado de flotação.

Ao final dos experimentos, a concentração de Fe 3+ está diminuindo e espera-se
que a concentração de Fe 2+ aumente, porém tal comportamento não é observado.
Avaliando o potencial redox, nota-se que o mesmo se manteve crescente, o que nos leva
a crer que o íon férrico está precipitando e não reduzindo, como o esperado. Esta
precipitação do íon férrico pode estar ocorrendo devido a formação de jarosita (K + , Na + ,
NH4 + , H3O + ) Fe3(SO4)2 (OH)6. (Mascarin, 1999).
g/L
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Teste 12 Ino Fe3+
Teste 14 Fe3+
Teste 12 Ino Fe2+
Teste 14 Fe 2+
1 9 17 25 35 39
Tempo (dias)
Gráfico 17 – Comparação das concentrações de Fe 2+ e Fe 3+ , em g/L, na lixívia obtida a partir
do processo de biolixiviação.
73

5.5.7 – Análise da Concentração de Cu
Os resultados das concentrações de cobre obtidas a partir das lixívias podem ser
observados na tabela 27.
Tabela 27 – Concentração de cobre, em g/L, na lixívia durante o processo de biolixiviação do
concentrado de flotação.
Testes
1 3 7 9 15
Dias
17 25 34 38 45 62
Teste Sol. A + Ino + Conc 2,28 2,22 2,90 3,15 3,13 3,22 4,99 9,55 11,52 12,38 12,48
11 Sol. A + Conc 1,78 1,61 2,91 2,95 2,94 2,97 3,33 7,80 9,33 11,04 12,96
Teste T&K + Ino + Conc 2,31 2,38 3,11 3,18 3,33 3,33 5,89 10,56 12,48 11,52 12,00
12 T&K + Conc 2,18 2,38 3,03 3,11 3,31 3,38 3,54 4,36 4,76 12,00 11,52
Teste
13
T&K Ino + Conc 3,37 3,17 3,52 3,77 3,86 4,20 5,75 9,92 10,56 10,56 11,20
Teste
14
T&K Oxid. + Conc 3,28 3,12 3,43 3,39 3,53 3,49 2,60 4,24 4,49 4,51 5,38
A tabela 27 mostra que no trigésimo oitavo dia todos os testes inoculados
apresentaram uma extração de cobre superior a 60%. Por outro lado, avaliando os
ensaios não inoculados (linhas 2, 4 e 6) é possível observar a diferença de extração, pois
estes apresentam resultados inferiores, em torno de 25% de extração, evidenciando a
presença de um processo biológico, visto que nas amostras inoculadas obteve-se maior
extração de cobre. Com exceção do controle do Teste 11, pois como já visto
anteriormente, houve, possivelmente, contaminação do sistema reacional. Portanto, fica
evidenciada a presença de um processo biológico nos testes inoculados.
74

Cu (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Sol. A + Ino + Conc
Sol. A + Conc
T&K + Ino + Conc
T&K + Conc
T&K Oxid. + Conc
T&K Inoculado + Conc
1 9 17 25 38 45 62
Tempo (dias)
Gráfico 18 – Porcentagem de extração de cobre, durante o processo de lixiviação.
O gráfico 18 mostra a evolução da extração de cobre, em porcentagem, onde no
Teste 12, obteve-se o máximo de extração, com cerca de 67% no ensaio inoculado e
25% para o controle do mesmo.
A porcentagem de extração de cobre alcançada está próximo aos resultados
obtidos por Agate & Khinvasara (1986), onde foi utilizado um concentrado de flotação
contendo 25,2% de cobre. Tal concentrado foi lixiviado utilizando meio de cultura 9K e
inóculo microbiano A. ferrooxidans. Em seus ensaios, Agate & Khinvasara (1986)
alcançaram uma extração de cobre de 68,2%, porém vale ressaltar que o concentrado
por eles utilizado continha 25,2% cobre, enquanto que o concentrado de flotação
utilizado neste trabalho contém 37,7% de cobre, sendo este oriundo de cerca de 70% de
calcopirita. Agate e Khinvasara (1986) concluíram que o percentual de extração de
cobre, em seus ensaios, não foi superior devido a formação de jarosita sendo depositada
na superfície de calcopirita, impedindo assim a ação das bactérias.
75

5.6 – Quantificação Microbiana
5.6.1 - Quantificação Microbiana na Água Ácida de Mina.
Este ensaio foi realizado por três vezes consecutivas, porém os resultados não
foram coerentes com o exposto na Norma CETESB / L5.217, já que após 21 dias as
soluções deveriam apresentar coloração “vermelha acastanhada”. Nos ensaios
realizados encontramos uma coloração alaranjada, como pode ser visto na figura 12, em
todas as diluições, invalidando, assim, os ensaios.
Figura 12 – Teste realizado seguindo a Norma CETESB / L5.217 Thiobacillus – Determinação
do número mais provável pela técnica de tubos múltiplos.
5.6.2 - Contagem Microbiana (UFC) de A. ferrooxidans a Partir do Cultivo da Cultura
Pura (A.f. – S)
Estes resultados foram obtidos, conforme já relatado, para quantificar e
padronizar o inóculo inicial da cultura pura a ser empregada nos ensaios de lixiviação
descritos a seguir.
Portanto, a partir do cultivo inicial do inóculo e após incubação das placas
inoculadas, por 10 dias, a uma temperatura de 30ºC, foi possível observar a presença de
colônias, como mostra a figura 13, e realizada a contagem destas, onde o valor
encontrado foi de 9 x 10 8 UFC/mL.
76

Figura 13 - Aparência da placa de Petri contendo colônias de A. ferrooxidans -S durante a
quantificação do cultivo utilizado – diluição 10 -5 .
5.6.3 - Detecção de Presença de Biomassa Durante os Testes de Lixiviação Empregando
Cultura Pura
Após plaqueamento das lixívias resultantes do processo, o crescimento dos
microrganismos mesófilos em questão ocorreu em todas as placas referentes aos ensaios
inoculados e em uma placa referente ao controle do teste 11, o mesmo ocorrendo com o
controle do teste 12, onde foram utilizadas somente a solução A do meio de cultura
T&K (teste 11) e meio de cultura T&K completo (teste 12), respectivamente. A
presença dos A. ferrooxidans nos ensaios controle evidencia que ocorreu uma
contaminação do sistema o que acarretou em percentuais elevados (67%) de extração de
cobre nesses ensaios.
A figura 14, a seguir, mostra o aspecto da placa onde foi inoculado o sistema de
biolixiviação do Teste 12 (T&K e inóculo microbiano).
77

Figura 14 - Aparência da placa de Petri contendo colônias de A. ferrooxidans durante a
quantificação do sistema de biolixiviação após 60 dias.
Com as finalizações dos testes, lavou-se o concentrado de flotação remanescente
de cada ensaio, utilizando água deionizada em pH 1,8, e, após secagem, uma amostra de
cada teste, assim como de seus respectivos controles, foram encaminhadas para a
análise por Difração de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
As figuras 15, 16, 17 e 18 mostram a superfície do concentrado de flotação antes
e após o processo de biolixiviação. É possível observar que os resíduos provenientes das
lixiviações microbianas, na presença de inóculo (figura 16 A, figura 17 C e figura 18 E),
apresentaram partículas maiores, e os resíduos provenientes das lixiviações, sem o
inóculo microbiano, possuem partículas menores, evidenciando que o processo de
lixiviação utilizando microrganismos foi mais eficiente no que tange à oxidação dos
sulfetos em questão.
78

Figura 15 – Superfície do concentrado de flotação antes de processo de
biolixiviação.
A B
Figura 16 - A – Concentrado de flotação lixiviado com a Solução A do Meio de Cultura
T&K e inóculo microbiano; B - Concentrado de flotação lixiviado com a Solução A do
Meio de Cultura T&K e sem inóculo microbiano.
79

C D
Figura 17 - C – Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K completo e
inóculo microbiano; D - Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K
completo sem inóculo microbiano.
E F
Figura 18 - E – Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K oxidado
(com microrganismos); F - Concentrado de flotação lixiviado com Meio de Cultura T&K
previamente oxidado e estéril (filtrado).
De acordo com a técnica de Difração de raios-X, podemos observar no
concentrado de flotação original, Figura 19A, ou seja, antes de ser submetido a
biolixiviação, que este apresenta picos referentes aos sulfetos de cobre (calcopirita e
bornita). Porém, nota-se que todos os resíduos lixiviados biologicamente (figura 19 – B
nas linhas 6, 3 e 1), apresentam picos referentes à jarosita, o que é corroborado pela
coloração dos mesmos, como pode ser visto na figura 20 B 1 , C 1 e D já que se trata de
uma espécie que contém íons ferrosos.
80

A
B
Intensidade (u. a)
Intensidade (u. a)
Intensidade (u. a)
Intensidade (u. a)
Intensidade (u. a)
Intensidade (u. a)
450
300
150
0
450
300
150
0
450
300
150
0
450
300
150
0
450
300
150
0
450
300
150
0
J
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50 60 70
0 10 20 30 40 50 60 70
J
2 θ
2 θ
2 θ
0 10 20 30 40 50 60 70
2 θ
0 10 20 30 40 50 60 70
2 θ
0 10 20 30 40 50 60 70
2 θ
T&K/Inoc.
81
T&K Oxi/Inoc. 6
T & K O xi/C ont.
T&K/Cont. 4
Sol. A/Cont.
Sol. A/Inoc. 1
Figura 19 – A - Difratograma correspondente à análise semiquantitativa das espécies
mineralógicas constituintes do concentrado de flotação; B – Difratogramas do resíduos
lixiviados e seus respectivos ensaios (J=jarosita, D=dolomita, C= calcopirita, B=bornita)
C
C
D
B
C
C
C
5
3
2

B 1
C 1
D
Figura 20 – Aparência do resíduo (concentrado de flotação) após a lixiviação utilizando a
cultura A. f. – S como inóculo microbiano, onde A= concentrado de flotação antes do processo
de lixiviação; B 1 = resíduo referente ao Teste 11 inoculado; B 2 = resíduo referente ao Teste 11
controle; C 1 = resíduo referente ao Teste 12 inoculado; C 2 = resíduo referente ao Teste 12
controle; D = resíduo referente ao Teste 13 (inoculado) e E = resíduo referente ao Teste 14
(estéril).
A
B 2
C 2
E
82

6 – CONCLUSÕES
Foi verificada a importância da manutenção/ajuste do pH durante a lixiviação ácida,
pois durante esta etapa não ocorre a geração de ácido pelo concentrado de flotação,
propiciando, assim, a precipitação do cobre como hidróxido devido ao aumento do pH
(aproximadamente 7,0).
A relação sólido-líquido de 50 g/L foi a melhor para o processo empregado, pois se
mostra satisfatória em relação a extração de cobre por apresentar maior quantidade de
solução lixiviante por massa de concentrado de flotação, logo, menor densidade de polpa.
A lixiviação seqüencial do concentrado de flotação não propiciou o aumento da
lixiviação. Da mesma forma, a reutilização da lixívia em nova amostra de concentrado de
flotação, não mostrou resultados mais promissores.
Quando utilizadas as cepas de A. ferrooxidans como inóculo microbiano observa-se,
até o trigésimo quinto dia, que as variáveis apresentam diferenças entre os resultados dos
ensaios inoculados e seus respectivos controles, evidenciando a atuação da linhagem
empregada.
Devido à natureza refratária da calcopirita (componente majoritário do concentrado
de flotação), a sua oxidação biológica mostra-se mais intensa após um período de
aproximadamente 24 dias, quando o Eh do meio reacional atinge o valor de 784 mV vs
EPH, alcançando, neste momento aproximadamente 32 % (6 g/L) de extração de cobre.
É possível observar que com a utilização do microorganismo Acidithiobacillus
ferrooxidans foram alcançadas extrações de cobre de 67% (12,4 g/L), e 64% (12 g/L) para
os testes 12 e 13, respectivamente. Porém, ao fazer a comparação com os ensaios onde a
água ácida de mina foi utilizada, se obteve, como resultado da extração de cobre, um valor
superior a 64% (12,5 g/L) nos ensaios do teste 8 (similar ao teste 12) e 43% (8,41 g/L) nos
ensaios do teste 9 (similar ao teste 13). Por outro lado, avaliando ambas condições
83

(utilizando água ácida de mina ou A. ferrooxidans como inóculo microbiano), pode-se
concluir que com água ácida de mina não se obteve diferença nos resultados de extração de
cobre entre os ensaios inoculados (com água ácida de mina) e seus respectivos controles
(sem água ácida de mina). Logo, o processo de biolixiviação ficou evidenciado quando
utilizada a cepa de A. ferrooxidans.
De acordo com a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) dos resíduos
provenientes das lixiviações, é possível observar que os resíduos, onde foram utilizados
inóculo microbiano, possuem partículas maiores se comparados com aqueles onde não
foram usados os microrganismos, evidenciando que as bactérias do gênero
Acidithiobacillus ferrooxidans atuaram com maior eficiência na oxidação dos sulfetos em
estudo.
A técnica de Difração de raios-X mostra que o concentrado de flotação, antes de ser
submetido à lixiviação, apresenta picos referentes a espécies de calcopirita e bornita, porém
após a lixiviação, em todos os ensaios, o pico referente a bornita não é mais identificado. É
possível observar, também, a formação de jarosita nos ensaios biológicos (em presença de
microrganismos) e a comprovação da presença dessa espécie pode ser corroborada pela
coloração dos respectivos resíduos.
84

7 - SUGESTÃO PARA CONTINUIDADE DESSA PESQUISA
Considerando a utilização tão somente das linhagens de Acidithiobacillus
ferrooxidans, visando avaliar o alcance dessa espécie de microrganismo na abertura, em
especial, da calcopirita, espécie mineralógica majoritária no concentrado de flotação de
sulfetos de cobre, vislumbramos, como etapa posterior ao estudo realizado, a utilização de
um consórcio de bactérias mesófilas, termófilas moderadas e extremófilas, visando agilizar
a abertura da calcopirita no sentido de atender as expectativas da mineração de cobre que
necessita extrair esse elemento, das espécies mineralógicas contidas no concentrado de
flotação (calcopirita e bornita), com a brevidade necessária a um custo de processamento
atraente. Essa extensão do trabalho realizado será executado numa unidade de laboratório
de biolixiviação em coluna, simulando uma unidade de biolixiviação em pilha, num sistema
reacional automático e computadorizado com a aquisição, em tempo real, dos parâmetros
operacionais (pH, Eh, temperatura, vazão de ar), com ajuste automático de pH e
temperatura e, adicionalmente, com um sistema remoto de alteração dos parâmetros
operacionais. A foto de tal unidade pode ser vista na Figura 21 a seguir:
Figura 21 – Unidade operacional de biolixiviação em coluna
85

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