ANEXO A Regras para Formatao do ATC
trabalho interdiscilinar dirigido ivINSTITUTO POLITCNICO CENTRO
UNIVERSITRIO UNA
biolixiviao: soluo ambiental no processo extrativista minerrio
CURSO: ENGENHARIA AMBIENTAL
Professor TIDIR: Bernadete de Souza SantosDaniele Menezes
Guimares, Helayne Nogueira dos Santos, Joo Augusto Viana, Pauliane
Rodrigues de Aguilar, Sarah Ramos de Sousa, Shirley Santos de
Oliveira, Viviane Pereira de Matos Resumo
O presente trabalho teve por objetivo avaliar o processo de
biolixiviao da pirita em solo, comparando a variao de pH da gua em
dois grupos de amostras com diferentes propores dos componentes
utilizados no experimento (pirita, solo e minrio de ferro). Os
resultados no apontaram diferenas significativas no pH mostrando a
no-influncia da quantidade dos componentes no desenvolvimento do
processo. Palavras-chave: Minerao, biolixiviao, bactrias
lixiviantes, pirita.1. IntroduoA crescente demanda mundial por
matrias-prima minerais vem incentivando a explorao de jazidas de
baixo teor, alm do tratamento e recuperao de resduos oriundos da
atividade mineral. Nas ltimas dcadas, os desenvolvimentos em
biotecnologia vm demonstrando que a utilizao de microorganismos em
processos hidrometalrgicos se apresenta bastante vivel [1]. A rota
biohidrometalurgica, mais precisamente a biolixiviao, tem sido
amplamente estudada e considerada como uma alternativa promissora
para a extrao de metais de interesse econmico a partir de minrios
de baixos teores nesses metais, concentrados e rejeitos minerais
[2].Esse crescente interesse pela tcnica de biolixiviao se d porque
esta mais ecolgica do que a fuso tradicional na extrao de metais de
minrios. O processo no gera emisses gasosas, no necessita de tanta
energia e, alm disso, um mtodo rentvel mesmo para minrios de baixo
teor. No entanto a biolixiviao gera efluentes cidos com alto teor
de ferro, o qual deve ser tratado por lagoa de conteno antes de ser
lanado ao meio ambiente.
O desenvolvimento desse trabalho teve por objetivo demonstrar a
tcnica de biolixiviao para a extrao de metais, utilizando o mineral
pirita e solo comum para o desenvolvimento de bactrias
lixiviantes.2. Reviso Bibliogrfica Definio do Processo
Biolixiviante
A minerao um dos setores bsicos da economia do pas, contribuindo
de forma decisiva para o bem estar e a melhoria da qualidade de
vida das presentes e futuras geraes, sendo fundamental para o
desenvolvimento de uma sociedade equnime, desde que seja operada
com responsabilidade social, estando sempre presentes os preceitos
do desenvolvimento sustentvel. A histria do Brasil tem ntima relao
com a busca e o aproveitamento dos seus recursos minerais, que
sempre contriburam com importantes insumos para a economia
nacional, fazendo parte da ocupao territorial e da histria
nacional. O subsolo brasileiro possui importantes depsitos
minerais. Parte dessas reservas considerada expressiva quando
relacionadas mundialmente [3].Uma das etapas do processo de minerao
a lixiviao que, segundo Souza (1999), baseia-se na dissoluo de um
metal ou mineral em um lquido. Essa termologia indicada para
qualquer processo de extrao ou solubilizao seletiva dos
constituintes qumicos de uma rocha, de um mineral, de um depsito
sedimentar, de solo etc., pela ao de um fluido percolante.A
lixiviao bacteriana, ou biolixiviao, um processo biotecnolgico que
se fundamenta na utilizao de microorganismos capazes de solubilizar
metais pela oxidao de sulfetos metlicos [4]. Para Lima (2006) esse
processo definido como a dissoluo natural de sulfetos, resultante
da ao de um grupo de bactrias que oxidam minerais sulfurados
disponibilizando os metais presentes em suas formas inicas solveis.
A biolixiviao, como qualquer outro processo que utiliza
microrganismos vivos, influenciada por fatores ambientais,
biolgicos e fsico-qumicos, pois tais parmetros afetam a extrao do
metal. Para o bom funcionamento do sistema de lixiviao, este deve
obedecer s condies de atuao da bactria. Quando o ambiente mantm
condies timas, possvel se obter valores adequados de rendimento e
produtividade do processo [5]. So apresentadas na Tabela 1 algumas
caractersticas de bactrias lixiviantes:Tabela 1: Caractersticas de
diferentes microorganismos lixiviantes
MicroorganismoCaractersticaNecessidade de CarbonoNecessidade de
OxigniopH
(timo)T (C)
(timo)
Acidithiobacillusferrooxidans
Oxida: Fe2+, S0, U4+,
Cu+, Se2+, tiosulfato,
tetrationato, S
Q.O.
A.
1,2 6,0
(2,5 2,8)
5 40
(28-35)
Leptospirilum ferrooxidans
Oxida: Fe2+, pirita
Q.O.
A.
1,54,5 (2,5 3,0)
20 40
(30)
Sulfolobus
thermosulfooxidans
Oxida: Fe2+, S0, S=
Q.F.
A.
1,9 3,0
(1,9 2,4)
20 60
(50)
Sulfolobus
acidocaldarius
Oxida: Fe2+, S0
Q.F.
2,0 7,0
(2,0 3,0)
55 85
(70-75)
Pseudonomas sp.
Acumula U, Cu, Pb intracelular
H.
A. E.
7 8,54 43
(30)
Desulfovibrio
desulfuricansRemove U e Cu por dissoluo H.
A. n.
(4,0 7,0)
0 44
(25-30)
Q.O. = quimiolitotrfico obrigatrio; Q.F. = quimiolitotrfico
facultativo; H. = heterotrfico;
A. = aerbico; A.E. = aerbico estrito; A.n. = anaerbico.
Fonte: LIMA, 2006.
O que torna a tcnica da biolixiviao uma alternativa muito
interessante na substituio dos processos convencionais a capacidade
de certas bactrias oxidantes de ferro ou enxofre, como as dos
gneros Acidithiobacillus e Leptospirillum, crescerem em ambientes
altamente cidos e em presena de metais pesados [5]. Processo
Industrial
O processo de biolixiviao consiste de uma srie de reaes qumicas
e bioqumicas que solubilizam o metal a partir de dois mecanismos
oxidativos que ocorrem simultaneamente em um sistema de lixiviao.
No mecanismo de contato direto, o micro-organismo, aderido
superfcie do mineral, realiza a dissoluo por meio de reaes
envolvendo enzimas. No outro mecanismo, denominado indireto, o
mineral oxidado quimicamente pelo on frrico Fe3+ e/ou por prtons H+
presentes na soluo, dependendo da configurao eletrnica do sulfeto
[6].
Ainda segundo Oliveira et al (2009), as principais tcnicas
utilizadas na operacionalizao de processos de biolixiviao so:
lixiviao em pilhas (heap leaching), lixiviao em montes
(dumpleaching) e lixiviao em tanques agitados.
A lixiviao em pilhas consiste na deposio de grandes quantidades
de minrio sobre uma base impermeabilizada, com formao de uma pilha,
formato de um tronco de pirmide, cuja superfcie irrigada com uma
soluo cida, s vezes com adio de micro-organismos lixiviantes. A
soluo percola atravs do leito mineral, e, ao chegar base, coletada
em um tanque, de onde segue para a recuperao do metal de interesse.
Em geral, a soluo recirculada pela pilha, quantas vezes forem
necessrias, a fim de permitir a mxima extrao do metal.
A lixiviao em montes ocorre em material depositado como rejeito.
A maioria dos montes formada prxima s minas, geralmente
aproveitando a conformao natural do terreno.
Na biolixiviao em tanques agitados, a interao da soluo cida com
o mineral muito superior quando comparada aos sistemas estticos
(pilhas e montes) visto que ocorre maior contato entre os agentes
oxidantes e a superfcie do mineral. Nesse sistema utilizado um
grande reator que pode ser agitado mecanicamente ou por meio de
injeo de ar, que, alm da agitao, pode suprir a demanda de oxignio e
dixido de carbono dos micro-organismos. Em vista da conduo do
processo, distintamente dos dois anteriormente referenciados,
possvel controlar as variveis de processo. Contudo, essa tecnologia
bastante limitada devido ao elevado custo de instalao. Por essa
razo, ela empregada somente na dissoluo de minrios que contenham
metais de elevado valor agregado, como ouro.3. Materiais e
Mtodos
Para atender o objetivo do trabalho realizou-se um experimento
com o intuito de se observar o processo biolixiviante, por meio da
variao de pH. Para tanto, utilizou-se como fonte de ferro o mineral
pirita, FeS2, que foi colocado em solo contendo minrio de ferro.
Para a medida de pH, considerou-se a variao desse parmetro na gua,
antes e depois de umidecer o solo.
O prottipo foi desenvolvido com o objetivo de demonstrar algumas
etapas do processo de biolixiviao na indstria extrativista
mineraria bem como apresentar as amostras preparadas no
experimento.4. Resultados ExperimentaisO mineral utilizado para se
tentar atingir o objetivo do trabalho foi a pirita, FeS2. Na
natureza, a presena do sulfato, Fe, matria orgnica, bactrias
redutoras do S e condies anaerbias viabilizam o processo de formao
da pirita no qual o sulfato reduzido a sulfeto a partir da oxidao
da matria orgnica por meio da ao de bactrias. O Fe, por sua vez,
tem sua solubilidade aumentada pelas condies redox, permitindo sua
combinao com os sulfetos e dissulfetos e, conseqentemente, a formao
do mineral [7].
Durante a biolixiviao, no mecanismo de contato direto (1),
ocorre a interao da clula com a superfcie do sulfeto mineral,
seguindo-se um ataque enzimtico aos componentes do mineral
susceptveis de serem oxidados, a exemplo do Fe2+. Nesse mecanismo,
o micro-organismo retira eltrons, que sero utilizados na produo de
energia, diretamente do mineral [8].2FeS2(s) +7O2 (g) +2H2O(l)
2FeSO4 (aq) + 2H2SO4(aq) (1)
2FeSO4 (aq) + 1/2 O2(g) + H2SO4(aq) Fe2(SO4)3(aq) + H2O(l)
(2)
Em outro mecanismo, denominado mecanismo indireto (3), o mineral
oxidado, quimicamente, pelo on frrico (Fe3+) em soluo. Isso ocorre,
pois o sulfato frrico (3) um eficiente agente lixiviante/oxidante,
capaz de promover a dissoluo de sulfetos em geral, incluindo a
pirita (FeS2), retornando ao estado ferroso.
FeS2(s) + 7Fe2(SO4)3(aq) + 8 H2O(l) 15FeSO4 (aq) + 8 H2SO4(aq)
(3)
Durante o mecanismo indireto, o on frrico (Fe3+) reduzido a on
ferroso (Fe2+). A funo do micro-organismo, nesse caso, oxidar o
Fe2+ a Fe3+, regenerando, dessa forma, esse agente oxidante. Alm
disso, ao ocorrer a formao de enxofre elementar (4), importante a
atuao dos micro-organismos oxidantes de enxofre (5), de modo a
impedir a deposio do enxofre elementar (S) sobre o mineral,
formando uma barreira para a difuso do agente oxidante at a
superfcie do mineral, fato que pode dificultar, ou at mesmo
impedir, a reao de oxidao dos constituintes do mineral.
FeS2(s) + Fe2(SO4)3(aq) 3FeSO4(aq) + 2S(s) (4)
2S(s) + 3O2(g) + 2 H2O(l) 2H2SO4(aq) (5)
Aplicou-se a Lei de Hess nas reaes acima para e chegou-se a uma
reao global, representando o processo biolixiviante da pirita:
2FeS2(s) +7O2(g) +2H2O (l) 2FeSO4(aq) + 2H2SO4 (aq)2FeSO4(aq) +
1/2 O2(g) +H2SO4(aq) Fe2(SO4)3(aq) + H2O(l)FeS2(s) + 7
Fe2(SO4)3(aq) + 8 H2O(l) 15FeSO4 (aq) + 8 H2SO4(aq)3FeSO4 (aq) +
2S(s) FeS2(s) + Fe2(SO4)3(aq)2H2SO4 (aq) 2S(s) + 3O2(g) +
2H2O(l)Reao Global:
2FeS2(s) + 5 Fe2(SO4)3(aq) + 9/2O2(g) + 7H2O(l) 7 H2SO4(aq) +
12FeSO4(aq) (6)
Colocou-se as solues aquosas na forma inica:
2FeS2(s)+10Fe3+(aq)+15 SO42-(aq)+ 9/2O2(g)+ 7H2O(l)14H+(aq)+
12Fe2+(aq)
+19SO42-(aq) (7)
Foi possvel, a partir da reao 7 e dos valores de entalpia de
formao de cada substncia envolvida [9], calcular o valor da
entalpia padro de reao para a biolixiviao da pirita. Considerou-se
que
rH = n fH (produtos) - n fH (reagentes)
rH = [14 x fH (H+(aq)) + 12 x fH (Fe2+(aq)) + 19 x fH (SO42(aq)
-)]
- [2 x fH(FeS2(s)) + 10 x fH (Fe3+(aq)) + 15 x fH (SO42-(aq))
+
9/2 x fH (O2(g)) + 7 x fH (H2O(l))] = [(14 x 0) + (12 x -89,1) +
(19 x -909,27)] [(2 x 178,2) + (10 x -48,5)
+ (15 x -909,27) +(9/2 x 0) + (7 x -285,83) = = - 2443,87 kJ
O valor obtido para a reao global do processo. Considerando-se
um mol de pirita, FeS2, tem-se que
- 2443,87 kJ = -1221,935 kJ. mol-1.
2
Portanto, a entalpia padro de formao do processo de -1221,935 kJ
para cada mol de pirita.
Para o trabalho, foram feitas amostras com propores diferentes
de pirita e solo com o intuito de se comparar a eficincia do
processo biolixiviante, avaliando-se a variao do pH da gua em cada
amostra. Definiu-se como A e B dois grupos de amostras de acordo
com as quantidades proporcionais de cada componente. As
porcentagens dos materiais utilizados no experimento para as
amostras do grupo A, realizado em triplicata, so apresentadas nas
Tabelas 2. Tabela 2: Porcentagem de material utilizado no
experimento de biolixiviao para o grupo A.ComponenteProporo em
massa (%)
(Amostra 1)Proporo em massa (%)
(Amostra 2)Proporo em massa (%)
(Amostra 3)
Pirita6,646,666,62
Minrio
de ferro1,281,341,30
Solo92,0891,9992,08
De forma semelhante, a Tabela 3 apresenta as porcentagens de
cada componente para as amostras do grupo B.Tabela 3: Porcentagem
de material utilizado no experimento de biolixiviao para o grupo
B.ComponenteProporo em massa (%)
(Amostra 1)Proporo em massa (%)
(Amostra 2)Proporo em massa (%)
(Amostra 3)
Pirita1,901,881,90
Minrio
de ferro0,760,790,78
Solo97,3497,3397,32
Os valores apresentados nas tabelas acima definem a porcentagem
de massa de cada componente nas amostras. Para o grupo A obteve-se
uma massa total mdia de (78,570 0,09) g e para o grupo B
(133,7000,04) g. As mdias das propores de massa de cada componente
so apresentadas na tabela 4.Tabela 4: Porcentagens mdias de
material utilizado no experimento de biolixiviao.ComponenteProporo
em massa (%)
(Amostras A)Proporo em massa (%)
(Amostras B)
Pirita6,64 0,021,89 0,01
Minrio
de ferro1,30 0,030,77 0,01
Solo92,05 0,0597,33 0,01
Alm das medidas apresentadas nas tabelas acima, adicionou-se ao
solo de cada amostra 3 gotas de cido actico para possibilitar uma
reduo, ainda que pequena, do seu pH propiciando o desenvolvimento
de bactrias lixiviantes.
As amostras foram expostas ao ar por 3 dias. Durante este perodo
adicionou-se uma pequena quantidade de gua ao experimento
diariamente apenas para umidecer o solo, bem como foi feita a areao
do mesmo. A gua utilizada para a umidificao teve seu pH inicial
igual a 9,08 medido com um peagmetro a temperatura de 24,4C. Tal
medida se fez necessria para se comparar o pH da mesma amostra de
gua aps passar pelo solo com pirita.
Decorrido o perodo de 3 dias, 15 mL da gua foram adicionados em
cada amostra afim de medir o pH das mesmas. Os valores encontrados
esto na Tabela 5.
Tabela 5: Medidas do pH da gua apos o processo.AmostrapH do
grupo ApH do grupo B
17,317,19
27,507,49
37,577,50
O pH mdio para cada grupo de amostra foi de 7,46 0,13 para o
grupo A e de 7,39 0,18 para o grupo B. Portanto, o mdulo da variao
do pH da gua para cada amostra foi de:pHA = 7,46 9,08 = 1,62pHB =
7,39 9,08 = 1,69
5. Concluso
Com a realizao do experimento pde-se concluir que ocorreu o
processo de lixiviao da pirita pois ocorreu uma diminuio do pH da
gua utilizada para umidificar o solo, ainda que no se afirme que o
mesmo processo tenha sido causado por bactrias.
Os resultados analisados mostra que entre os dois grupos de
amostras no houve uma variao significativa para se afirmar uma
proporo de materiais seja mais eficiente do que a outra para se
atingir o processo biolixiviante.6. Referncia Bibliogrfica[1]
MESQUITA, Luciana Maria Souza;LINS,Fernando A.
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http://www.em.ufop.br/ceamb/petamb/cariboost_files/miner_c3_a7_c3_a3o_20e_20meio_20ambiente.pdf
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Pirita (FeS2), Pirrotita (Fe1-xS)e Molibenita (MoS2). Qumica Nova,
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http://www.scielo.br/scielo.
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Acesso em: 01 de mar. de 2011. [5] LIMA, Renata de Barros.
Biolixiviao de Concentrado de Flotao de Sulfetos de Cobre. 2006. 90
f. Dissertao (Mestrado em Tecnologia de Processos Qumicos e
Bioqumicos) - Escola de Qumica, Universidade Federal do Rio de
Janeiro, Rio de Janeiro, 2006. Disponvel em:
