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Título: Biolixiviação de sulfetos secundários de cobre por micro‐organismos mesófilos em diferentes reatores agitados.
Autor(es): Cruz, Flávio Luciano dos Santos
Orientador(es): Leão, Versiane Albis
Oliveira, Victor de Alvarenga
Palavras-chave: Acidithiobacillus ferroxidans
Processos de fabricação
Hidrometalurgia
Data do documento: 2017
Membros da banca: Leão, Versiane Albis
Barbosa, Leonardo de Paiva
Rodrigues, Michael Leonardo Marques
Referência: CRUZ, Flávio Luciano dos Santos. Biolixiviação de sulfetos secundários de cobre por micro‐organismos mesófilos em diferentes reatores agitados. 2017. 55 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2017.
Resumo: A biolixiviação de cobre a partir de sulfetos secundários, tais como a calcocita e a bornita, é amplamente aplicada industrialmente em vários países do mundo. Isso ocorre porque esses sulfetos são facilmente oxidados pelo íon Fe3+ produzido por microorganismos de biolixiviação. No entanto, a biolixiviação pode ser severamente impactada se o minério portar impurezas solúveis que podem afetar o crescimento bacteriano. Este é o caso do fluoreto, que existe como HF nas condições ácidas aplicadas na biolixiviação de metais básicos. Este último pode atravessar membranas celulares e dissociar dentro da célula (por causa de seu pH neutro), reduzindo o crescimento bacteriano. Nesta dissertação foi investigada a influência da concentração de flúor sobre o crescimento de Acidithiobacillus ferrooxidans e revelou que 20 mg.L‐1 F‐total inibiram a biooxidação do íon Fe2+. Tal inibição foi superada por adição de sulfato de alumínio ao meio de crescimento. Em seguida, foi estudada a biolixiviação de um minério de cobre secundário portador de flúor (contendo calcocita e bornita) pela cultura mesófila. Os efeitos do pH bem como as concentrações de Fe2+, Al3+ e Mg2+ na extração de cobre foram determinados, os experimentos foram realizados em frascos Erlenmeyer (250 mL) contendo 100 mL de solução e porcentagem de sólidos a 5% (p/v) agitada a 150 min‐1. A cinética de lixiviação da amostra foi ligeiramente afetada pelo pH e concentrações do íon Fe2+, sendo que as maiores extrações de cobre foram observadas para pH 1,6‐1,8 e 5‐10 g.L‐1 Fe2+. As concentrações de alumínio (até 5 g.L‐1) melhoraram a cinética de extração do cobre à medida que os íons fluoreto foram complexados pelo elemento e a extração final de cobre atingiu 75%. Além disso, propondo uma adaptação ao programa de ensaios metalúrgicos visando uma futura aplicação industrial de lixiviação em pilhas, especificamente em sistemas agitados, a segunda parte da dissertação buscou comparar o perfil de lixiviação de três diferentes reatores (frascos Erlenmeyer, garrafas rotativas e um biorreator agitado mecanicamente) durante a biolixiviação de duas amostras de sulfetos secundários com diferentes teores de cobre e flúor. Na ausência de uma fonte externa de alumínio, os ensaios em Erlenmeyer não mostraram qualquer aumento no potencial da solução, independentemente da amostra de minério estudada. Concentrações de flúor e alumínio em torno de 300 mg.L‐1 foram registradas neste reator e a razão Al/F em torno de 1 explicou o baixo potencial registrado. Por outro lado, nos ensaios em garrafa e biorreator, a amostra de minério com menor teor de cobre produziu alumínio (530 mg.L‐1) acima das concentrações de flúor (380 mg.L‐1), de modo que esse maior índice Al/F estimulou o crescimento bacteriano. Isto se justificou, pelo fato do potencial da solução ter atingido valores acima de 600 mV ao final do experimento, o que indicou o crescimento bacteriano nesses reatores. Quando o alumínio foi adicionado ao meio de crescimento, o potencial da solução aumentou exponencialmente, indicando boa atividade de biolixiviação e até 97% de extração de cobre foi observada nos três reatores, mas as garrafas rotativas apresentaram uma cinética de lixiviação mais rápida devido a altas populações bacterianas (> 108 células. mL‐1) proporcionada por uma melhor aeração da solução (6 mg.L‐1 como a concentração de oxigénio dissolvido).
Resumo em outra língua: Copper bioleaching from secondary sulphides such as chalcocite and bornite is widely applied industrially in several countries worldwide. This is because these sulphides are easily oxidized by the ferric iron produced by bioleaching microorganisms. Notwithstanding, bioleaching can be severely hampered if the ore contains soluble impurities which can affect bacterial growth. This is the case of fluoride, which exists as HF in the acid conditions applied in the bioleaching of base metals. The latter can cross cell membranes and dissociate inside the cell (because of its neutral pH) reducing the bacterial growth. The current dissertation investigated initially the fluoride concentration which impaired the growth of At. ferrooxidans and revealed that 20 mg.L‐ 1 Ftot inhibited ferrous iron bio‐oxidation. Such inhibition was overcome by aluminium sulphate supplementation to the growth medium. Subsequently the bioleaching of a fluoride‐bearing secondary copper ore (containing chalcocite and bornite) by the mesophile culture was studied. The effects of pH as well as the concentrations of Fe2+, Al3+ and Mg2+ on copper extraction were determined in experiments were performed in Erlenmeyer flasks (250 mL) containing 100 mL of a 5% (w/v) pulp stirred at 150 min‐1. The leaching kinetics of the sample was slightly affected by both pH and ferrous iron concentrations and the largest copper extractions were observed for pH 1.6‐1.8 and 5‐ 10 g.L‐1 Fe2+. Aluminium concentrations (up to 5 g.L‐1) improved the copper extraction kinetics as fluoride ions were complexed by the element and the final copper extraction reached 75%. In addition, the metallurgical testwork proposed in feasibility studies for leaching projects comprise different type of reactor experiments such as rolling bottles whereas shaking flasks tests are of widespread use in academic research. Therefore the second part of the current dissertation sought to compare the leaching profile of three different reactors (Erlenmeyer flasks, rolling bottles and a mechanically stirred bioreactor) during bioleaching of two samples of the secondary sulphide ore with different copper and fluoride content. In the absence of an external aluminium source, the shaking flask experiments did not show any increase in the solution potential, regardless of the ore sample studied. Fluoride and aluminium concentrations around 300 mg.L‐1 were recorded in this reactor and the Al/F ratio around 1 explained the low potential recorded. Conversely, the ore sample with the lower fluoride content produced aluminium (530 mg.L‐1) above fluoride (380 mg.L‐1) concentrations so that such higher Al/F ratio fostered bacterial growth. This justified the solution potential attaining values above 600 mV by the end of the experiment, which indicated bacterial growth in that reactor. When aluminium was added to the growth medium the solution potential increases exponentially indicating good bioleaching activity and up to 97% copper extraction was observed in the three reactors, but the rolling bottles depicted a faster leaching kinetics due to high bacterial populations (>108 cells.mL‐1) provided by a better aeration of the solution (6 mg.L‐1 as the dissolved oxygen concentration).
Descrição: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9240
Licença: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor, 20/12/2017, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite a adaptação.
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