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Bio-oxidação de sulfetos de arsênio e antimônio por Sulfobacillus thermosufidooxidans.
(2016) Silva, Suzimara Reis da; Leão, Versiane Albis; Teixeira, Mônica Cristina; Barbosa, Leonardo de Paiva; Rodrigues, Michael Leonardo Marques
Os sulfetos como a pirita (FeS2) e a arsenopirita (FeAsS), são constituintes frequentes em minérios auríferos. Usualmente, o ouro não é acessível pelo cianeto nesses sulfetos, o que exige a realização de uma etapa de pré-tratamento, antes da extração do metal de interesse (Au e Ag) por meio da cianetação. Dentre os pré-tratamentos de minérios refratários de ouro inclui-se a bio-oxidação, a qual é caracterizada pelo emprego de micro-organismos capazes de oxidar os sulfetos minerais e, assim, expondo o ouro retido na estrutura cristalina dos minerais para posterior lixiviação. O uso de temperaturas mais elevadas pode resultar numa cinética mais rápida de bio-oxidação. Dessa forma, a presente dissertação estudou a bio-oxidação de amostras de um concentrado sulfetado de flotação (10,58% Fe; 1,88 % As; 3,16% Sb e 11,85% S) por Sulfobacillus thermosulfidooxidans, uma bactéria termófila moderada. Foram avaliados os efeitos da concentração inicial de Fe2+ (em g/L: 0,0; 2,5; 5,0 e 10,0), pH da suspensão (1,50, 1,75 e 2,00) e percentual de sólidos (em % (m/v): 1,50; 2,25 e 3,00) na bio-oxidação do concentrado. Os ensaios de bio-oxidação foram realizados em shaker termostatizado, a uma temperatura de 47°C e sob agitação de 150min-1. A eficiência da bio-oxidação foi avaliada através do acompanhamento da extração de arsênio e análise dos resíduos de bio-oxidação por meio das técnicas de DRX e MEV/EDS. O processo de bio-oxidação mediado pela espécie Sulfobacillus thermosulfidooxidans foi mais eficiente quando comparado à lixiviação química pelo oxigênio em solução (ensaios controle). A bio-oxidação foi caracterizada pela precipitação de ferro, arsênio e antimônio (principalmente nos ensaios conduzidos com 10g/L de Fe2+ e pH 2,0). Foi constatado que no ensaio da influência da concentração inicial de Fe2+ os valores finais de extração de arsênio foram iguais a 15,56% (0,0g/L Fe2+), 25,42% (2,5g/L Fe2+), 36,56% (5,0g/L Fe2+) e 46,78% (10,0g/L Fe2+). Diante destes resultados, foi possível inferir que a suplementação de Fe2+, na forma de FeSO4.7H2O, se faz necessária para a eficiência da oxidação da amostra. No estudo da influencia do pH, a maior solubilização de arsênio foi constatada em pH 1,75. Os valores de extração final de arsênio no estudo da influência do percentual de sólidos sobre a bio-oxidação do concentrado foram: 46,21% (1,50% de sólidos), 37,80% (2,25% de sólidos) e 32,80% (3,00% de sólidos). A redução nos valores de extração com o aumento da concentração de sólidos parece estar relacionada com a necessidade de um tempo maior de reação, uma vez que não foi evidenciado prejuízos ao crescimento microbiano. As análises dos resíduos de bio-oxidação através das técnicas de DRX e MEV/EDS confirmaram o efeito catalítico dos micro-organismos na oxidação dos sulfetos em relação à lixiviação química pelo oxigênio dissolvido em solução. Diante disso, verifica-se o uso potencial da espécie Sulfobacillus thermosulfidooxidans na bio-oxidação de minérios refratários de ouro em temperatura mais elevada.
Bio-oxidação de um concentrado refratário de ouro por Acidithiobacillus ferrooxidans.
(2016) Carvalho, Liliane Coelho de; Leão, Versiane Albis; Leão, Versiane Albis; Barbosa, Leonardo de Paiva; Teixeira, Mônica Cristina
O ouro pode ser encontrado encapsulado na matriz de sulfetos tais como pirita e arsenopirita. Isso faz com que o processo de cianetação apresente baixo rendimento, uma vez que o íon cianeto não consegue penetrar na estrutura maciça dos sulfetos. Dessa forma, é necessário oxidar os tais sulfetos antes da extração do metal pelo cianeto. Dentre as alternativas para o tratamento de minérios refratários de ouro incluise a bio-oxidação, a qual é caracterizada pelo emprego de micro-organismos capazes de oxidar os sulfetos minerais. Na presente dissertação, a bio-oxidação por Acidiothiobacillus ferrooxidans foi aplicada inicialmente a um concentrado de flotação contendo sulfetos (10,58% Fe; 11,85% S; 1,88 % As e 3,16% Sb). Em seguida, foi conduzida a bio-oxidação do rejeito de flotação produzido a partir do mesmo minério que gerou o concentrado. Como o teor de ouro no rejeito é baixo (0,64g/t) a biooxidação é uma das tecnologias economicamente mais adequadas para reduzir tal refratariedade. Foram avaliados os efeitos da concentração inicial de Fe2+ (em g/L: 0,0; 2,5; 5,0 e 10,0), pH da suspensão (1,50, 1,75 e 2,00) e percentual de sólidos (m/v: 1,50%; 5,75% e 10,00%) na bio-oxidação do concentrado, medida a partir da dissolução do arsênio. Inicialmente, os ensaios de bio-oxidação foram realizados em shaker termostatizado, a 32°C e 150min-1 . O processo de bio-oxidação mediado por At. ferrooxidans foi mais eficiente quando comparada à lixiviação química pelo oxigênio em solução. Foi constatado que no ensaio que avaliou a influência da concentração inicial de Fe2+, o uso de 2,5g/L de Fe2+ promoveu um aumento de oito vezes na extração de arsênio em relação à condição sem a adição externa de ferro. Diante destes resultados, foi possível inferir que a suplementação de Fe2+, na forma de FeSO4.7H2O, se faz necessária para a eficiente da oxidação da amostra. No estudo da influência do pH, a maior solubilização de arsênio foi constatada em pH 1,75. A redução nos valores de extração com o aumento da concentração de sólidos parece estar relacionada à necessidade de um tempo maior de reação, uma vez que não foram evidenciados prejuízos ao crescimento microbiano. Foram também realizadas análises do produto da bio-oxidação pelas técnicas de DRX e MEV/EDS de maneira a complementar o entendimento dos fenômenos relativos à oxidação do concentrado. Verificou-se que a estibinita é pouco susceptivel a bio-oxidação, uma vez que a sua morfologia apresentou similiaridade com cristais do mineral original, enquanto os grãos de pirita foram atacados. Após a determinação dos valores ótimos das variáveis estudadas, foram conduzidos ensaios em sistema de garrafas de 10L e os produtos sólidos dos ensaios com o concentrado e o rejeito de flotação foram cianetados. Os testes de cianetação foram também realizados com as amostras sem pre-tratamento e apenas 20% do ouro foram recuperados, confirmando a refratariedade das amostras em estudo. A biooxidação demonstrou ser eficiente, uma vez que os produtos sólidos da etapa de biooxidação atingiram 84% e 85% de extração de ouro no caso do rejeito e do concentrado de flotação, respectivamente. Estes resultados confirmaram o efeito catalítico dos micro-organismos na oxidação dos sulfetos em relação à lixiviação química. Além disso, verifica-se a relevância do estudo do ponto de vista ambiental ao possibilitar o desenvolvimento de uma alternativa para a recuperação contido nesse rejeitos.
Biolixiviação de sulfetos secundários de cobre por micro‐organismos mesófilos em diferentes reatores agitados.
(2017) Cruz, Flávio Luciano dos Santos; Leão, Versiane Albis; Oliveira, Víctor de Andrade Alvarenga; Leão, Versiane Albis; Barbosa, Leonardo de Paiva; Rodrigues, Michael Leonardo Marques
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).
Cultivo de bactérias redutoras de sulfato (BRS) e sua aplicação na biorremediação de efluentes ácidos contendo metais.
(2009) Barbosa, Leonardo de Paiva; Teixeira, Mônica Cristina
A utilização de bactérias redutoras de sulfato (BRS) em tratamentos passivos de efluentes ácidos com metais pesados tem se mostrado uma atraente alternativa biotecnológica. A eficiência do tratamento pode estar vinculada com as condições do efluente (pH e concentração de metais) e com a concentração e origem do substrato orgânico. A variação na razão entre a concentração do substrato orgânico e do sulfato parece interferir na remoção biológica deste ânion em culturas mistas de BRS. O presente trabalho teve como objetivo cultivar culturas mistas de BRS mesófilas em sistema batelada com diferentes substratos orgânicos e em condições variadas de pH, avaliando o consumo biológico de sulfato e a tolerância a metais pesados. As culturas de BRS foram cultivadas a 35o C em meio de cultura líquido Postgate C com 3,0 gL-1 de sulfato, em pH 5,5 e 7,0. O lactato e o etanol foram os substratos orgânicos disponíveis para o metabolismo das BRS. As culturas cultivadas em condições ácidas com lactato como substrato orgânico promoveram a neutralização do meio ao longo do cultivo. A maior eficiência de remoção de sulfato foi de 98% na presença de lactato em pH 7,0, em uma razão DQO/sulfato de 2,0. Quando o etanol foi utilizado, a eficiência de remoção de sulfato foi de 50% em uma razão DQO sulfato de 3,6. Acúmulo de acetato no meio foi observado durante o cultivo de BRS devido à oxidação do lactato e do etanol. Concentrações variadas de metais pesados foram adicionadas ao sistema em condições neutras, havendo proliferação celular e consumo de sulfato na presença de cobre (10 e 20 mgL-1), manganês (10 e 20 mgL-1) e níquel (20 e 50 mgL-1). A presença de metais pesados dissolvidos no meio de cultivo interferiu na remoção biológica de sulfato, entretanto, a concentração de sulfeto produzido foi o bastante para remover acima de 95% dos metais presentes no meio. A caracterização morfológica e molecular revelou que a diversidade de espécies de BRS das culturas cultivadas em meio contendo lactato ou etanol era diferente. Os resultados deste trabalho indicam que essas culturas de BRS apresentam alto potencial para neutralização e remoção de sulfato e metais de efluentes contaminados.
Nickel, manganese and copper removal by a mixed consortium of sulfate reducing bacteria at a high COD/sulfate ratio.
(2014) Barbosa, Leonardo de Paiva; Costa, Patrícia Freitas; Bertolino, Sueli Moura; Silva, Júlio César Cardoso da; Cota, Renata Guerra de Sá; Leão, Versiane Albis; Teixeira, Mônica Cristina
The use of sulfate-reducing bacteria (SRB) in passive treatments of acidic effluents containing heavy metals has become an attractive alternative biotechnology. Treatment efficiency may be linked with the effluent conditions (pH and metal concentration) and also to the amount and nature of the organic substrate. Variations on organic substrate and sulfate ratios clearly interfere with the biological removal of this ion by mixed cultures of SRB. This study aimed to cultivate a mixed culture of SRB using different lactate concentrations at pH 7.0 in the presence of Ni, Mn and Cu. The highest sulfate removal efficiency obtained was 98 %, at a COD/sulfate ratio of 2.0. The organic acid analyses indicated an acetate accumulation as a consequence of lactate degradation. Different concentrations of metals were added to the system at neutral pH conditions. Cell proliferation and sulfate consumption in the presence of nickel (4, 20 and 50 mg l-1), manganese (1.5, 10 and 25 mg l-1) and copper (1.5, 10 and 25 mg l-1) were measured. The presence of metals interfered in the sulfate biological removal however the concentration of sulfide produced was high enough to remove over 90 % of the metals in the environment. The molecular characterization of the bacterial consortium based on dsrB gene sequencing indicated the presence of Desulfovibrio desulfuricans, Desulfomonas pigra and Desulfobulbus sp. The results here presented indicate that this SRB culture may be employed for mine effluent bioremediation due to its potential for removing sulfate and metals, simultaneously.
Remoção de sulfato e arsênio por ação de bactérias redutoras de sulfato em meio ácido.
(2016) Matos, Letícia Paiva de; Teixeira, Mônica Cristina; Gurgel, Leandro Vinícius Alves; Oliveira, Juraci Alves; Barbosa, Leonardo de Paiva
A remoção de Arsênio (As) em efluentes industriais pode ser realizada por processos físico-químicos ou biológicos, os quais vem sendo bastantes estudados como alternativas eficientes e de menor custo. Este trabalho visa estudar a remoção de sulfato e As(III) por bactérias redutoras de sulfato (BRS) associadas a uma biomassa proteica (BP), resíduo comumente encontrado na indústria avícola. Neste trabalho a biomassa proteica foi imobilizada em esferas de alginato de cálcio para diminuir possíveis perdas. Inicialmente, experimentos em batelada compararam a eficiência da remoção de SO4 2- e As(III) com fontes de carbono distintas (lactato de sódio, glicerol e BP), em pH ácido (5,0), em duas concentrações de As(III) (4 e 8 mg.L-1), com e sem a presença de BP. As condições de cultivo escolhidas foram utilizadas com o intuito de se diminuir os gastos com adequação do efluente e com a manutenção dos micro-organismos, visto que tanto o glicerol quanto a BP são subprodutos do agroindústria com pouco valor agregado. A remoção de SO4 2- e As(III) também foi testada em escala semí-contínua em reatores de fluxo ascendente, por aproximadamente 150 dias, utilizando-se, em algumas situações, BP imobilizada e água de torneira para o preparo do meio. As esferas de BP da porção superior e os precipitados gerados na porção inferior dos reatores foram analisados por MEV/EDS, para caracterização dos produtos. Nos testes em batelada, as concentrações iniciais de sulfato decaíram ao final dos experimentos, independentemente da condição experimental empregada, atingindo-se uma remoção final de SO4 2- entre 33-51%, ou 41-52%. empregando-se o lactato ou o glicerol como fonte de carbono, respectivamente. Na condição semi-contínua, obteve-se remoção de sulfato e As(III) de aproximadamente 74,8% e 80,0%, respectivamente. A maior remoção de As(III) alcançada foi de 6,89 mg.L-1 no reator com BP imobilizada, fonte de carbono glicerol e água destilada. A caracterização dos produtos sólidos por MEV/EDS comprovou que a biomassa imobilizada nas esferas de alginato adsorve o As. Simultaneamente, comprovou-se a participação das BRS no processo. A análise dos precipitados sólidos gerados nos reatores apontou a presença de compostos de As e enxofre, possivelmente sulfetos arsenicais, gerados a partir das reações do As(III) presente no efluente com o sulfeto biogênico gerado no processo biológico de redução de sulfato nas porções inferiores do reator. Dessa maneira, fica comprovada a eficiência do sistema aqui proposto. A cultura escolhida foi capaz de crescer em meio ácido, removendo sulfato, utilizando glicerol, BP e água de torneira como fontes de carbono e micronutrientes. A cultura de BRS foi capaz de remover sulfato e As(III) sem necessidade de oxidação prévia do As(III) a As(V) tanto por precipitação na forma de sulfeto arsenical quanto por adsorção na biomassa imobilizada em alginato de cálcio.