Biolixiviação da bornita, esfalerita e calcopirita em soluções de NaCl por Sulfolobus acidocaldarius.

Abstract

O aumento no consumo de metais e o declínio nos teores dos minérios, juntamente com a aplicação de princípios de sustentabilidade na indústria mineral, resultam na necessidade de processar minérios complexos e de baixo teor e resíduos de mineração, aplicando-se tecnologias ambientalmente corretas. Entre os minerais de cobre, a calcopirita é o mais abundante; no entanto, seu processamento hidrometalúrgico ainda é um desafio devido à estabilidade desse sulfeto em soluções aquosas. A bornita também é um importante mineral de cobre, comumente encontrado em associação com outros sulfetos secundários. No caso do zinco, sua extração ocorre principalmente pelo processamento da esfalerita pela rota ustulação-lixiviaçãoeletrólise. A biolixiviação é uma biotecnologia estabelecida que pode ser empregada de forma econômica na extração de metais, com baixo impacto ambiental. Sistemas de biolixiviação da calcopirita, no entanto, apresentam uma cinética lenta de dissolução do sulfeto, com baixas recuperações do cobre, principalmente se conduzidas com microrganismos mesófilos. Esse comportamento da calcopirita é descrito por um fenômeno conhecido como passivação, e diversas abordagens têm sido conduzidas com o objetivo de superar este problema, entre elas o uso de reagentes como o cloreto de sódio. Além disso, a adição de cloreto na (bio)lixiviação tem sido incentivada, não somente pela diminuição da passivação da calcopirita, como também pela possibilidade de aplicação da água do mar em processos hidrometalúrgicos, principalmente nas regiões onde há escassez de água doce. Portanto, a presente tese teve como objetivo investigar o uso da arqueia termófila extrema Sulfolobus acidocaldarius na biolixiviação da calcopirita, bornita e esfalerita na presença de 1,0 mol/L de cloreto, 2,5% de densidade de polpa e a 70ºC. A literatura tem demonstrado boas extrações de cobre por arqueias termófilas, mas o uso de cloreto é um desafio porque a maioria dos microorganismos de biolixiviação não crescem nas concentrações de cloreto necessárias para a dissolução da calcopirita. Além disso, a combinação entre termófilas extremos e cloreto ainda não foi aplicada a outros sulfetos e minérios de baixo teor. Nesse sentido, a presente tese abordou, também, a aplicação de diferentes concentrações de NaCl (0,25mol/L-1,0 mol/L) na biolixiviação de dois minérios calcopiríticos, com teores de 0,34% Cu (CO1) e 1,79% Cu (CO2). No caso da amostra de CO1, a maior extração de cobre (80%), entre os experimentos bióticos, foi obtida no ensaio com 1,0 mol/L NaCl. Com a amostra de CO2, a extração de cobre foi de ~ 83% para os experimentos abióticos realizados em todas as concentrações de cloreto investigadas e para os experimentos bióticos, conduzidos com 0,25mol/L e 0,50mol/L NaCl. A maior extração de cobre (98%), para a amostra de CO2, foi obtida no experimento contendo microrganismo e 1,0 mol/L NaCl, com 80% de cobre já dissolvido no terceiro dia de experimento. Nos experimentos de biolixiviação com os concentrados de calcopirita, bornita e esfalerita, na presença de 1,0 mol/L de cloreto, os resultados apresentaram um comportamento diferente dependendo da natureza do mineral. No caso da calcopirita, foi observada uma recuperação de 90% do cobre no experimento biótico com NaCl, que foi reduzida para 60% no experimento realizado na ausência da arqueia. Para a bornita, os experimentos com cloreto mostraram extrações de 84% e 77% de cobre na presença, e na ausência de microrganismos, respectivamente. Na ausência de cloreto, no entanto, a dissolução da bornita foi lenta e a extração de cobre foi baixa, ~35%, independentemente da presença do microrganismo. Por outro lado, a esfalerita não apresentou alta extração de zinco durante a biolixiviação por Sulfolobus acidocaldarius tanto na presença quanto na ausência de cloreto. A maior recuperação de zinco (~ 35%) foi observada no experimento biótico e na ausência de NaCl. Na presença de cloreto, uma extração de 20% de zinco foi alcançada no experimento biótico. Por fim, os mecanismos de biolixiviação dos três sulfetos investigados nas condições aplicadas na presente tese são diferentes devido à lenta taxa de oxidação do íon ferroso pela arqueia Sulfolobus acidocaldarius. A baixa capacidade deste microrganismo em produzir íon férrico foi prejudicial para a dissolução da esfalerita, mesmo na presença de cloreto, uma vez que a dissolução desse sulfeto só é favorecida em altas concentrações de íon férrico. No entanto, a biolixiviação da calcopirita é aumentada em valores de Eh mais baixos (na faixa de 350mV-450mV), pois a passivação é reduzida nessa faixa de Eh. Os resultados das análises de MEV-EDS e DRX mostraram grãos de esfalerita praticamente não reagidos, em todas as condições investigadas, enquanto enxofre elementar e jarosita foram identificados como produtos da biolixiviação da calcopirita na presença de cloreto. Além disso, a bornita foi transformada em novas fases sulfetadas de cobre (CuS e Cu3FeS4) no experimento abiótico com cloreto, mas nenhuma fase portadora de cobre foi identificada no resíduo do experimento biótico com o ânion. Portanto, a lenta capacidade da cepa de S. acidocaldarius em oxidar o íon ferroso resultou em baixos valores de Eh nos sistemas (< 450 mV), o que aumentou a dissolução da calcopirita e bornita na presença de cloreto, mas não permitiu altas recuperações de zinco da esfalerita.