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

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dc.contributor.advisorLeão, Versiane Albispt_BR
dc.contributor.authorMartins, Flavio Luiz
dc.contributor.refereeLeão, Versiane Albispt_BR
dc.contributor.refereeRodrigues, Isabel Cristina Bragapt_BR
dc.contributor.refereeDonati, Edgardo Rubénpt_BR
dc.contributor.refereeSilva, Ruberlan Gomes dapt_BR
dc.contributor.refereeOliveira, Víctor de Andrade Alvarengapt_BR
dc.date.accessioned2023-05-05T20:23:24Z
dc.date.available2023-05-05T20:23:24Z
dc.date.issued2023pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractO 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.pt_BR
dc.description.abstractenThe increase in metal consumption and decline in ore grades along with the application of sustainability principles in the mineral industry result in a need to process low-grade ores and residues by applying environmentally-friendly technologies. Among the copper minerals, chalcopyrite is the most abundant; however, its hydrometallurgical processing is still a challenge due to the stability of this sulfide in aqueous solutions. Bornite is also an important copper mineral, commonly found in association with other secondary sulfides. In the case of zinc, its extraction occurs mainly through sphalerite processing by the roasting-leachingelectrolysis route. Bioleaching is an established hydrometallurgical technology that can be costeffectively employed in the extraction of metals, with low environmental impacts. Chalcopyrite bioleaching, however, shows slow dissolution kinetics, with low copper recoveries, especially if performed with mesophilic microorganisms. This chalcopyrite behavior is described by a phenomenon known as passivation, and several approaches have been carried out aiming to overcome this problem, including the use of reagents such as sodium chloride. Furthermore, the addition of chloride in (bio)leaching has been encouraged, not only because of the decrease in chalcopyrite passivation, but also due to the possibility of applying sea water in hydrometallurgical processes, mainly in regions where fresh water is scarce. Therefore, the present thesis aimed to investigate the use of the extreme thermophilic archaea Sulfolobus acidocaldarius in the bioleaching of the minerals chalcopyrite, bornite and sphalerite in the presence of 1.0 mol/L chloride, 2.5% as pulp density and at 70ºC. The literature has demonstrated good copper extractions by thermophile archaea, but the use of chloride is a challenge because most bioleaching microorganisms do not grow at the chloride concentrations required to significantly improve chalcopyrite dissolution. In addition, this combination of extreme thermophiles and chloride has not been applied to other sulfides and to low-grade copper ores. In this regard, the current thesis also addressed the bioleaching of two chalcopyrite ores, assaying 0.34% Cu (CO1) and 1.79% Cu (CO2) evaluating the addition of 0.25mol/L-1.0 mol/L NaCl concentrations. In the case of the CO1 sample, the highest copper extraction (80%) among the biotic experiments was obtained in the test with 1.0 mol/L NaCl. With the CO2 sample, the copper extraction was ~ 83% in the abiotic experiments carried out with all chloride concentrations investigated and also in the biotic experiments with 0.25 mol/L and 0.50 mol/L NaCl. The highest copper extraction (98%) was achieved in the experiment containing microorganism and 1.0mol/L NaCl, with 80% of copper already dissolved in the third day of the experiment. Furthermore, bioleaching of chalcopyrite, bornite and sphalerite concentrates by Sulfolobus acidocaldarius in the presence of 1.0 mol/L chloride showed different behavior depending on the nature of the mineral. In the case of chalcopyrite, a 90% copper recovery was observed in the biotic experiment with NaCl, which was reduced to 60% in the experiment carried out in the absence of the archaea. In addition, the experiments with chloride showed 84% and 77% copper extractions from bornite, both in the presence and absence of microorganisms, respectively. In the absence of chloride, however, bornite dissolution was slow and the copper extraction was low, ~35%, regardless if biotic or abiotic conditions were applied. On the other hand, sphalerite did not present high zinc extractions during its bioleaching by the archaea in the presence of chloride. The highest zinc recovery (~ 35%) was observed in the biotic experiment and in the absence of NaCl. In the presence of chloride, a 20% zinc extraction was achieved in the biotic experiment. The bioleaching mechanisms of the three sulfides investigated under the conditions applied in the current thesis are different due to the slow oxidation rate of ferrous ion by Sulfolobus acidocaldarius. The low ability of the archaea to produce ferric iron did not improve sphalerite dissolution, even in the presence of chloride, as sphalerite dissolution is only viable at high ferric iron concentrations. On the other hand, chalcopyrite bioleaching at lower Eh values (in the range 350mV-450mV) was increased because passivation is reduced at this Eh range. SEM-EDS and XRD results showed nonreacted sphalerite grains in all conditions investigated, whereas elemental sulfur and jarosite were identified as products of chalcopyrite bioleaching in the presence of chloride. In addition, bornite was transformed into new copper sulfide phases (CuS and Cu3FeS4) in the abiotic experiment with chloride, but no copper-bearing phase was identified in the residue of the biotic experiment with the anion. Therefore, the slow capability of the S. acidocaldarius strain in oxidizing ferrous ion resulted in low Eh values in the systems (< 450 mV), which increased chalcopyrite and bornite dissolution in the presence of chloride, but did not enable high zinc recoveries from sphalerite.pt_BR
dc.identifier.citationMARTINS, Flavio Luiz. Biolixiviação da bornita, esfalerita e calcopirita em soluções de NaCl por Sulfolobus acidocaldarius. 2023. 100 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/jspui/handle/123456789/16541
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 02/05/2023 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.pt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/*
dc.subjectSulfeto de zinco - esfaleritapt_BR
dc.subjectLixiviação bacterianapt_BR
dc.subjectSulfeto de cobrept_BR
dc.subjectSalpt_BR
dc.titleBiolixiviação da bornita, esfalerita e calcopirita em soluções de NaCl por Sulfolobus acidocaldarius.pt_BR
dc.typeTesept_BR
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