Lixiviação bacteriana aplicada a um minério sulfetado de cobre da mi na de Sal obo, Car aj ás- PA- Br asi I. Gomes, F.J.(1)Frenay,J.

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Lixiviação bacteriana aplicada a um minério sulfetado de cobre da mi na de Sal obo, Car aj ás- PA- Br asi I

Gomes, F.J.(1)Frenay ,J.(2)

O presente trabalho aborda alguns aspectos da lixiviação bac -teriana aplicada a uma amostra do minério de cobre da jazida de Salobo, pertencente à Companhia Vale do Rio Doce. Através de en -saios

em

frascos agitados e colunas de per colação analisou- se o eleito de variáveis do processo tais como pH, densidade de polpa, granulometria, volume de inóculo e outros, nas taxas de solubi -lização do cobre contido. Os resultados obtidos são discutidos com base nos mecanismos de reação. As diferenças quanto aos níveis máximos de extração do metal são explicadas baseando- se nas ca -racterísticas físico- químicas das amostras. As implicações dessas características numa possível aplicação à nível industrial da biolixiviação são analisadas.

Bacterial leaching applíed to a sulfide ore of copper from Salobo mine, Carajás- PA- Brazil

The present work investigates the aspects of bioleaching applied to a sample ola copper ore from Salobo mine, belonging to Companhia Vale do Rio Doce. The eflect of process parame-ters(pH, pulp density, inoculum volumes and others) on lhe rate of copper solubilization is analysed through tests in shake llasks and percolation columns. A discussion ol these results based on a suggested mechanisms is also presented. The different rate ol me-tal extraction showed are explained taking into consideration the physical and physical- chemical properties of the samples. Fina-lly, lhe implications concerning bioleching industrial circuit applications are presented.

( 1)- Eng9 de Minas- UF<Y; M.Sc.

em

Engenharia Mineral pela Univ. de Li ége- Bélgica- Rua Randol to Br elas 6 7 - 354 00- Ouro Preto- M.G- Sr asi I.

( 2)- Université de Liége- Département de Métallurgie de Non Ferreux-Rue Armand Stévart 02 - 4000- Liége - Bélg_ica.

INTRODUÇÃO

O processo de biolixiviaçâo estudado por pesquisadores do mundo inteiro(1 ,2.),torna-se à cada dia, uma importante alter -nativa tecnológica para o tratamento de minerais. Sua aplicaç:lo possibilita a recuperação dos metais de minérios sulfetados con-tidos em pequenas jazidas, em rejeitas de minas ou em minas exauridas; no tratamento do ouro refratário destaca-se, atual-mente, o empr ego de circuitos contendo uma unidade de biolixivi-açâo, cuja função é degradar os sulfetos, geralmente associados ao metal, aumentando- se consideravelmente, a posterior recuperação pelo processo cl ás si co de ci anet ação.

Os principais microorganismos envolvidos na solubilizaçao de minerais sulfetados silo Thiobacil/us ferrooxidans e Thiobaccilus thiooxidans. Estas bactérias são capazes de obter energia através da oxidação de substratos inorgânicos e utilizam C02 como fonte de carbono. Thiobacillus ferrooxidans obtém energia através da oxidação do ferro, do enxofre e seus compostos reduzidos. Capazes de crescer em ambientes geralmente hostis à maioria dos outros microorganismos(pH ótimo de cultura próximo à 2,5.),estas bac-térias resistem à concentrações elevadas de metais em solução, são mesófilas(temperatura ótima de crescimento em torno de 30°C} e aeróbias estritas(1).

A biolixiviaçao, à nível comercial, vem sendo empregada nos EUA, Canadá, Chile e México para a recuperaçao de cobre;em al -guns países da Europa (por ex. Bulgária) para a produção de urâ -nio e na África do Sul, no pré- tratamento de ouro refratário à ci -anetaçâo.

A lixiviação bacteriana, apesar de apresentar cinéticas de extração, às vezes, excessivamente lentas, apresenta algumas vantagens em relação aos métodos clássicos em hidrometalurgia, tais como: baixos custos de investimentos e operacional, redução da demanda de insumos, não exige mão de obra especializada na o -peração.

Tendo em vista as características do minério de cobre en -contrado na jazida de Salobo, foram realizados inicialmente alguns ensaios exploratórios de biolixiviação, com o objetivo de estudar alguns aspectos inerentes à este processo.

742

As principais reações envolvidas na lixiviação do referido minério são;

Cal cosi

la-A calcosita é solubilizada em duas etapas tendo a coveli-ta(CuS) como um dos produtos intermediários da reação(3).

Cu2S + Fe2(S04)3 ---> CuS + CuS04 + 2FeS04

I

1 ] CuS + Fe2(S04)3 --- > Cu + 2FeS04 + so [ 2] Cu2S + H2S04 + 1/202 __ bact. ____ > CuS04 + H20

I

3] CuS + 202 ___________ bact. ____ > CuSO [ 4]

Bornita-A bornita é solubilizada em diversas etapas com formação da bornita não estequiométrica e da calcopirita(4)

CusFeS4 + X Fe2(S04)3 ---> Cus.xFeS4 + XCu S04 + 2XFeS04

I

5] Cus.xFeS4 +(4-X)Fe(S04l3---> CuFeS+(4-X)CuS04+(8-2X)FeS04+2So [ 6] CuFeS2 + 2Fe(S04)3 ---> CuS04 + SFeS04 + 2S0

I

_7] Os motivos que nos levaram a pensar no tratamento pela via mi-crobiana são diversos: em primeiro lugar, porque trata-se de um minério à baixo teor (inferior ao "cut-off" da jazida) o que in-viabiliza, do ponto de vista econômico, o seu beneficiamento nas usinas de !lotação; em segundo lugar, porque os principais mine-rais de cobre presentes encontram- se no estado sulfetado, o que constitui uma das características fundamentais para a viabiliza -çao deste processo. Além do mais, a importância de exercitar to-das as alternaJivas tecnológicas visando a recuperação de recur-sos naturais não renováveis, os custos ascendentes de energia, as preocupações com o meio ambiente e as exigências mundiais do controle da poluição, representam alguns outros aspectos que mo-tivaram a realização deste estudo.

MATERIAIS E METODOS

Amostra mineral- Caracterização

O minério proveniente da jazida de Salobo foi devidamente preparado e submetido à caracterização química e mineralógica (análise qualitativa) .

Os p r

l

n c i p a i s m i n e r a i s i de n t i f i c ado s f o r a m a m a g n e t i t a. s i -I i c a tos ( qu ar t z o. b i ot i ta. gr en ai i ta. c I o r i ta, ai m an di na) e h i dr óx i dos de ferro.Para os elementos de maior interesse encontrou-se os seguintes teor es:

Fe-31%; Si02-39,3%; Cu-0,52%; S-0,13%.

Os sulfetos encontram- se comumente associados à formações ter-r í f e r as e n os pI anos de f r a t u r a das r o c h as ( 6 ) . Os p r i n c i pai s sã o a calcosita (perfazendo de 45 à 50% do cobre contido) e bornita.

Foram ainda identificados a covelita. digenita e calcopir i ta.

Culturas bacterianas

Utilizou- se duas linhagens de Thiobacillus ferrooxidans: - a primei r a. proveniente de uma cultura mantida em I abor ató· rio, à35°C, na pr esença de um mineral sulfetadodeCu eZn, em meio 9K(5)por repiques mensais. Nos experimentos das séries 1F e 2F foram adicionado 10 mi desta cultura

-uma segunda linhagem,cultivada num bioreator de discos paraleiÓs e rotativas. à 35°C, alimentado continuamente, com uma soluçao de Fe 2+ à concentrações próximas de 9,0 g/ 1 e contendo os sais do meio 9K.

Lixiviação em frascos agitados

Avaliou- se a influência do pH,da densidade de polpa, da con· centração inicial do Fe3+ na lixívia e da granulometria.

Os e n sai os f o r a m r e a I i z ado s em f r as c os E r I e n m e y e r de 2 5 O mi, contendo 100 mi de soluçao, segundo as condições expostas na tabela I. Os frascos foram inoculados à 35° C, em mesa agitado-ra( 200 rpm).

As séries 1F e 2F foram inoculadas com a primeira linhagem de T. ferrooxidans, após 11 dias de cultura em presença do miné-rio alvo(período de adaptação); nas séries 3F e 4F foram utili· zadas as bactérias da segunda linhagem.

Periodicamente, alíquotas de 1,0 mi foram retiradas para de-terminações químicas, sendo que os volumes removidos e aqueles per di dos por evaporação, foram cor r i gi dos por adição de água destilada aos frascos, antes da amostragem. Os experimentos en-cerraram- se quando as análises não mostravam mudanças na con-centração do cobre.

744 Nos ensaios de controle (lixiviação âcida) em substituição ao inóculo, adicionou- se 5,0 mi de uma solução de metanol e thy-mol(bactericida). Estes testes foram realizados à pH igual à 2,0. Os 100 mi inoculados na série 4F representam na realidade, o volume total da lixívia; trata- se entao de uma lixíviação com sulfato férrico, produto da ação bacteriana,

TABELA 1- CONDIÇÕES DOS ENSAIOS DE UXIVIAÇÃO BACTERIANA EM FRASCOS AGITADOS

Qaodi~Q!!S S!Írl~ 1F Séri~H §!Írl~ :lE §!Írle 4F Dllosidad!l d!l J:lQIJ:la("tol 2 ]Q 25 25 lll::l l Q à J Q l Q à J Q 2Q 2Q Gcaoularn!ltcia(rnrnl

l QQ•t. Ul!lOQ[ QU!l Q lQ QlQ Q l àl

z

Q l à l

z

llalurn!l ioa!<ulada!rnll lQ ]Q ]Q JQQ [E!! !alai! iOil<ial (gll) Q à Q H Q ·a Q H QB Z6

Lixiviação em colunas de percolação

Série 1P-Lixiviaçao com sulfato férrico à uma concentração média de 9,0 g/ I, obtido pelo crescimento bacteriano no r eator de discos paralelos, à partir do qual estudou- se da influência da granulometria e da temperatura. Os ensaios foram realizados em colunas plâsticas (diãmetro=BO mm) segundo as condições da tabela 11. As soluções lixiviantes provenientes do bioreator fo-ram aplicadas manual e lentamente sobre as colunas à cada 24 ho-ras durante a primeira metade do ensaio e à cada 48 horas (em média) na segunda etapa. Após a percolação, alíquotas apropriadas foram retiradas para anâlises químicas. As soluções foram então, enviadas à cementação pelo processo convencional. Em seguida, estas soluções toram filtradas com papel de filtro e diluídas com a solução 9K. Após o ajuste do pH pela adição de âcido sulfúrico, a solução foi reenviada ao bioreator(fig.1).0s testes foram con-duzidos à temperatura ambierile dura·nte os primeiros 45 dias (coluna 1) e 39 dias (colunas restantes), após os quais as colu-nas foram colocadas numa sala à temperatura constante e igual à 3

s

•c

.

TABELA li-CONDIÇÕES DOS ENSAIOS DA SÉRIE 1 P DE PERCOLAÇÃO GQLUt:j8S

z

;} _!l Ef.!SQ QQ mioétíQ(g) l35Q l!l5Q ll5Q ll5Q Granulometria(mm) l QQo/o ío!f.!líQl à ZQ 5 Q l Q Q 15 Q H(mm) do minério

o

a ~Qiuo

a l!lQ HlQ l2Q l2Q \lQIUlDf.! <Hlli~adQ(i) l Q l 5 l Q l Q

I~·;'·'~

J

j\

IJ

J~; LS-~~~

2

-'K

OXIDAÇÃO PERCOLA.ÇÃO REDUCli.O DILUIÇÃO DO FERRO

FIG. I - MODO OPERATÓRIO- Série lP

Série 2P-Lixiviação bacteriana onde foram adotados dois tipos de procedimento: percolação descontínua e percolação contínua, à partir dos quais avaliou- se a influência do pH e da frequência de irrigação.lnicialmente não se adicionou ferro à solução lixivi·

ante( solução 9K). A granulometria do minério correspondeu àquela deli ni da como óti ma durante os testes da série 1 P (- 1, 70 mm) .Os testes foram realizados em colunas idênticas às da série anterior e segundo as condições expostas na tabela III. Para as colunas 5 e 6 loi adotado o mesmo tipo de irrigação utilizado na série 1P.

Após a percolação foram retiradas alfquotas apropriadas para as a n á I i ses q u f m i c as e c o r r i g i dos os p H das s o I u ç õ e s . Os v o I u m e s perdidos devido à evaporação e à amostragem para análises, foram corrigidos pela adição de água destilada,antes da amostragem. No caso das colunas 7 e 8 as soluções lixiviantes foram recirculadas constantemente pelo minério com uma bomba de fluxo continuo (ver fig.2). Todas as colunas desta série foram aeradas continu -amente com ar comprimi do.

TABELA III-CONDIÇÕES DOS ENSAIOS DA SÉRIE 2P DE PERCOLAÇÃO QQLUt:lliS li Ee~Q dQ míoé[ÍQ(>Jl 9!lQ l::l(mml QQ rnioé[ÍQ oa ~Qiuoa ]] Q \lQiurne <Hlli~adQ(I) l Q

\lazáQ ímllmiol o a·

gH

2

º

*na -n~o se aplica (ensaios descontínuos)

f2

COLUNA 5, pH ~.O COLUNA &, pH 2, 5 !i 965 ]]Q l Q o a 2 5

z

flQfl ]] Q l Q Q !l 2 Q

~

ELa

COLUNA 7: pH2,0 COLUNAS: pH2,5

FIG. 2-MODO OPERATÓRIO -Série 2P

!! 965 ]]Q l Q Q!l 2 :i 746

Percolação em grande coluna- finalizando nossos

experi-mentos foi ainda executado um teste de percolaçao, aqui

denomi-nado ensaio em grande coluna, utilizando- se uma coluna em PVC de

0,20 m de diâmetro e 1 ,2m de altura.

A solução lixiviante foi preparada em laboratório à partir do

sulfato férrico à uma concentração 9,0 g/1, sem os sais do meio

9K(com o objetivo de verificar o comportamento dos

microorga-nismos) e à pH=1,5. A solução foi inoculada com bactérias

pré-viamente adaptadas ao minério. O volume do inóculo foi de 1 ,O I e

o volume total da lixívia igual a 40 I. Foram lixiviados 48,6 Kg

de minério à uma granulometria inferior ·a 3,36mm, valor

in-termediário entre aqueles que possibilitaram os melhores re

-sultados durante a série 1P. A solução lixiviante foi

constante-mente recirculada pelo minério, mediante o uso de uma bomba

pe-ristáltica, à uma taxa de 16,0 l/h/m2, durante os primeiros 18

continuamente aerada com ar comprimido. As alíquotas para a do-sagem do cobre, ferro total e ferro ferroso foram retiradas pe· riodicamente. Estes volumes removidos, assim como a perda por evaporaçào, foram corrigidos pela adição de água destilada antes da amostragem. O controle do pH=1,5 foi efetuado pelo ajuste de ácido sulfúrico concentrado. Após o início da atividade bacteria-na houve tendência de estabilização do pH em valores próximos à 2,0. A partir de então não se adicionou mais ácido à solução.

Análises qu(micas

Nas amostras sólidas e líquidas o cobre e o ferro foram deter-minados por absorção atômica.O Fe2+ foi dosado por titulação com dicromato de potássio e o Fe 3+ calculado pela diferença entre o ter r o total e o ter r o ler r oso.

Avaliação da população bacteriana

Com o objetivo de estimar a concentração de bactérias em solução, aliquotas de O,Sml foram retiradas de tempos em tempos e obser-vadas em cél uI a de Thom a.

RESULTADOS E DISCUSSÃO Lixiviação em frascos agitados

Nos testes de lixiviação bacteriana a extraçao do cobre foi superior à 72%, atingindo valores próximos à 94% em condições mais ácidas (pH=1,0). Os ensaios de controle apresentaram val o-res máximos de solubilização em torno de 50%, o que demonstra a susceptibilidade do minério à ação bacteriana(fig.3) .A acidez das soluções lixiviantes está diretamente correlacionada com o cres

-cimento da população bacteriana, representado pela evolução dos valores do potencial oxi- redutor (figs.4 ou 5) . Na fase inicial de lixiviação o Eh mantém-se nos valores mínimos o que corres-ponde à fase de latência dos microorganismos. Durante esta fase considera- se que a lixiviaçao tem um caráter estritamente quí-mico. Os baixos valores do pH favorecem a dissolução dos nutri

-entes e substratos necessários ao crescimento bacteriano, inter-ferindo positivamente na redução do tempo de latência. A compa-ração entre as figuras 4 e 5 mostra que a densidade de polpa tam-bém influencia na duração da fase de latência ou fase de adaptação

748 bacteriana. É interessante notar que a avaliação da atividade bac-teriana, à partir dos critérios empregados(variação do Eh e do pH) tem um caráter aproximativo. Na realidade, na presença de quantia:> cada vez maiores de minério, pode ocorrer que as bac -térias não sejam, pelo menos nos primeiros dias de ensaios, ca -pazes de promover a oxidação do ferro com cinéticas

compará-veis àquelas do consumo de íons Fe3+ pelas reaçOes de

solubili-zação. Neste caso os valores do Eh não evoluem, mesnio que haja

uma atividade bacteriana no sistema. As figuras 3 e 4 permitem

visualizar a dependência da cinética de extração em relação ao desenvolvimento da população bacteriana (representado pela evo-lução dos valores do Eh.)

0,10 0,08

'

-o- pH 1,0 !'!]

....

_{pH 1,5} ::1

...

pH2,0 (.)

....

_pH2,5 -o- pH3,0

...

Control"

...

~ 0,02 0,00 o lO 20 30 di os

FIG. 3- INFLUÊNCIA DO pH NA EXTRAÇÃO DO Cu -d. p. 2%- Sé ri" IF

700 >

...

pHIP E

....

pH 1,5

L:

....

pH2,0 w

...

pH2,5 -o- ph 3,0 400 I _.J'J I

-

--

-11- Cortrole 300 o lO 20 30 dias

700 600

>

-Q- pH 1,0 E 500 _-+- pH 1,5 L

...

pH2,0 lJJ

....

pH 2,5 400 _-o-- ph3,0

...

Controle 300 200 o lO 3) 30 40 dias

FIG. 5 -INFLUÊNCIA 00 pH NA EVOLUÇÃO DO Eh- d. p. IO"'o- Série 2F

Os ensaios cujos inóculos continham concentrações mais elevadas

em ferro férrico produzido pela açao bacteriana (séries 3F e 4F)

sugerem que a concentraçao em ions Fe 3 +na lixívia sao

impor-tantes tanto em relação à cinética de extraçllo do metal, quanto em relação ao consumo de ácido, fato este já demonstrado por outros autores( 3). Após 6 dias de lixiviação extraiu- se 34,6% contr.a 78,0% do cobre, respectivamente para concentrações iniciais ern Fe3+de 0,80 g/1 e 7,6 g/1, ·a granulometria inferior à 0,10mm. A cinéti.ca de extração apresentou uma certa independência ern re-lação à granulometria durante os primeiros dias de lixiviaçao, pois as quantidades dissolvidas sao sensivelmente próximas. Este fato deve- se, por um lado,à solubilização do cobre contido nos finos de cada classe granulornétrica e por outro lado, ao consumo total dos íons Fe3+que limita a extração, quando o minério

en-contra-se em faixas granulométricas mais reduzidas. Nos testes

da série 3F verificou- se que a atividade bacteriana não se mani-festou quando a granulomelria do minério era igual ou superior à 0,42 mm. No entanto as observações ao microscópio comprovam a presença de bactérias em solução e as análises qufmicas apontam a

existência de ferro( substrato) na lixívia. Estima- se entao,que o perfodo de latência dos microorganismos é superior ao tempo de realizaçao dos ensaios nas condições ora impostas. Esta estima-tiva é baseada nos resultados da série 4F, onde comprovou- se que a dimensao das partículas nao limita o crescimento bacteriano.

80 70

~

60 o 1--z w lE õ 50 z lll 40 F~3t à 0,8 g/ I F~Jt. à 7,6 g/1 30+-~~~--~--~~~~--~--, op o,s 1,0 1,s 2,0

GRANULOMETRI.\ ·mm ( 100°/o INFERIOR A I

FIG. 6- INFLUÊNCIA DAGRAI'IJLOMETRIA E DA CONCENTRAÇÃO OE IÓNS Fel• NO

RENDIMENTO DE EXTRAÇÃO 00 COBRE - Se"ries 3 F e 4 F

750

O minério de Salobo é consumidor de ácido( tabelas IV e V);

mesmo durante a etapa de crescimento exponencial

bacteria-no(aumento do Eh) houve necessidade de se adicionar ácido sul· !úrico para que o pH se mantivesse nos valores pré-

estabeleci-dos. Entretanto, os ensaios esterilizados à pH=2,0 apresentam

consumos de H2S04 ainda mais elevados do que aqueles conslatados

ao curso dos ensaios inoculadose ao mesmo pH. Obviamente os

me-nores valores para o consumo específico foram apresentados pelos

testes inoculados e à pH=3,0. Ressalta- se que nestas condições

obteve- se laxas significativas de extração, ou seja 81% e 72%,

respectivamente para os testes das séries 1F e 2F. A diferença

entre os valores do consumo de ácido entre as séries 3F e 4F pode

ser, à princípio, justificada pelo número de bactérias inoculadas

na série 4F {aproximadamente 10 vezes superior ao da série 3F) e pela maior seletividade do sulfato férrico, que ataca preferen

-cialmente os sulfatos. As condições nas quais a lixiviação bacte-riana é realizada favorecem a formação de precipitados (7,8). Estima- se que os valores reduzidos de exlração observados nos

lestes, cujas granulometrias sao maiores podem ser, em parte,

consequência da precipilação do ferro que dificulta o acesso da

soluçao lixiviante à superffcie minerai.Evidentemente, o grau de

751 consiste num outro fator que limita os rendimentos de extração. Um aspecto interessante é o fato das bactérias das séries 3F e4F

não terem sido, previamente adaptadas ao minério, o que não

impediu a obtenção de índices elevados de extração do metal.

TABELA IV- PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS -Séries 1F e 2F

Série1 F Série 2F

pH Rend. HzS04 HzS04 Rend. HzS04 H2S04

(0Ío) (KQL!) (Q/Q

Cul

(0Ío) (~Q/!l (Q/Q

Cul

1 Q !:14 ::! ;);)O 74 1 Z!:l !:l J::!Q 9:\2 1 _:i SJ 2 1J:i l 37 2 z2 e lZQ 4e l 2

o

!22 4 !:lQ 1 21 :i

zz.z

eJ 1 22 2 2 5 62 l 1Q 2 ]1 2 Z5 Q 35

z

1

o

a

J Q 6] 1 19 2 1 9 Z2 1 2Q 2 5

z

QQn' 50 4 11 o 46 6 42 e 2Q 6 J9 2

TABELA V-PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS -Séries 3F e 4F

Série3F Série 4F

Gran. Rend. H2S04 H2S04 Rend. H2S04 H2S04

(%) (~Q/!l (Q/Q

Cul

(0Ío) (~QLI) (Q/Q

Cul

-1 7 32

z

Z4 Q 46 4 16 1 1::1 l 19 9 ·Q 6 J:i Q 6J 1 16 5 52 2 12 6 1 g

z

-Q 1 J9 11 51 9 J1 9 2J 5 1J2 1 J 2 -Q 2 7Q ll 56 6 17 1 ZH 22 l 2 1 -Q 15 76 !:l :i;) l 1 J 6 ZZl 12 2 J 2 -Q l 6Q

z

51 2 1 J J 76 l !:l :1 2 2 QQn" 4::1 5 :iJ l ' 2J 9 5::! 2 1J 2 1

z

Gran.- Granulometria 'Con- -Ensaio de controle pH 2,0; "Con.-Ensaio de controle pH 2,0, ensaios de controle à granulometria inferior à 0,1 mm.

LI XI VI AÇÂO EM COLUNAS DE PERCOLAÇÃO·

Série 1 P- Lixiviação com sulfato férrico

A figura 7 representa a recuperação do cobre em função do

tempo

e

indica a influência da superffcie específica

e

do grau de

liberação sobre os resultados globais da lixiviação. Antes que a

atividade dos microorganismos pudesse ser detectada (potencial

oxi-redutor após percolação, superior ao potencial oxi-redutor

antes da percolação~foram extraídos aproximadamente 52%, 28%,

23%

e

24% do metal, respectivamente para as· colunas 1, 2, 3 e

4. Nota- se ainda na referida figura, que o infcio da atividade

restan-752

tes), não corresponde a uma aceleração na cinética de sol ubi I i za-çãodometal. 100 ao 60 :::J <.) ~

::j/~

-

-o -& ·I, 70mm -+- -5,00nm -o- -IO,Omm

o

~ -15Pmm

o

20 40 60 ao 100 di os

FIG.7-LIXIVIACÃO CCM SULFAlO FE.RRICO- INF1..1JÊNCIA DA GRANULOMETRIA NA EXTRAÇÃo DO COBRE. Séri~ lP

Por outro lado, sabe- se que a temperatura pode agir sobre o processo de difusão dos reagentes através da camada limite en-volvendo as partículas do minério, sobre a cinética das reações e no caso do tratamento bacteriano, sobre o metabolismo microbia-no( 9) . A mudança de tem per atura de

zs

o

c

par a 35°C após 45 di as acarretou uma melhoria( mesmo que pouco expressiva) na cinética de extração, inversamente proporcional às dimensões das partí-culas. Ao mesmo tempo observou- se uma diminuição do Eh após a percolação.Estas duas constatações(aumento da velocidade de ex-tração e redução do Eh) que, à principio parecem paradoxais podem ser compreendi das quando considera- se que a mudança de temperatura tem como efeito principal a melhoria da cinética das r eações de sol ubi I i zaçao.

A proximidade entre os valores de extraçao relativamente reduzidos do cobre nas faixas superioes de granulometria(43% à -1 O mm e 44% à- 15 mm) sao indfcios da pouca porosidade e do grau de liberação insuficiente que se obtém para estas dimensões de graos.Por outro lado obteve- se 53,0% e 80,0% respectiva-mente para granulometrias Inferiores ·a 5,0 mm e 1,70 mm.

Série 2P- Lixiviaçãobacteriana

Estes experimentos confirmam a dependência da cinética de

extração em relação à concentração de íons Fe 3 +na lixívia. Se compararmos os rendimentos de extração para a granulometria inferior à 1 ,70mm, dada como ótima na série anterior, com aque-les obtidos nesta série teremos 80% contra aproximadamente 33%{coluna 5) e 52% {coluna 7) à pH=2,0.

Quando adicionou- se às soluções lixiviantes 1 ,O g/ I de sulfato férrico, ao 15° e 28° dia,respectivamente para as colunas 7 e 8

{fig.9) e após 33 dias e 77 dias para as colunas 5 e 6 {fig.8), observou-se uma interferência positiva(apesar de pouco

expres-siva) nos níveis de solubilização do metal. Desta forma

demons-tra- se que a adição de reagentes controla a cinética das reações. A pH=2,0 a taxa de dissolução do ferro é mais elevada que à

pH=2,5 e sua precipitação limitada. O ferro é então oxidado à partir da ação bacterian<J, resultando num índice de recuperação mais elevado. No entanto a presença do ferro em soluçao é um dos

aspectos que exige um estudo detalhado pois, apesar do efeito po

-sitivo que ele exerce no metabolismo energético das bactérias,sua

presença pode interferir de forma negativa na extraçao final do metal por el etrodeposição,extração por solvente ou por cemell-tação.Neste último caso,por exemplo,o ferro férrico contido nas soluções ricas em cobre induzem à reação que consome Fe0

:

[ 81

Nas condições dos experimentos o ferro em solução tende a se precipitar devido, entre outros, à pr esença de íons alcalinos ou de amônia(?) e interfere, cer tamente, nos resultados finai s da I i x i v i a ç

a

o. Os p r

e

c i p i t ado s di I i cu I t a m c o n t a c t o e n t r e a s o I u ç ã o e

a superfície mineral. Um aspecto favorável advindo da precipi

-tação do ferro é a produção de ácido sulfúrico à partir das

rea-ções de hidrólise do sulfato férrico e que reduzem a demanda deste reagente durante a biolixiviação:

Fe2(S04)3 + 2H20--->2Fe{OH)S04 +H_{2S0 4} 19) 1/2 Fe2{S04)3 + 6H20···> H(Fe(S04)2 + 2Fe{OH)3 _+5/2H2S04 (10]

.·\ ;

n

i, :I

.

,

'·

[·;: 'l

I

754

A alternância entre períodos de irrigação e repouso facilita o transporte de 02 e C02 ao sistema(9) e pode promover a obtenção de soluções mais concentradas. Em princípio,o repouso deveria permitir às bactérias um tempo mais prolongado para a rege-neração de Fe 3 +nas soluções e no interior das colunas. Nossos resultados apontam para a realização da percolaçao de modo con-tínuo, pois tem-se neste caso, para um mesmo tempo de ensaio 52% contra 33% de extração, quando alterna- se períodos de ir-rigação e de repouso.No último caso tem- se, em compensação,um consumo de ácido de 15 Kg/tonelada de minério, o que corres-ponde, aproximadamente,à metade do valor encontrado para a lixi-viação em contínuo 32,0 Kg/1, estando ambos à pH=2,0.

Para os testes à pH=2,5 estas diferenças são ainda mais sig-nificativas ou seja,5,4 Kg/! contra 13,0 Kgit.(tabela VI)

TABELA VI-RESULTADOS DOS ENSAIOS DE PERCOLAÇÃO-Série 2P

COLUNAS p-i Granul.(mm) T lix. Recup. H2S04 :i

6

z

8

1QO% ªQaixQ (dia§) QL!-% ~g/l

2

º

l

z

!.l2 ~~ 2 l :i 2 2 5 l

z

62 25 5I 5~ 2 Q l

z

82 52 2 ~2 11

n

1 7 _!22 ~1 :;; l ~ 2 4,0 3,5 3,D 2, 5

'

!?} 2,0 ::J u 1, 5 I ,O 0,5 -G Cu-pH 2,0 -+- Cu-pH2,5 0,0

o

20 40 60 80 100 dias

ftG.8-PERCOLAÇÃO DESCONTI,NUA- INFLuENOA DO pH NA EXTRAÇÃO DO Cu Série 2P

-::::: !? ::J (.) 755 4,0 3,5 3,0 2,5 2.,0 1,5 1,0 0,5 -o-_-+- Cu-pH2,0 Cu-pH2,5 0,0 o 20 40 60

e o

100 dias

FIG. 9 - PERCOLAÇÃO CONTINUA -'INfLUENCIA DO pH NA EXTRAÇÃO DO Cu

Série 2P

Lixiviação em grande coluna

A figura 10 mostra a curva de extração do cobre no teste de

lixivi4ção com solução de sulfato férrico inoculada. Observa- se

uma tendência de estabilização da extração após aproximadamente 25 dias, o que pode ser atribuído à dois fatores principais : grau de liberação dos sulfetos e formação de precipitados. No final

deste experimento, com duração de 42 dias, obtém- se uma

solubilização de 60%. Durante as primeiras 48 horas de ensaio

foi extraído aproximadamente 26% do metal contido.

No quarto dia, após a constatação de que praticamente não ha-via mais ferro férrico na solução, adicionou- se sulfato férrico, de modo à obter uma concentração de 2 g/1. No entanto, a cinética de extração não foi modificada de maneira expressiva, sugerindo

que, à partir de então, os fenômenos de dissolução do cobre

po-deriam estar sendo controlados por fatores tais como a superfície específica, a difusão da lixívia no interior do leito de minério, o crescimento da atividade bacteriana, etc ...

756 7,00 6,00 5,00 4,00 :;::: !'!} 3,00 :::> (.) _2,00 I ,00 0,00 o 10 20 30 40 ~ dias

FIG. 10-EVOLUçÃo NA CONCENTRAçÃO DO COBRE NA GRANDE COLUNA

A regeneração do Fe 3+ começa a se manifestar mais

intensa-mente após cerca de 11 di as. Entretanto nenhuma mudança ex-pressiva foi registrada na cinética das reações. Logo estima- se, por consequência, que a dissolução do metal não está mais ligada a

fatores de natureza microbiológica. A precipitação do ferro, mais

acentuada à partir daquele instante, certamente contribuiu para a

limitação do rendimento de extração (fig.11). No final do ensaio todo o ferro ferroso havia sido reooxidado pelos microorganimos.

16 16 :;::: 14 01 o

-

_o 12

-

G> u. lO 6 6 o lO 20 30 40 50 dias

757

A redução da vazão de irrigação para 8,0 1/h m2 no 18° dia, praticamente não influenciou a cinética de extração.

A

partir do 19° dia houve uma tendência de estabilização do pH em valores próximos à 2,0. Desde então, foram dispensados os ajustes de áci-do sulfúrico.Assim o consumo atingiu 66,2 Kg/t ou ainda 23,7g/g

de cobre extraído.Estes valores são comparáveis àqueles obtidos

nos ensaios de lixiviação bacteriana em frascos agitados (séries

1F e2F) à pH 2,0 e 2,5. Apesar da soluçao lixiviante ter sido

preparada sem os sais do meio 9K, constatou- se que o crescimento bacteriano nao foi prejudicado,sugerindo a presença destes

ele-mentos na composição química do minério. A acumulação de finos produzidos pela moagem e pela lixiviação não prejudicou o

esco-amento da sol ução.No entanto foi constatada a for mação de fi nas

camadas horizontalizadas de precipitados de ferro que, numa ins-talaçao de porte industrial, poderá se constitiuir num sério obstáculo operacional. As tab. VIl e VIII mostram a distribuição granulométrica e os teores de Cu antes e após a percolação.

TABELA VIl-DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA E DE TEORES DE Cu ANTES DA PERCOLAÇÃO

Dimensões peso teor Cu peso Cu % Cu % Cu

(mm) (%) (%) !9) total acumul. -5,00 + 3,36 5,30 0,52 13,48 5,82 5,82 -3,36 +1 ,70 41,7 0,44 89,34 38,60 44,42 -1 70 +1 '18 14 9

o

50 3616 15 62 60 04 -1 '18 +0,85 8,30 0,48 19,39 8,38 68,42 -0,85 +0,42 13,1 0,54 34,31 14,82 83 24 -0,42 +0,21 7,20 0,46 16,08 6,95 90,19 -0,21 +0,15 2,40 0,54 6,33 2,74 92,93 -0,15 7,00 0,48 16,36 7,07 Total 100

o

47 231 44 100 100

758

TABELA VIII-DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA E DE TEORES DE Cu APÓS A PERCOLAÇÃO Dimensões (mm) -5,00 +3,36 -3.36 +1,70 -1,70 +1.18 -1,18 +0,85 -0.85 +0.42 -0,42 +0,21 -0,21 +0,15 -0,15 Total peso teor Cu

i!!..l

ru

5,40 0,26 34,9 0.24 14,1 0,16 7,30 0.16 15.4 0.12 7,60 0,14 2,80 0,14 12.4 0,17 100 0.18 peso Cu

i91

6,82 40.73 11.00 5.60 8.99 5.18 1.91 . 10,26 90.49 Cu reeuE.J.gl 6,66 48,61 25,16 13,76 25.32 10,9 4,42 6.1 140.93

Note- se a proximidade entre os teores residuais do metal quando

as dimensões dos grãos são inferiores 'a 1,70 mm.Este fato indica

a dificuldade de lixiviação de parte do cobre contido no minério,

mesmo à granulometrias mais reduzidas.

CONCLUSÕES

Os I e sI e s i n di c a m q u e o m i n é r i o à b a i x os 1 e o r e s em c o b r e p r o

-veniente da mina de Salobo- Carajás é susceptível de ser tratado pela lixiviação bacteriana. Apesar de ainda serem exigidos muitos estudos complementares,pode-se sugerir um circuito de trata-mento que envolva a lixiviação em duas etapas:

-num bioreator seria preparada uma solução de sulfato férrico a

ser irrigada sobre uma pilha contendo o minério à uma

granulo-metria pré- estabelecida. A grande vantagem deste circuito con

-siste na possibilidade de otimizar cada uma das etapas(bio

-oxidação do ferro e extração do cobre) separadamente. O

compor-tamento dos finos e a formação de precipitados seriam alguns dos

principais parâmetros a serem detalhadamente avaliados.

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