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Universidade Federal de Minas Gerais Departamento de Engenharia Qumica Disciplina: Biotecnologia aplicada Engenharia Qumica. Professora: rika Cren
Biolixiviao
Guilherme Marques Rodrigues
Belo Horizonte, 08 de novembro de 2011
SumrioLixiviao Exemplos Etapas Eh-pH Biolixiviao Importncia Vantagens e Desvantagens Tcnicas Mecanismos Exemplos de Aplicaes
A Lixiviao
Operao unitria de transferncia de massa. a recuperao de uma espcie metlica em um dado minrio por um solvente seletivo (agente lixiviante).
A LixiviaoDuas correntes: Corrente de slidos insolveis formada pela ganga do minrio Corrente de licor de lixiviao composto pela soluo do mineral de interesse.
No seletiva Necessita de uma etapa posterior de purificao, em geral a extrao por solventes.
Exemplos de lixiviaoExtrao de cobre com cido sulfrico ou solues amoniacais. Extrao de ouro com cianeto de sdio. Extrao de acar da beterraba com gua quente. Produo domstica e industrial de ch e caf.
Lixiviao etapas envolvidasPoro da Camada de Inertes B
A 4 A 1 3 2
B 5
Difuso Adsoro Reao Dessoro
Camada Limite Partcula Slida
Os diagramas Eh-pHEh (Volts) Zn - H2O - System at 25.00 C0 -2 -4 -6 -6 -4 -2 0
2.5 2.0 1.5 1.0Eh (V)
0.5 0.0
Zn2+
Zn(OH)2
-0.5 -1.0 -1.5 -2 0 2 4 6pH0 -2 -4 -6
Zn
8
10
12
14
C:\HSC4\CEpHSD3.EPT
ZnO2-
16pH
A importncia da Biolixiviao
85 % da produo mundial de zinco a partir de minrios sulfetados rota hidrometalrgica. Ustulao, lixiviao, extrao por solventes e eletrlise. Produo de SO2 que gera passivos ambientais, como chuva cida.
A importncia da biolixiviao
Rota hidrometalrgica no vantajosa quando os sulfetos tem elevado teor de ferro, devido formao da ferrita de zinco (ZnO.Fe2O3). No processo de biolixiviao, os sulfetos so oxidados a sulfatos.
A lixiviao bacteriana - BiolixiviaoCertas bactrias possuem a capacidade de catalisar a oxidao de elementos como on ferroso e/ou enxofre reduzido. A partir dessa oxidao, elas produzem energia necessria para seu crescimento. Tratamento de minrios sulfetados: Ouro, urnio, cobre, zinco, nquel, cobalto
A Biolixiviao
O efeito no mineral (por exemplo: pirita FeS2 e arsenopirita FeAsS) a quebra das ligaes, liberando ons solveis e cidos sulfurados.
Os produtos formados podem reagir com outros minerais presentes os quais no contm tanto on ferroso quanto enxofre reduzido.
A lixiviao bacteriana - Biolixiviao
Thiobacillus Ferrooxidans
MecanismoOxidao Pirita (1) Mecanismo Direto (2) Mecanismo Indireto-Catlise Bacteriana (3) Mecanismo Indireto-Reao Qumica (4) Recuperao cido Sulfrico-Cat.Bac.(1) (2) (3) (4)
Vantagens/Desvantagens
Biolixiviao: Processos conhecidos a centenas de anos Apenas recentemente so estudados Catalisadores de reaes oxidativas
Necessidades: Planejar, controlar e otimizar os processos Diminuir custos Aumentar produtividade Conhecer modificaes: Qumicas, fsicoqumicas, geologia, mineralogia e engenharia
Vantagens/Desvantagens
Vantagens/DesvantagensVANTAGENSTratam concentraes muito baixas; Atacam minrios com enxofre Sem problemas ambientais Baixos custos de investimento e de operao Equipamentos e procedimentos simples
DESVANTAGENSLentas Necessitam de CO2, O2 e nutrientes Sensveis a pH e Temperatura Poucas aplicaes em escala comercial
Variveis ImportantesTamanho de partcula Distribuio da soluo (cido, ferro, calcrio, nutrientes) Aerao Temperatura Densidade da polpa Condies Ambientais
Temperatura
Dependncia da Temperatura na taxa de oxidao em minrios de pirita-arsenopirita
Densidade x Aerao x Lucro
Determinao do ponto timo
Condio de Operao tima
Tcnicas
Tanques Agitados
Pilhas ou Montes (percolao)
Tanques Agitados
Minrios de alta concentrao e oxidao rpida, Altos custos energticos: Cominuio, agitao, resfriamento
Usado com ouro refratrio e urnio
Pilhas ou Montes
Minrios de baixa concentrao, geralmente rejeitos. Baixo custo inicial e de operao Requer meses para obter o mximo rendimento.
Usado com Calcopirita, resduos contendo ouro
Pilhas ou Montes
Pilhas ou Montes
Pilhas ou Montes
Pilhas ou Montes
Variao da Temperatura: Processo Exotrmico
Aplicaes da BiolixiviaoPrincipais espcies: Thiobacillus ferrooxidans e Thiobacillus thiooxidans. Bactrias ferrooxidans catalisam as reaes:
2 FeS 2 7O2 2 H 2 O 2 Fe
2
4SO
2 4
4H
2 Fe
2
1 / 2O2 2 H 2 Fe
3
H 2O
Aplicaes da BiolixiviaoBiolixiviao do cobre principal aplicao da biotecnologia na rea mineral. Bactrias Thiobacillus ferrooxidans (temperaturas moderadas) e bactrias do gnero Sulfolobus (altas temperaturas).
Aplicaes da Biolixiviao
Minerais de cobre geralmente associados pirita (FeS2).
2 FeS 2 7O2 2 H 2 O 2 FeSO4 2 H 2 SO44 FeSO4 O2 2 H 2 SO4 2 Fe 2 ( SO4 ) 3 2 H 2 O
4CuFeS 2 17 O2 2 H 2 SO4 4CuSO4 2 Fe 2 ( SO4 ) 3 2 H 2 OCalcopirita
Aplicaes da Biolixiviao
Processo BIOX recuperao de ouro
Aplicaes da Biolixiviao
Processo BioxUso de trs tipos de bactrias: Thiobacillus ferrooxidans, thibacillus thiooxidans e leptospirillum ferrooxidans.
Quebram a matrix de minerais sulfetados (arsenopirita, pirita) que encapsulam o ouro, permitindo a sua extrao por cianetao. As bactrias se aderem a superfcie no minrio e catalizam a reao de oxidao dos sulfetos
Processo BioxTemperatura entre 40-45C com camisa resfriadora devido a reao ser exotrmica pH entre 1,2 e 1,6 devido as bactrias acidfilas Teor de slidos de 20% Concentrao de oxignio maior que 2% controlada pela aerao do tanque Adio de nutrientres com nitrognio fsforo e potssio
Processo Biox
Controle da concentrao de dixido de carbono para manter o crescimento celular das bctrias, podendo ser controlado pela injeo de ar ou garantido pela presena de minerais carbonatados ou adio de pedra calcria. Tempo para a completa lixiviao: 4 a 6 dias
Referncias Bibliogrficas
Coulson and Richardson. Chemical Engineering. Volume 2. 5 edio. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2002 GUPTA, C. K. Chemical Metallurgy: Principals and Practice. 1ed. Weinheim: WILEYVCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2003.
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