1987- Estudos em BiohidrometalurgiaProf. Dr. Oswaldo Garcia Júnior

Oswaldo Garcia Júnior

-Gerente do Laboratório de Biometalurgia da Empresas Nucleares Brasileiras-NUCLEBRAS -

Poços de Caldas-MG (Abril/1979 a Maio/1986)

-1979- IPT(SP) – Silvia Vaisbich – Lixiviação bacteriana de cobre, Walter Borzani

-1982 – Primeira planta piloto de biolixiviação de minério de urânio – Figueira/PR

- Patente- Garcia, Jr. O. 1984. Processo combinado bacteriano/químico de lixiviação estática de

minério contendo sulfetos e valores recuperáveis de elementos metálicos. Patente de Invenção,

INPI do Ministério da Industria e Comércio, nº 8402983.

-1986 – Instituto de Química de Araraquara

40 participantes16 pesquisadores internacionais

Scientific commiteeAna Teresa LombardiAntonio BallesterAssis Vicente BenedettiBlanca Escobar MiguelDenise BevilaquaDomingo Cantero MorenoEdgardo DonatiFernando AcevedoJesús MuñozJosé Manuel Gómez Monte de OcaJuan Carlos GentinaLaura Maria Mariscal OttoboniMonica Cristina TeixeiraOrquídea Coto PérezWolfgang SandLuis Gonzaga Santos SobralSylvie Le Borgne Le GallTomas VargasOlli Tuovinen

Quanto aos microorganismos:

• ~ 1900: Winogradsk, Nathanson e Beijerinck definemo modo quimilitotrófico de vida – “fonte de energia de substratos inorgânicos”: Thiobacillus thioparus.

5 Na2S203 + H20 + 4 02 → 5 Na2SO4 + H2SO4 + 4 S

~ 1920: Waksman e Joffe isolaram e purificaram:Thiobacillus thioox idans:

S0 → H2SO4 + e-

• ~ 1950: Temple, Colmer e Hinckle isolaram Thiobacillus ferroox idansde minas de carvão:

Fe2+ → Fe3+ + e-

• 2001: Kelly propõe um novo gênero:A. ferroox idans, A. thioox idans, A. caldus, A. albertensis

Histórico da Biohidrometalurgia

Quanto ao processo:

• Fenícios e gregos (A.C. – lixiviação natural de cobre)

• Espanha: romanos (Plinio, 20 DC, Naturalis Historia )

• Chipre: 166 DC, “chalcantos” (sulfato de cobre)

• Registros: Hungria, Alemanha (1.500)

• Espanha (Rio Tinto): 1752, registro oficial (cobre)

• Rússia, EUA e Bulgária: (~ 1800 - cobre)

• Canadá, Portugal, Espanha (~60-70 – urânio)

• Chile (cobre), África do Sul, Austrália, EUA (ouro) – anos 80

• Brasil (ouro) – anos 90; Austrália (niquel) anos 2000

•Finlândia (níquel) 2008

Histórico da Biohidrometalurgia

MINAS DE CARVÃO

ÁGUA ÁCIDA DE MINA(H2SO4 e metais)

Acidithiobacillusferrooxidans

~1950

MINAS DE COBRE

MINAS DE URÂNIO

Drenagem ácida de minas

Drenagem ácida de minas

Acidofílica (pH 1-4)

Quimiolitotrófica

(fixa CO2 via Ciclo de Calvin)

Fontes de energia: Fe2+ e

compostos reduzidos de enxofre

(incluindo os sulfetos metálicos)

Ambiente natural – drenagem ácida de minas

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

2S0 + 3O2 + 2H2O 2H2SO4

MeS + 2O2 MeSO4

Espécie Fe2+ S0 Temp. pH

Acidithiobacillus thiooxidans Não Sim 28° 2.0

Leptospirillum ferrooxidans Sim Não 28° 2.0

Acidithiobacillus caldus Não Sim 45° 2.0-2.5

Sulfobacillus acidophilus Sim Sim 45-50° 2.0

Acidimicrobium ferrooxidans Sim Não 45-50° 2.0

Sulfobacillus thermosulfidooxidans Sim Sim 50° 2.0

Sulfolobus metallicus Sim Sim 65° 2.0

Metallosphera sedula Sim Sim 65° 2.0

Acidianus brierleyi Sim Sim 70° 1.5-2.0

Metallosphera prunae Não Sim 75° 2.0

Outras espécies:

CRUNDWELL, F. K. How do bacteria interact with minerals. In: CIMINELLI, V. S. T.; GARCIA JR., O. (Eds.) Biohydrometallurgy: fundamental, tecnology and sustainable development, part A:bioleaching, microbiology and molecular biology. Amsterdam: Elsevier, 2001. p. 149-157.

bactériaFe2+

Fe3+

Fe2+

Fe3+

(a)

(c)

(b)

Mecanismo galvânico

OXIDAÇÃO DA CALCOPIRITA

FeS2

CuFeS2e-

O2H+ H2OFe2+S0

H2SO4 A. ferrooxidans

Fe3+

CuSO4

A. ferrooxidans

CuFeS2

eletrons

Fe3+

CuSO4

ATPNADPH+

biomassa

crescimento

CO2

Oxidação da calcopirita

2CuFeS2 + 8½O2 + H2SO4 2CuSO4 + Fe2(SO4)3 + H2O

CuFeS2 + Fe2(SO4)3 2CuSO4 + FeSO4 + 2S0

FeAsS + 3½O2 + H2O FeAsO4 + H2SO4

Oxidação da arsenopirita(recuperação de ouro)

A. ferrooxidans

Fe3+

AuFeAsS

Au

CN-

CN-AuCN-

Au

Carvãoativado

Fe3+

AsSO43-

Oxidação da uraninita(oxidação indireta)

Fe3+

H2SO4

eletronsA. ferroox idans

FeS2

UO2 UO2SO4(solúvel)

Fe3+

Fe2+

FeS2 + 3½O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

FeS2 + Fe2(SO4)3 3FeSO4 +2S0

4FeSO4 + O2 + 2H2SO4 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Mecanismo direto: a controvérsia

Silverman y Ehrlich (1964)

- Adesão das bactérias biolixiviantes na superficie dos minerais(Condição necessária mas não suficiente)

- Ação bacteriana sobre a superfície do mineral

- Identificação do agente biológico de lixiviação

- Comparação das cinéticas de lixiviação com ou sem bactérias

Como se dá a transferência eletrônica?

MS + 2O2 M2+ + SO4-2

Quatrini et al. BMC Genomics 2009 10:394 doi:10.1186/1471-2164-10-394

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Molecular biology studies-identification of genes-proteins expressions-transformations of bacteria (“gene gun”)

Electrochemical studies- CV- EIS- ENA- microcell

Physiological studies- respirometric assays (3 mL)- shake flasks (150 mL)- reactors (5L)- columns (1.5 m)

Surface analysis- FEG- EDS- TEM- AFM

BIOPROCESSOS APLICADOS À MINERAÇÃO E AO MEIO AMBIENTE

Biolixiviação de minériosProjetos em andamento:*Biolixiviação da calcopirita (CuFeS2): mecanismos e interações da superfície bactéria/mineral*Análise das bases moleculares da tolerância ao sal em Thiobacillus prosperuse sua aplicação biotecnológica na biolixiviação de minérios sulfetados de cobre em ambientes com alta salinidade*Avaliação da biodiversidade de bactérias associadas a ambientes de mina*Efeito do potencial de óxido-redução na biolixiviação de minérios de cobre*Obtenção e avaliação de mutantes de Acidithiobacillus ferrooxidans quanto à capacidade de lixiviar minérios de cobre

Remoção de metais de lodo de esgoto por biolixiviaçãoAvaliação da biodegradação de biossólidos para cultivo de alface

Descontaminação de gases industriaisTratamento de odores e compostos orgânicos voláteis utilizando biofiltros percoladores

Adesão bacteriana

• Características físico-químicas da superfície e do envelope celular

• Força iônica do meio

• Forças atrativas ou repulsivas entre as duas

superfícies

• Água adsorvida sobre a superfície

• Condições de crescimento

• Proteínas (aporusticianina)

• EPS (exopolimeric substances)

• Grupo tiol presente na cisteína

•bactérias possuem carga negativa•forças repulsivas diminuem com o aumento da força iônica

composição da amostra,

influências ambientais,

disponibilidade e natureza

do substrato, etc...

IRRIGAÇÃO AERAÇÃO

PILHAS LIXIVIA