[pt] Diversos microrganismos como bactérias, fungos e/ou seus produtos metabólicos tem sido usados como biorreagentes no bioprocessamento mineral. Um microrganismo hidrofóbico pode mudar as características hidrofílicas de uma superfície mineral se ele aderir na superfície do mineral. Esse é o caso da bactéria Rhodococcus opacus, com características hidrofóbicas identificadas em pesquisas anteriores. Neste trabalho é estudado o comportamento eletroforético e microflotação do sistema mineral quartzo – apatita (apatita A e apatita B) após interação com células da bactéria. Os resultados mostraram uma mudança no perfil de potencial zeta das amostras minerais após interação com a bactéria, essa mudança foi mais significativa nas apatitas que no quartzo. Os resultados também mostraram que a adesão das células bacterianas na superfície mineral pode ser através de interações especificas além de interações eletrostáticas. Foi observado que a bactéria em suspensão consegue reduzir a tensão superficial da interface ar/água de 70 mN/m até valores próximos de 54 mN/m, 55 mN/m e 56 mN/m para valores de pH de 3, 5, e 7, respectivamente, faixa de pH na qual foi observada a maior produção de espuma. O valor máximo de flotabilidade para todas as amostras minerais foi obtido num valor de pH ao redor de 5; sendo que para a apatita B alcançou em torno de 90 por cento de flotabilidade usando 0,15 g.L-1 de bactéria e com 5 minutos de flotação, enquanto a apatita A precisou de 0,20 g.L-1 de bactéria para alcançar a mesma recuperação, finalmente no caso do quartzo o valor foi próximo de 13 por cento com 0,15 g.L-1 de bactéria e sob as mesmas condições de trabalho. A adaptação da bactéria a substrato mineral revelou uma mudança no comportamento da bactéria durante o processo de flotação e foi observada uma maior flotabilidade da apatita num valor de pH em torno de 3 após adaptação ao mineral apatita. Já no caso do quartzo observou-se um leve incremento na flotabilidade em todos os valores de pH. A bioflotação de apatita e quartzo segue modelos cinéticos de primeira ordem. Observou-se que as constantes de taxa (K1) da flotação de apatita A diminuem com reduções de tamanho de partícula, mudando de 0,429 (min-1) para 0,198 (min-1) quando o tamanho passou de (106 – 150) um para (38 – 75) um, no caso da apatita B essa redução foi de 0,518 (min-1) para 0,295 (min-1), o contrário foi observado no caso do quartzo incrementando de 0,016 min-1 para 0,11 min-1. Os estudos fundamentais de mobilidade eletroforética e flotabilidade apoiados pela microscopia eletrônica de varredura evidenciaram a seletividade na separação de apatita e quartzo e deste modo ratificaram o potencial uso da bactéria Rhodococcus opacus como biorreagente no processamento mineral. / [en] Microorganisms, bacteria, fungi and/or their metabolic products have been used as biorreagents in mineral processing. A hydrophobic microorganism should render a hydrophilic mineral surface somewhat hydrophobic if these attach to the mineral. It’s the case of the Rhodococcus Opacus strain, which hydrophobic behavior was proved in others works. In this work, we studied the electrophoretic behavior and the microflotation response of the apatite-quartz system after interaction with bacterial cells. The zeta potential results showed a change in the profile of the minerals after the bacterial interaction, this change was more significant in apatite than in quartz. These results also suggest that the bacterial adhesion in the minerals surface was not for electrostatic interactions. It was observed that the bacterial reduced the interfacial tension from air/water from 70 mN/m to 54 mN/m, 55 mN/m and 56 mN/m for suspensions with values of pH 3, 5 and 7 respectively, values where the higher quantity of foam was formed. The higher flotabilities of all minerals used was recorded in pH 5. The green apatite flotability achieved a value around 90 per cent with 150 mg.L-1 of bacterial after 5 minutes of flotation, while the blue apatite needed 200 mg.L-1 of the bacterial to achieve the same flotability under the same experimental conditions. On the other hand, the quartz flotability had a value around 13 per cent, with 150 mg.L-1 of bacteria and after 5 minutes of flotation. The bacterial adaptation to mineral substrate revealed a change in the bacterial behavior during the flotation process; it was observed a higher apatite flotability in pH 3 after the adaptation of the bacterial to apatite as substrate. The quartz flotability also showed a small increase in all the pH range studied. The mineral flotability followed the first order kinetics model, the rate constants (K) for the blue apatite flotability underwent a reduction with small particles size, changing from 0,429 (min-1) to 0,198 (min-1) when the particle size was altered from (106 – 150) um to (38 – 75)um, while the rate constants for the green apatite flotability changed from 0,518 (min-1) to 0,295 (min-1). Finally the rate constants of the quartz flotability suffer an increased from 0,016 min-1 to 0,11 min-1. The fundamental electroforetic and flotation studies together to the Scanning electron microscopy showed a selectivity bioflotation in the apatite-quartz system, demonstrating in this way the potential that Rhodococcus opacus as a biocollector and its possible application in phosphate flotation industry.

Freshwater shortages causes challenges in mineral processing in Chile, especially in arid regions. As a result, froth flotation; a mineral process, is shifting usage of freshwater to seawater. This has consequences in the consumption of flotation reagents and decreasing the flotation efficiency. Biotechnological developments allow conceptualising the use of bacterial cells and their metabolites as bioreagents in flotation; classified as bioflotation. In this thesis, 5 halophilic bacteria, namely, Halomonas boliviensis, Marinobacter spp., Halobacillus litoralis Hol-1, Marinococcus halophilus KOR-3 and Halomonas eurihalina P6-1 have been screened for the potential use as pyrite biodepressants at micro- and batch-scale flotation. The effect of bioconditioning minerals with these bacteria was studied using zeta potential, fluorescence microscopy and contact angle. Experiments measuring zeta potential show the isoelectric point (IEP) of pyrite, chalcopyrite and molybdenite became more acidic post-bioconditioning. Fluorescence microscopy with Nile red; a hydrophobic stain, allowed for a method to visualize bacterial cells or collector potassium isopropyl xanthate (KIPX) on mineral particles of pyrite, chalcopyrite and molybdenite. Additionally contact angle experiments show that strains Halobacillus litoralis Hol-1, Marinococcus halophilus KOR-3 and Halomonas eurihalina P6-1 had an influence on the contact angle of pyrite and chalcopyrite, inducing changes in their hydrophobicity. Microflotation experiments showed a decreased recovery of pyrite in presence of all strains, but notably, Halobacillus litoralis Hol-1 and Marinococcus halophilus KOR-3, also showed an increased recovery of chalcopyrite, making them ideal candidates as pyrite biodepressants. Halomonas eurihalina P6-1 showed low recoveries of both minerals, but a higher selectivity depressing more pyrite than chalcopyrite. Usage of autoclaved biomass from the three aforementioned strains in batch-flotation experiments resulted in the recovery of chalcopyrite improving, with a small decrease in the recovery of pyrite, overall showing a positive potential but not improving the system. Halophilic bacteria such as the ones used in this study show an influence on the floatability of pyrite, which could be commercially exploited to substitute lime as a pyrite depressant. Furthermore, the work in this thesis focused on studying the effects of cells in artificial seawater, both at micro and batch-scales which brings the laboratory experiments a step closer to industrially relevant conditions.

[pt] A crescente demanda mundial por matérias-primas minerais levou ao aumento da exploração mineral e paralelamente novas pesquisas estão sendo dirigidas para a produção de novos reagentes de flotação, a fim de que estes apresentem maior seletividade e não sejam agressivos ao meio ambiente. Nesta pesquisa teve-se como objetivo estudar os aspectos fundamentais da bioflotação da hematita, avaliando a cepa bacteriana Rhodococcus erythropolis como biocoletor. Entre os estudos efetuados estão análises química para determinar as proteínas e carboidratos presentes no concentrado bacteriano, estabelecendo-se que é constituída por macromoléculas com características anfipáticas. O balanço entre grupos catiônicos e aniônicos da bactéria atribui um ponto isoelétrico (PIE) equivalente de 2,2. O perfil de potencial zeta da amostra mineral de hematita após interação com a bactéria mostrou uma mudança, onde o PIE mudou de 5,3 para 2,1. Para o estudo dos ensaios de adesão e microflotação, a amostra foi condicionada com a biomassa por meio de agitação sob condições específicas, tais como os tamanho de partícula, a concentração de biomassa, o pH da solução e tempo de condicionamento. A adesão da biomassa na superfície do mineral foi maior em pH 2 e na concentração de 200 mg / L. Os testes de microflotação foram feitos num tubo de Hallimond e foi avaliado a formação de espuma para uma concentração bacteriana de 200 mg / L, onde foi observado que a tensão superficial da solução aumenta à medida que o pH se torna básico. Das três faixas granulométricas utilizadas, a maior flotabilidade (83.86 por cento) foi alcançada na fração granulométrica (53 - 38 um), num pH 6 e com um tempo de flotação de 10 min. A bioflotação do mineral hematita segue o modelo cinético de segunda ordem, observou-se que as constantes de taxa (K2) da flotação do mineral aumentam com reduções de tamanho de partícula, mudando de 0,16369 (g.min)(-1) para 0,51604 (g.min)(-1) quando o tamanho de particula passou de (150 - 106 um) para (53 - 38 um). Os resultados apresentados mostram que o estudo do comportamento da cepa bacteriana Rhodococcus erythropolis como bioreagente na flotação de hematita foi viável, demonstrando o seu potencial uso como bioreagente coletor de mineral hematita, e assim projetando-se para uma futura aplicação na indústria da flotação mineral. / [en] The growing world demand for raw minerals has led to the increased mineral exploration and at the same time new research is being directed toward the production of new flotation reagents, so that they present higher selectivity and they are environmentally friendly. This research aimed to study the fundamental aspects of bioflotation of hematite, evaluating the bacterial strain Rhodococcus erythropolis as biocollector. Among the studies are conducted chemical analyzes to determine the proteins and carbohydrates present in the bacterial concentrate, it was established that is composed of macromolecules with amphipathic characteristics. The balance between cationic and anionic groups of the bacteria assigns an equivalent isoelectric point (IEP) of 2.2. The profile of zeta potential of the sample of hematite mineral after interaction with the bacteria showed a change, where the IEP has changed from 5.3 to 2.1. To study the adhesion and microflotation assays, the mineral sample was conditioned with the biomass by stirring under specific conditions, such as the particle sizes, biomass concentration, the pH of the solution and conditioning time. The biomass adhesion on mineral surface was higher at pH 2 and at the concentration of 200 mg / L. The microflotation tests were carried out in Hallimond tube and was evaluated the foam formation to a bacterial concentration of 200 mg / L, which was observed that the surface tension of the solution increases as the pH becomes basic. Of the three granulometric fractions used, the greatest floatability (83.86 percent) was achieved in the granulometric fraction (53 - 38 um), at pH 6 and with a flotation time of 10 min. The hematite mineral bioflotation follows the second-order kinetic model, was observed rate constant (K2) of the mineral flotation increase with reductions of particle size, moving from 0,16369 (g.min)(-1) for 0,51604 (g.min)(-1) when the particle size changed from (150 - 106 um) to (53 - 38 um). The results presented show that the study of the behavior of the bacterial 10 strain Rhodococcus erythropolis as bioreagent in the flotation of hematite was feasible, demonstrating its potential use as collector bioreagent of mineral hematite, and so projecting into a future application in the mineral flotation industry.

[pt] A bioflotação é definida como um processo de separação, através do qual o mineral de interesse é flotado ou deprimido seletivamente, utilizando os reagentes de origem biológica, também conhecidos como bioreagentes. Estas substâncias são caracterizadas por possuírem uma química verde, seletividade e potencial para tratar a partículas finas. Neste sentido, o objetivo principal da pesquisa é a avaliação de um biosurfactante não refinado extraído da bactéria Rhodococcus opacus na flotação de hematita. Na primeira fase, foi desenvolvido um protocolo para a extração dos biosurfactantes intracelulares e aqueles associados a parede celular da bactéria. Mediante extração com etanol a 121 graus celsius e 2 atm, as substâncias anfifílicas foram liberadas e solubilizadas. A recuperação média de biosurfactante não refinado foi de 0,3 g por dm cubico. A caracterização por FTIR identificou grupos álcool (menos OH), cetona (C igual O) e cadeias de carbono saturadas e insaturadas. Que podem compor os mycolatas e trehalolipideos que são encontrados na parede celular da bacteria. Por estudos eletroforéticos encontrou-se umPIE de 7,5 e um PZC em torno de 7,6. Aplicando o modelo Gouy-Chapman e o modelo misto de Gouy Chapman e o capacitor de placas, foi possível estudar o efeito do biosurfactante no comportamento eletrostático das partículas de hematita. Predizendo como elas foram se tornando hidrofóbicas em valores de pH ácido e como sua flotabilidade diminuía em pH básicos, após interação com o biosurfactante. Finalmente, foi testado o biosurfactante e a própria bactéria em ensaios de microflotação de hematita, resultando o primeiro na melhora na flotabilidade de hematita. Os resultados mostraram uma boa afinidade e baixo consumo de reagente. / [en] Bioflotation is defined as a separation process by which the mineral of interest is floated or depressed selectively, using reagents of biologic origin also known as bioreagents. These substances are characterized by their green chemistry, selectivity and potential to treat fine particles. Currently they are been studied with the expectative of substitute the synthetic reagents used in the mineral flotation processes. Between the diverse microorganisms, the hydrophobic bacteria Rhodococcus opacus has been studied as biofrother and biocollector in hematite flotation. In that sense, the research s principal objective is the assessment of the hematite floatability using a crude biosurfactant extracted from the bacteria Rhodococcus opacus and consequently determine its potential as an alternative against synthetic reagents or the bacteria itself. In a first stage, it was developed a protocol for the extraction of cell associated and intracellular biosurfactants from the bacteria. Throughout ethanol extraction at 121 degrees centigrade and 2 atm, the cell associated substances where released and solubilized. The average crude biosurfactant recovery was around 0.3 g per L of broth. Characterization by FTIR identified alcohol (minus OH) and ketone (C equal O) groups as well as saturated and unsaturated carbon chains. Which may compose the mycolates and trehalolopids that are found in the cellular wall of the genera Rhodococci. Electrophoretic studies of the hematite sample, before BS interaction, found an IEP around a pH of 7.5 and a PZC at pH 7.6. Applying the Guoy-Chapman model and the mixed model of Guoy Chapman and the plate capacitor, it was possible to study the effect of the biosurfactant onto the electrostatic behavior of the hematite particles. The model predicted the hydrophobicity of the modified hematite at acid pH. Finally it was tested the crude biosurfactant against the bacteria itself in microflotation tests, resulting the first one in an improved hematite floatability. The results showed a high affinity of the crude biosurfactant for hematite particles and relatively low reagent consumption.

[pt] Neste trabalho foi avaliado o potencial do microrganismo Streptomyces lunalinharesii como biossorvente para a remoção de Zn(II), Cu(II) e Cd(II) de soluções aquosas pelo processo de biossorção/bioflotação, através de ensaios experimentais em batelada. Os parâmetros operacionais investigados na etapa de biossorção foram: pH da solução, concentração inicial de biomassa, velocidade de agitação, concentração inicial do metal, tempo de contato e a temperatura. Os dados de equilíbrio de adsorção foram avaliados empregando os modelos de isoterma de adsorção de Langmuir e Freundlich. A cinética da sorção para os íons metálicos foram modeladas usando o modelo cinético de ordem zero, primeira e segunda ordem e os modelos de pseudo primeira e pseudo segunda ordem. A separação da biomassa foi realizada mediante a técnica de flotação por ar dissolvido, avaliando a influência da pressão de saturação, concentração de coagulante e taxa de reciclo na eficiência de remoção da biomassa carregada com os íons metálicos. As características da superfície do microrganismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos íons metálicos pela biomassa foram avaliadas com base em medições de potencial zeta, análise por espectrometria no infravermelho e análise de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV/EDS). O valor inicial do pH da solução afetou a sorção dos metais, os valores de pH adequados na etapa de biossorção e na bioflotação foram de 6,0 para Zn(II) e 5,0 para Cu(II) e Cd(II). As concentrações iniciais de biomassa utilizadas nos ensaios foram de 3 g.L-1 para Zn(II) e Cu(II), e 2 g.L-1 para Cd(II), apresentando remoções de 57,5%, 35% e 63%, respectivamente. A velocidade de agitação empregada de 120 rpm apresentou as melhores remoções, 60% para Zn(II), 41% para Cu(II), e 62% para Cd(II). Os dados correspondentes à capacidade de captação do S. lunalinharessi em função da concentração dos íons metálicos foram testadas e o modelo de isoterma de Langmuir se ajustou bem para os íons Zn(II) e Cd(II), e o modelo de Freundlich para os íons Cu(II). As capacidades máximas de captação obtidas com o modelo de Langmuir para Zn(II), Cu(II) e Cd(II) foram: 13,6; 11,53 e 24,87 mg.g-1, respectivamente. Os ensaios da cinética de biossorção mostraram que o processo é muito rápido nos primeiros 5min de contato entre a biomassa e as soluções metálicas, remoções superiores a 90% foram atingidas em 100 min para Zn(II) e Cd(II), e 50 min para Cu(II). A cinética de sorção para os íons Zn(II), Cu(II) e Cd(II) se ajustaram bem ao modelo de pseudo segunda ordem. O processo de remoção dos íons Zn(II), Cu(II) e Cd(II) foi afetado negativamente pelo incremento de temperatura, sugerindo que o processo seja exotérmico. Os valores de energia de ativação obtidos foram de: 40,11; 59,27 e 55,51 kJ.mol-1, respectivamente. Os espectros obtidos por IV-FT sugerem que os grupos funcionais carboxila, amina, amida, fosfato e hidroxila presentes na parede celular da biomassa S. lunalinharesii são os possíveis responsáveis pela biossorção dos íons metálicos. Na bioflotação empregando a técnica de flotação por ar dissolvido (FAD), verificou-se a necessidade de adição de um coagulante para uma melhor eficiência do processo de flotação. Foram obtidos resultados de remoção da biomassa carregada com os íons Zn(II), Cu(II) e Cd(II) de 94%, 95,5% e 92,1%, respectivamente. Os resultados apresentados correspondem a uma real remoção pelo processo integrado de biossorção e bioflotação de 9,1 mg.L-1 de Zn(II), 8,6 mg.L-1 de Cu(II) e 8,4 mg.L-1 de Cd(II), partindo de uma pressão de saturação de 5 kgf.cm-2, concentração de coagulante de 45 mg.L-1 e taxa de reciclo de 50%. / [en] This study evaluated the potential of the microorganism Streptomyces lunalinharesii as biosorbent for removal of Zn(II), Cu(II) and Cd(II) from aqueous solutions by biosorption/bioflotation process through experimental batch. Operating parameters investigated in the stage of biosorption was solution pH, initial concentration of biomass, agitation speed, initial metal concentration, contact time and temperature. The adsorption equilibrium data were evaluated using Langmuir and Freundlich adsorption isotherm models. The kinetics sorption for metal ions were modeled using the kinetic model of zero order, first and second order models and the pseudo first and pseudo second order. The biomass separation was performed using the dissolved air flotation technique, evaluating the influence of saturation pressure, coagulant concentration and recycle ratio on removal efficiency of biomass loaded with metal ions. The surface characteristics of the microorganism and the possible interaction mechanisms involved in sorption of metal ions by biomass were evaluated based on measurements of zeta potential, analysis by infrared spectroscopy and analysis of images obtained by scanning electron microscopy (SEM/EDS). The initial value of the solution pH affected the sorption of metals, pH values appropriated in the stage of biosorption and bioflotation were 6,0 for Zn(II) and 5,0 for Cu(II) and Cd(II). The initial concentrations of biomass used in the trials were 3 g.L-1 for Zn(II) and Cu(II), and 2 g.L-1 for Cd(II), with removals of 57,5%, 35% and 63%, respectively. The agitation speed of 120rpm employed showed the best removals, 60% for Zn(II), 41% for Cu(II), and 62% for Cd(II). The data corresponding to the uptake capacity of S. lunalinharesii depending on the concentration of metal ions were tested and the Langmuir isotherm model fits well for the ions Zn(II) and Cd(II) and the Freundlich model for Cu(II). The maximum uptake capacities obtained with the Langmuir model for Zn(II), Cu(II) and Cd(II) were: 13,6; 11,53; and 24,87 mg.g-1, respectively. The tests on the biosorption kinetics showed that the process is very fast in the first 5 min of contact between biomass and metal solutions, removals above 90% were achieved for 100 min Zn(II) and Cd(II), and 50 min for Cu(II). Sorption kinetics for the ions Zn(II), Cu(II) and Cd(II) have adjusted well to the pseudo second order model. The process of removal of ions Zn(II), Cu(II) and Cd(II) was negatively affected by increasing temperature, suggesting that the process is exothermic. The values of activation energy obtained were: 40,11; 59,27 and 55,51 kJ.mol-1, respectively. The spectra obtained by IR-FT suggest that the functional groups are carboxyl, amine, amide, phosphate and hydroxyl present in cell wall biomass S. lunalinharesii are potentially responsible for biosorption of metal ions. In bioflotation employing the dissolved air flotation (DAF) technique, there is a need of adding a coagulant for improved efficiency of the flotation process. Were obtained results for biomass removal loaded with ions Zn(II), Cu(II) and Cd(II) of 94%; 95,5% and 92,1% respectively. The results presented correspond to an actual removal by biosorption and bioflotation process integrated of 9,1 mg.L-1 of Zn(II), 8,6 mg.L-1 of Cu(II) and 8,4 mg.L-1 Cd(II), starting from a saturation pressure of 5 kgf.cm-2, coagulant concentration of 45 mg.L-1 and recycle ratio of 50%.

[pt] A pesquisa de novas tecnologias para remover metais tóxicos de efluentes industriais tem focado sua atenção na capacidade de certos materiais biológicos de fixarem e flotarem íons metálicos. O objetivo desta dissertação foi avaliar o potencial do Rhodococcus opacus como biossorvente natural destinado à remoção de cádmio e zinco por bioflotação. As características da superfície do microorganismos foram avaliadas através de medições do potencial zeta, coloração de Gram e análise de micrografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). No processo de biossorção foi avaliado o pH, a concentração inicial do metal e a cinética do processo. Na bioflotação se avaliou o tempo de flotação, a vazão de ar e as características da espuma. Obtiveram-se porcentagens de remoção de 60% e 83% para cádmio e zinco na etapa de sorção, partindo de concentrações iniciais de 15 e 5 ppm, respectivamente e os valores de pH adequados na sorção e na flotação foram de 7,0 para ambos os metais. Utilizaram-se os modelos de Langmuir e Freundlich para analisar a capacidade de adsorção de cádmio e zinco em R. opacus sendo o modelo de Freundlich o que explicou melhor o processo de sorção de cada metal. A cinética de sorção revelou que o processo segue o modelo de pseudo-segunda ordem. Na bioflotação, encontrou-se que o microorganismo apresenta excelentes características como coletor e espumante, obtendo-se porcentagens de remoção de cádmio de 90% partindo de uma concentração de 15 ppm. Os resultados apresentados mostram que R. opacus apresenta características importantes para a bioflotação de metais pesados, embora tenha uma capacidade moderada de captação, a qual poderia ser melhorada mediante um pré- tratamento da biomassa. / [en] The search for new technologies for the removal of hazardous metals from wastewater has been focused on several features for the biological materials as such: metal binding and flotation abilities. The aim of this work was to evaluate the biosorption and bioflotation abilities of Rhodococcus opacus for cadmium and zinc removal. Pre and post-characterizations for the microorganism features were performed in terms of: type of surface charge according zeta potential value; relative membrane composition by Gram`s stain and electron microscopy scan (EMS). Parameters for biosorption were studied according to: pH, initial metal concentration and time removal; and for bioflotation: flotation speed, air flow-rate and foam formation, were evaluated. The Cd and Zn uptake capacity by Rhodococcus opacus have been also studied using Langmuir and Freundlich models. Preliminary observations confirmed that R. opacus, corresponds to a grampositive microorganism, with an isoelectric point (IEP) of 2.5, indicating the predominance of acidic groups (polysaccharides and carboxylic molecules) on its membrane composition. Analysis by EMS, showed changes on structure conformation and metal up-take by the microorganism. At pH 7.0 and 26°C, Cd and Zn removals of 60 and 83% were observed from initial concentration of 15 and 5 ppm, respectively. Results showed that metal uptake capacity can be expressed by the Freundlich isotherms for both metals. Kinetics studies demonstrated that biosorption process follows a pseudo- second order model. Bioflotation process showed that R. opacus has excellent features as collector and foaming agent. Around 90% removal of cadmium has been achieved used metal loaded biomass. R. opacus showed to have good metal binding and flotation abilities.

[pt] Neste trabalho foi avaliado o potencial do microorganismo R. opacus como biossorvente para a remoção de Pb(II), Cr (III) e Cu(II) de soluções aquosas pelo processo de biossorção/bioflotação, através de ensaios experimentais em batelada. Os parâmetros operacionais investigados na etapa de biossorção foram: o pH da solução, a concentração de biomassa, o tempo de contato e a concentração inicial do metal. Na separação da biomassa carregada mediante a bioflotação por ar disperso se avaliou o tempo de flotação, e as características da espuma. As características da superfície do micro-organismo e os possíveis mecanismos de interação envolvidos na sorção dos metais tóxicos por R. opacus, foram avaliadas com base em medições de potencial zeta, análise por espectrometria no infravermelho e análise de micrografias obtidas no microscópio eletrônico de varredura (MEV). O valor inicial do pH da solução afetou a sorção dos metais, os valores de pH adequados na etapa de sorção e na flotação foram de 5,0 para o Pb(II) e pH igual a 6,0 para o Cr(III) e Cu(II). Os ensaios da cinética de biossorção mostraram que o processo é rápido e em 60 minutos de contato entre a biomassa e a solução de metal foi atingida a máxima captação das espécies metálicas em estudo. Os dados correspondentes à capacidade de captação do R. opacus em função da concentração dos íons metálicos foram bem ajustados ao modelo da isoterma de Langmuir para as três espécies em estudo, onde as capacidades máximas de captação obtidas foram: 94,3; 72,9 e 32,2 mg.g-1 para Pb(II), Cr(III) e Cu(II), respectivamente. A cinética da sorção para o Pb(II), Cr(III) e Cu(II) foram modeladas usando a equação de pseudo segunda ordem. A ordem de afinidade do R. opacus obtida em sistemas individuais foi estabelecida como: Pb(II) >Cr(III)>Cu(II). Essa diferença na afinidade do R. opacus pode ser atribuída às propriedades físico-químicas destes metais, dentre elas peso atômico, raio iônico e eletronegatividade. A capacidade de captação dos íons Pb (II) pela biomassa foi reduzida pela presença de outras espécies metálicas no sistema, apresentando o Cr(III) maior afinidade pelos sítios da biomassa do que os outros íons. Na bioflotação, verificou-se que o micro-organismo apresenta resultados muito promissores como coletor e espumante, obtendo-se percentagens de remoção de Pb(II), Cr(III) e Cu(II) de 94%, 54% e 43% , respectivamente, partindo de uma concentração de 20 mg.l-1. Os resultados apresentados mostram que R. opacus apresenta características adequadas no que tange a biossorção e bioflotação para a remoção de metais pesados. / [en] This work evaluated the potential of the Rhodococcus opacus strain as a biosorbent for the removal of Pb(II), Cr(III) and Cu(II) from aqueous solutions by Biosorption/bioflotation process, through experimental batch tests. The operational parameters investigated in the biosorption´s stage were: pH of the solution, biomass concentration, contact time and initial metal concentration. In the separation of the loaded biomass by bioflotation process for dispersed air were evaluated the flotation time and the foam characteristics. The characteristics of the microorganism surface and the involved interaction mechanisms in the heavy metals sorption by R. opacus, were evaluated based in the potential zeta measurements, infrared spectroscopy and electron microscopy scanning analysis. The solution initial pH value affected metals sorption, the adjusted pH values in the sorption and the flotation stage were 5.0 for the Pb(II) and pH value of 6.0 for the Cr(III) and Cu(II). The experiments of biosorption kinetics showed that the process is relatively fast and in sixty minutes of contact between the biomass and the metal solution were reached the maximum metal uptake capacities. The data pertaining to the uptake capacity of the R. opacus in function of the metal ion concentration fitted to the Langmuir isotherm model for the tree species in study, where the maximum uptake capacities obtained were: 94.3; 72.9 and 32.2 mg.g-1 for Pb (II), Cr(III) and Cu(II), respectively. The kinetics of sorption of Pb(II), Cr(III) and Cu(II) were modeled using a pseudo second order rate equation. The affinity order of R. opacus for the three metals under study has been established as: Pb(II)>Cr(III)>Cu(II). The selectivity of the biomass for the Pb(II) over the other two metals was well exhibited by the results obtained in the biosorption and bioflotation. This difference in the affinity of the R. opacus can be attributed to the physiochemical properties of these metals, amongst them atomic weight, ionic radio and electronegativity. The uptake capacity of ions Pb(II) for the biomass was reduced by the presence of other metallic species in the system, and the results showed that the Cr(III) has greater affinity for the biomass than the others ions. In the bioflotation, it was found that the microorganism presents excellent characteristics as collector and foaming agent, reaching 94%, 54% and 43% removal of lead, chromium and copper, respectively, to 20 mg.l-1 of concentration. The results of this study showed that R. opacus has important features for the heavy metal removal; moreover, the results also showed that R. opacus is especially effective biosorbent for the removal of Pb(II).

[pt] Neste trabalho é realizado o estudo do processo de eletroflotação de partículas finas de hematita em célula modificada de Partridge Smith usando Rhodococcus opacus como biorreagente. Uma amostra mineral com 96 por cento de hematita foi usada neste estudo. Além disso, três frações granulométricas foram escolhidas, sendo estas: menos 53 mais 38; menos 38 mais 20 e menos 20 micrômetros. As variáveis estudadas no processo de eletroflotação foram: o pH, a concentração de reagente, a densidade de corrente e a utilização de bolhas de hidrogênio e oxigênio separadamente. Foram realizadas medições de potencial Zeta e análises por espectroscopia no infravermelho visando avaliar a interação antes e após o contato entre os reagentes e a superfície do mineral. Também foi realizada a medição do diâmetro de bolha de hidrogênio e oxigênio no aparelho Bubble sizer com o intuito de obter um melhor entendimento da influência do diâmetro de bolha na eletroflotação com estes dois gases. O diâmetro médio de bolha (d32) encontrado ficou na faixa de 40 menos 60 micrômetros para as bolhas de hidrogênio e 50 menos 70 micrômetros para as bolhas de oxigênio. Finalmente, foram realizados os ensaios de eletroflotação de hematita com R. opacus e Oleato de sódio. Segundo os resultados obtidos, a redução do tamanho de partícula favoreceu a flotabilidade da hematita, este fato pode ser atribuído ao tamanho das bolhas produzidas no processo e as características do R. opacus de formar flocos mediante interações de Van der Waals. Por outro lado, o aumento da concentração de reagente (R. opacus e oleato de sódio) favoreceu a flotabilidade de hematita. Os valores de pH ótimos encontrados para a flotação de hematita foram entorno de 6 e 7 para o R. opacus e o oleato de sódio, respectivamente. A flotabilidade máxima de hematita obtida com o R. opacus para bolhas de hidrogênio foi em torno de 80 por cento; por outro lado, a flotabilidade obtida com bolhas de oxigênio foi de aproximadamente 65 por cento. O oleato de sódio apresentou um melhor desempenho alcançando uma flotabilidade máxima de aproximadamente 98 por cento para bolhas de hidrogênio e em torno de 90 por cento para bolhas de oxigênio. As características da superfície bacteriana e, principalmente, o diâmetro de bolha menor a 100 micrômetros apresentaram-se como os fatores determinantes no alto valor de flotabilidade das partículas finas de hematita. Desta forma, o processo de eletroflotação com o uso de R. opacus como coletor mostra-se como uma potencial alternativa tecnológica, principalmente, no que diz respeito ao aspecto ambiental devido à biodegradabilidade do microrganismo. / [en] This work aims to evaluate the electroflotation of hematite fine particles in a modified Partridge Smith cell using Rhodococcus opacus. A hematite sample with grade 96 percent was used in this study; additionally, three granulometric fractions were selected: minus 53 plus 38; minus 38 plus 20 and minus 20 micrometers. The variables studied were pH, reagent concentration and current density. Zeta potential measurements and analysis by infrared spectroscopy were carried out to assess the interaction before and after reagents interaction. In order to gain a better understanding of the bubble diameter influence in the process, measurements of the diameter of hydrogen and oxygen bubbles were done. The average bubble diameter (d32) was found in the range of 40 to 60 micrometers for the hydrogen bubbles and of 50 to 70 micrometers for the oxygen bubbles. Finally, electrocoagulation assays the hematite with R. opacus and sodium oleate were carried out. The reduction in particle size favored the floatability of hematite; this fact can be related to the bubble size generated in the process and the ability of R. opacus to form floccules through the interaction of Van der Waals. On the other hand, the increase of reagent concentration (R. opacus and sodium oleate) favored the floatability of hematite. Suitable pH values for hematite flotation were found around 6 and 7 for R. opacus and sodium oleate, respectively. Maximum hematite floatability with R. opacus using hydrogen bubbles was around 80 percent and around 65 percent with oxygen bubbles. Sodium oleate presented a better performance reaching a maximum floatability of approximately 98 percent for hydrogen bubbles and around 90 percent for oxygen bubbles. The characteristics of the bacterial surface and the bubble size were determinant factors in the hematite floatability. Therefore, the electroflotation process using R. opacus as collector is a potential technology regarding environmental issues found with the synthetic reagents.

[pt] A remoção de espécies metálicas em baixas concentrações a fim de atingir os padrões exigidos pela legislação vigente, tem se mostrado um desafio. A biossorção pode ser definida como um processo físico-químico que remove substâncias de uma solução aquosa onde o sorvente é uma matriz biológica. Este é um processo reversível e de ligação rápida das espécies metálicas nos grupos funcionais presentes na superfície da biomassa. Neste trabalho foi avaliada a capacidade biossortiva da cepa bacteriana Rhodococcus erythropolis e da casca de banana modificada quimicamente na remoção de Ni2 positivo e Co2 positivo em soluções aquosas em ensaios de batelada. Foi avaliado também a flotação biossortiva utilizando a R. erythropolis devido seu alto grau de hidrofobicidade, além de agir como bioespumante e biocoletora. O valor de pH adequado para a biossorção com R. erythropolis foi entorno de 7 para ambos metais e para a casca de banana modificada como biossorvente foi entre 6 e 7 para ambos metais. Os resultados da capacidade de captação dos biossorventes foram bem ajustados ao modelo de isoterma de Langmuir, onde as capacidades de captação máximas utilizando a casaca de banana modificada foram de 29,35 mg/g para Ni2 positivo e 24,70 mg/g para Co2 positivo e utilizando a R. erythropolis foram de 14,46 mg/g para Ni2 positivo e 16,06 mg/g para Co2 positivo. As propriedades superficiais dos biossorventes foram avaliadas antes e após a interação dos metais para poder determinar os possíveis mecanismos de biossorção, mediante medições eletrocinéticas, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura. Nos ensaios de flotação biossortiva foi verificado que a R. erythropolis apresenta propriedades como biorreagente (bioespumante e biocoletora), onde foi obtido porcentagens de remoção de 40,20 e 23,52 porcento para o níquel e cobalto, respectivamente. Os resultados apresentados mostram que apesar de ambos os biossorventes se apresentarem como alternativa para remoção de metais em efluentes de baixa concentração a casca de banana modificada apresentou uma maior remoção. / [en] The removal of metallic species at low concentrations in order to reach the standards required by current legislation has been a challenge. Biosorption can be defined as a physicochemical process that removes substances from an aqueous solution where the sorbent is a biological matrix. This is a fast and reversible binding process between the metallic species and the functional groups present on the surface of the biomass. The main objective of this work was to evaluate the biosorptive capacity of the bacterial strain Rhodococcus erythropolis and banana peel chemically modified on the removal of Ni2 positive and Co2 positive in aqueous solutions in batch. Biosorptive flotation was also evaluated using R. erythropolis due to its high hydrophobicity degree. The appropriate pH value for biosorption with R. erythropolis was around 7 for both metals and for biosorbent modified banana peel was between 6 and 7 for both metals. The results of the uptake capacity of the biosorbents were well adjusted by the Langmuir isotherm model, where the maximum capture capacities using the modified banana peel were 29.35 mg/g for Ni2 positive and 24.70 mg/g for Co2 positive, and, using the Rhodococcus erythropolis bacteria were 14.46 mg/g for Ni2 positive and 16.06 mg/g for Co2 positive. The surface properties of the biosorbents were evaluated before and after interaction with the metallic species in order to determine the possible mechanisms of biosorption, through electrokinetic measurements, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. In the biosorptive flotation experiments it was verified that R. erythropolis presents properties as biocollector and biofrother, achieving removal percentages of 40.20 percent and 23.52 percent for nickel and cobalt, respectively. The results show that although both biosorbents present significant behavior for metal removal at low concentration the modified banana peel showed a greater removal.

[pt] A literatura recente tem revelado o potencial de uso de estirpes microbianas na biotecnologia mineral. Pela afinidade com diferentes sistemas minerais, tais estirpes microbianas podem modificar as propriedades de superfície, e, dessa forma, mudar as características de uma superfície mineral. A bioflotação de minerais utiliza microrganismos como reagentes de flotação. No presente trabalho foi estudado o comportamento eletrocinético das partículas de quartzo e hematita, antes e após a interação com duas cepas da bactéria Bacillus subtilis. Os experimentos mostraram um deslocamento do ponto isoelétrico (PIE) da hematita que passou de 4 para 2,5 após interação com a cepa B. subtilis BAM, sugerindo um mecanismo de adsorção química. Já, a interação entre hematita e B. subtilis GLI, apresentou-se bem mais acentuada na faixa mais alcalina de pH. As medidas experimentais de ângulo de contato (método da gota séssil) foram realizadas para as superfícies das partículas minerais (hematita igual 27,4 graus; quartzo igual 13,0 graus) e das cepas B. Subtilis BAM (32,0 graus) e B. subtilis GLI (41,0 graus). A estirpe B. subtilis GLI foi capaz de modificar a superfície da hematita (46,0 graus) e, em menor proporção, a do quartzo (23,3 graus). Os valores de ângulo de contato foram utilizados para calcular as componentes de energia livre interfacial do quartzo, da hematita e das cepas. Os ensaios de microflotação realizados em tubo Hallimond modificado evidenciaram a aplicação da B. subtilis GLI como biorreagente. A melhor flotabilidade isolada de quartzo e hematita, conduzida por uma solução de B. subtilis GLI (600 mg.L(-1)), foi obtida em pH 6, com uma recuperação de 40 e 80 por cento, respectivamente. A seguir, o desempenho da flotação de uma mistura sintética, quartzo e hematita (na proporção 1:1), na presença de 600 mg.L(-1) da cepa B. subtilis GLI e em pH 6, foi avaliado, obtendose um concentrado contendo um teor de 74 por cento de Fe2O3.As teorias DLVO e XDLVO foram aplicadas para avaliar as energias de interação entre as cepas e os minerais em função da distância. A teoria X-DLVO foi capaz de prever a interação entre B. subtilis GLI e hematita justificando os resultados dos ensaios de flotação. Os resultados deste trabalho evidenciaram que a cepa B. subtilis GLI é promissora como biorreagente na flotação seletiva da hematita em relação ao quartzo. / [en] The recent literature has unveiled the potential use of microbial strains in mineral bioprocessing. Because of their affinity for different mineral systems, such microbial strains may modify the surface properties and in this way change the characteristics of a mineral surface. Mineral bioflotation uses microorganisms as flotation reagents. In the present work, the electrokinetic behavior of particles of quartz and hematite, before and after interaction with two strains of Bacillus subtilis, was studied. The experiments revealed a shift of the isoelectric point (IEP) which of hematite that changed from 4 to 2.5 after interaction with the strain B. subtilis BAM, suggesting a chemical adsorption mechanism, while the interaction between hematite and B. subtilis GLI presented itself much more pronounced in the alkaline pH range. The experimental measurements of the contact angle (sessile drop method) were taken for the surfaces of the mineral particles (hematite equal 27.4 degrees, 13.0 degrees equal quartz) and for the B. subtilis BAM (32.0 degrees) and B. subtilis GLI (41.0 degrees) strains. The B. subtilis GLI strain was capable of modifying the surface of the hematite (46.0 degrees), and to a lesser extent, the quartz (23.3 degrees). The contact angle values were used to calculate the interface free energy components of quartz, hematite and the bacterial strains. The microflotation tests on a modified Hallimond tube evidenced the application of B. subtilis GLI as bioreagent. The best isolated flotability of quartz and hematite conducted by a solution of B. subtilis GLI (600 mg.L(-1)) was obtained at pH 6, with a recovery of 40 and 80 percent, respectively. Subsequently, the flotation performance of a synthetic mixture, quartz and hematite (in ratio 1:1) in the presence of 600 mg.L(-1) of the strain B. subtilis GLI at pH 6, was evaluated and showed a concentrate with a content of 74 percent Fe2O3. The DLVO and X-DLVO theories were applied to assess the energies of interaction between strains and minerals depending on the distance. The X-DLVO theory was able to preview the interaction between B. subtilis GLI and hematite, justifying the results of the flotation tests. The results of this study indicated that the strain B. subtilis GLI is promising as a bioreagent in the selective flotation of hematite relative to quartz.