Resumo: O processo de biolixiviação é a utilização de bactérias, para a solubilização dos metais presentes em sulfetos minerais. As espécies mais estudadas são o Acidithiobacillus thiooxidans e o Acidithiobacillus ferrooxidans, embora outras espécies também participem do processo. Esse processo é aplicado há muito tempo, mas somente nos anos 1950 a participação de microorganismos foi descoberta. A biolixiviação de cobre é um exemplo de aplicação industrial, embora outros metais como ouro, urânio e o níquel, venham sendo obtidos por esse método. A calcopirita (CuFeS2) é o mais abundante mineral de cobre e também o mais refratário ao ataque químico ou bacteriano. Dessa forma, existe um grande interesse no desenvolvimento de alternativas para otimizar a solubilização desse sulfeto. Neste trabalho investigou-se a avaliação do efeito do aminoácido cisteína na biolixiviação de uma amostra de calcopirita utilizando linhagens de A. ferrooxidans e A. thiooxidans. Inicialmente foram realizados testes de respirometria celular com A. ferrooxidans e sulfato ferroso como substrato em diferentes concentrações de cisteína (0, 10-1, 10-3, 10-5, 10-7 mol L-1) para avaliar o efeito inibitório da cisteína na atividade da bactéria. Somente 10-1 mol L-1 provocou uma inibição significativa na oxidação do íon ferroso pela bactéria. A seguir foram realizados ensaios utilizando a calcopirita como substrato, na presença das mesmas concentrações de cisteína. A cisteína em 10-1 mmol L-1 também determinou inibição significativa na oxidação do mineral. As demais concentrações provocaram um aumento na velocidade inicial de oxidação do sulfeto em comparação com o controle na ausência de cisteína. Em ensaios de crescimento da bactéria na presença de meio contendo o íon ferroso, foram obtidos resultados semelhantes aos anteriores, destacando-se... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Bioleaching is the solubilization and recovery of metals from sulfides minerals promoted by bacterial metabolism. Although Acidithiobacillus thiooxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans are the most studied bacteria, other species contribute to that process. Despite the bioleaching has been utilized for long time, only in the 1950's the active participation of bacteria was demonstrated. Copper bioleaching is the classical industrial application example, although gold, uranium and nickel have been produced by that technique. Chalcopyrite (CuFeS2) is the most abundant copper mineral the most refractory as such. Thus, there is an enormous interest in developing alternatives to optimize this sulfide solubilization. The effect of cysteine on the chalcopyrite dissolution in the presence of A. ferrooxidans and A. thiooxidans was evaluated in this study. Respirometric assays were used initially to test the effects of cysteine in the ferrous or chalcopyrite oxidation by A. ferrooxidans at pH 1.8 in the following amino acid concentrations: 0, 10-1, 10-3, 10-5, 10-7 mol L-1. In both cases, only 10-1 mol L-1 of cysteine was inhibitory to the bacterial oxidation and in the other concentrations a slight increase in the initial oxidation rate was observed, comparing to the control in absence of this amino acid. In growth experiments utilizing ferrous ion as substrate and in the same concentrations of cysteine, 10-3 and 10-5 mol L-1 established an increase in the rate of bacterial growth. These cysteine concentrations were selected to run bioleaching tests through shaking flasks technique. Previously, A. ferrooxidans was acclimated to growth in medium containing only chalcopyrite as substrate, by progressive ferrous iron substitution as energy source. Acclimated A. ferrooxidans cells were utilized in shaking flasks experiments in several conditions such as, inoculation or not... (Complete abstract click electronic access below / Orientador: Oswaldo Garcia Junior / Coorientador: Denise Bevilaqua / Banca: Wilson Cervi da Costa / Banca: Luis Gonzaga Santos Sobral / Mestre

Resumo: A mineração é um dos segmentos mais importantes da economia por estar diretamente relacionada à obtenção de metais de base destinados a diversos tipos de indústrias. No entanto, os resíduos da atividade mineralógica tem se tornado um crescente problema ambiental, principalmente quando os mesmos são sulfetos minerais altamente refratários. A calcopirita (CuFeS2) é um dos sulfetos minerais de baixo teor mais abundantes na natureza devido à sua elevada refratariedade, ocasionada por motivos ainda controversos na literatura. Dentre as várias razões propostas para a refratariedade da calcopirita destacam-se a formação de camadas de enxofre e jarositas (precipitados de ferro) durante a oxidação da mesma. A recuperação de cobre a partir da calcopirita pode ser alcançada com sucesso através dos processos pirometalúrgicos convencionais. No entanto, os mesmos apresentam desvantagens relacionadas ao alto custo e a poluição ambiental. Dentro desse contexto, surge a biolixiviação que é um processo de recuperação de metais ambientalmente amigável através do qual o sulfeto mineral é dissolvido pela ação de bactérias capazes de utilizá-lo como fonte energética para suas atividades metabólicas. A principal bactéria envolvida nos processos de biolixiviação é a Acidithiobacillus ferrooxidans capaz de utilizar sulfetos minerais como fonte energética e oxidar íons ferrosos a férricos (outro potencial oxidante de sulfetos minerais). Outra bactéria importante é a Acidithiobacillus thiooxidans capaz de utilizar enxofre elementar como fonte energética sendo, portanto, interessante para utilização em consórcios com a A. ferrooxidans. Nos ensaios de biolixiviação também podem ser empregados agentes capazes de acelerar ou melhorar o processo de dissolução de sulfetos minerais. Dentre esses agentes merecem destaque os íons cloreto, capazes de modificar a camada... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The mining is one of the most important economic activities because it is directly related with the recovery of base metals destined to several kinds of industry. This is the case of chalcopyrite (CuFeS2) the most abundant sulfide mineral present in the nature due to its high refractory, the reasons of the low dissolution rate for chalcopyrite are not convergent in the literature but a lot of experimental evidences show the formation of elemental sulfur and jarosites (iron precipitates) during the oxidation of this mineral sulfide. The copper recovery from chalcopyrite can be easily attained utilizing conventional mining processes but it can have disadvantages related with the high costs and environmental pollution. In this context, the bioleaching, is an environmentally friendly process that uses micro-organisms to recover metals from low grade mineral ores. The main microorganism involved in bioleaching is the bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans that can use mineral ores as energy source and can oxidize Fe2+ to Fe3+(another potential oxidant of mineral sulfides). Another important bacteria is Acidithiobacillus thiooxidans that have the capacity of utilize elemental sulfur as energy source, being interesting to act in consortia with A. ferrooxidans. In the bioleaching experiments it can be employed agents capable to accelerate or improve the dissolution of mineral sulfides. Among these agents deserve distinction the chloride ions capable of changing the sulfur layer formed during the chalcopyrite oxidation and the citric acid able of complex the jarosite formed during the process. In the present work leaching experiments in bioreactors and stirring flasks was done utilizing a chalcopyrite flotation concentrate. In the stirring flasks experiments were done successive addictions of chloride ions through increments of 0.05 or 0.1 mol L-1. The copper recovery percentage was low in both... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Oswaldo Garcia Júnior / Coorientador: Denise Bevilaqua / Banca: Hideko Yamanaka / Banca: Patrícia Hatsue Suegama / Mestre

Resumo: A lixiviação bacteriana, ou biolixiviação é um processo biotecnológico que se fundamenta na utilização de microorganismos capazes de solubilizar metais pela oxidação de sulfetos metálicos, sendo nos dias atuais, uma das mais importantes alternativas para a extração de metais, sobretudo do ponto de vista ambiental e econômico. Uma das principais espécies utilizada neste processo é o Acidithiobacillus ferrooxidans, uma bactéria aeróbia, mesofílica e acidofílica, que obtém energia pela oxidação de substratos inorgânicos, basicamente o íon ferroso e compostos reduzidos de enxofre. Todavia, a interação dessa espécie com os sulfetos metálicos é um assunto ainda pouco entendido e de muita controvérsia na literatura. Com intuito de melhor entender estas diferenças, o presente trabalho estudou a oxidação da molibdenita (MoS2) e da covelita (CuS) pelo A. ferrooxidans linhagem LR em algumas condições fisiológicas, destacando-se a fonte energética de crescimento (íon ferroso e S0) e a remoção das substâncias exopoliméricas (EPS) para células crescidas em íon ferroso. A cinética de oxidação destes sulfetos também foi avaliada. Tais estudos foram realizados pela técnica de respirometria celular, que permite avaliar rapidamente a oxidação do substrato a partir de medidas de oxigênio consumido pela bactéria. Em todas as condições testadas a covelita apresentou significativa diferença de oxidação pelo A. ferroxidans LR em comparação com a molibdenita. A análise da cinética de oxidação dos sulfetos demonstrou que a molibdenita apresenta uma cinética que segue Michaelis-Menten, o mesmo não acontecendo para a covelita, provavelmente devido a forma com que estes sulfetos reagem ao ataque químico-bacteriano, fato determinado pelas estruturas eletrônicas dos sulfetos minerais. / Abstract: Bacterial leaching or bioleaching is a biotechnological process that applies microorganisms able to solubilize metals by metallic sulfides oxidation. This process is nowadays one of the most important alternatives for recovering metals, mainly by environmental and economic aspects. One of the most important bacteria employed in this process is Acidithiobacillus ferrooxidans. It is a gram-negative, acidophilic, aerobic and chemoautotrophic bacteria that obtain energy by the oxidation of inorganic substrates like ferrous ion and reduced sulfur compounds, including metal sulfides. Nevertheless, the interaction of this specie with metallic sulfides remains unclear. With the aim to understand these interactions, the present work has studied the covellite (CuS) and molydenite (MoS2) oxidation by A. ferrooxidans strain LR under different physiological conditions such as the source energy for growth (S0 and ferrous ion) and the removal of extracellular polymeric substances (EPS). These studies were performed by respirometric technique tha t allow evaluating very quickly the substrate oxidation by oxygen uptake measures. For all essays realized it was observed that the efficiency of covellite oxidation by A. ferrooxidans LR is much better than molybdenite. On the kinetic oxidation analyses, molybdenite revealed to be according to Michaelis-Menten substrate saturate kinetic. On the other hand, covellite was not in agreement with Michalis-Menten kinetic. This finding is probably associated with the pathway which these minerals sulfide react to chemistry-bacterial attack, what is influenced by electronic structures of mineral sulfides. Regarding essays performed with cells of A. ferrooxidans strain LR grown with different substrates (ferrous ion and sulfur) and to essays which EPS of bacterial cells were removed, the results obtained did not show differences in covellite oxidation. / Orientador: Oswaldo Garcia Júnior / Coorientador: Denise Bevilaqua / Banca: Assis Vicente Benedetti / Banca: Fernanda de Castro Reis / Mestre

Resumo: O uso de bactéria como agente catalítico para a lixiviação de sulfetos minerais é largamente reconhecido hoje como uma metodologia interessante, sob o ponto de vista econômico e ambiental, para a recuperação de metais de minérios de baixo teor e minérios de sulfetos secundários. A principal bactéria envolvida neste processo é a Acidithiobacillus ferrooxidans, um microrganismo quimiolitotrófico e acidofílico que obtem energia através da oxidação do íon Fe2+, além das formas reduzidas de enxofre e sulfetos metálicos. Dentre os principais sulfetos metálicos encontrados nas reservas minerais de cobre, a calcopirita (CuFeS2) é a que mais se destaca por ser o mineral mais abundante e ao mesmo tempo mais refratário ao ataque químico e bacteriano. Dentro desse contexto há um grande interesse no desenvolvimento de alternativas para otimizar a solubilização desse sulfeto. Neste trabalho, foram investigados o efeito dos ácidos orgânicos e dos íons cloreto e na biolixiviação da calcopirita visando aumentar a solubilização de cobre desse sulfeto. Com relação ao estudo com os ácidos orgânicos (cítrico e oxálico) foi observado que a linhagem bacteriana A. ferrooxidans-LR foi inibida na presença do ácido oxálico em concentrações acima de 0,10 % m/v. Na presença de ácido cítrico não foi observado nenhuma inibição nas diversas concentrações utilizadas. Em função desses resultados o ácido cítrico foi o único a ser utilizado nos ensaios posteriores. O teste de solubilização das jarositas demonstrou que uma vez formada, ela não pode ser dissolvida pela adição de ácido cítrico. No entanto, este ácido mostrou-se eficiente para conter a formação destes precipitados. Os ensaios de biolixiviação na presença de ácido cítrico foram acompanhados por 60 dias através de medidas de pH, Eh, [Fe2+], [Fe3+] e [Cu]... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Acidithiobacillus ferrooxidans is a chemolithoautotrophic and acidophilic bacterium which obtain their energy through oxidation of the iron Fe+2 or sulfur reduced compounds including metal sulfides. This is the main species involved in the metals bioleaching process, an useful methodology to recovery metals from low-grade ores and secondary mineral sulfides. Chalcopyrite (CuFeS2) is one of the most abundant mineral of copper but at same time the most refractory, both to chemical and biological dissolution. So, it would be interesting to develop alternative technologies to improve copper solubilization from this sulfide. In the present study, it was investigated the effect of chlorine ions and organic acids in the chalcopyrite dissolution by bioleaching experiments in shake flask, following parameters such as pH, Eh, [Fe2+], [Fe3+] and [Cu]. Solid residues collected during and at end of assays were analyzed by X rays diffraction technique. The presence of Cl- ions (150 mmol L-1) and bacterium cells increased the degree of the chalcopyrite dissolution, comparing to abiotic controls and without Cl- ions. Two kinds of cell adaptation were also investigated regarding their capacity of copper extraction. Chlorine adapted cells showed better results than those adapted only to grow in chalcopyrite. Indeed, successive Cl- ions addition during experiment time course, at 10 e 20 mmol L-1, enhanced copper extraction in about 70% in comparison to that of 150 mmol L-1 in just one addition. The main new solid phase obtained during bioleaching experiments in inoculated flasks was covelllite, but jarosites were not produced in these conditions, which can be considered a promising result. The successive chlorine ion addition in bioleaching of chalcopyrite showed to be a potential procedure to improve copper extraction. Basically, the studies of organic acids (citric and oxalic)... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Oswaldo Garcia Júnior / Coorientador: Denise Bevilaqua / Banca: Assis Vicente Bendetti / Banca: Ana Teresa Lombardi / Mestre