Dissertação de mestrado
Biomineração de metais presentes em resíduos ricos em metais
Fecha
2022-07-29Autor
Brandão, Igor Yannick das Neves Vasconcellos [UNIFESP]
Institución
Resumen
Annually, millions of tons of metal are discarded both in mining waste and in waste electrical and electronic equipment. In addition to the obvious economic loss resulting from the waste of raw materials, the destination and inadequate treatment of these residues result in incalculable environmental losses. Due to the toxicity and inefficiency of traditional metallurgy procedures, biomining has become a cutting-edge technology. The term biomining or biohydrometallurgy is used to designate technologies that use biological systems to facilitate the extraction and recovery of metals present in ores or tailings. Although this process is already well developed for some types of waste, it still needs further development, mainly in the process parameters, solubilization of metals simultaneously and time of extraction and biomining procedures are examples of obstacles. Thus, this research project aimed to evaluate the influence of process parameters on the rate of metal recovery from mineral residues and electronic waste (specifically printed circuit boards - PCBs) and, later, to evaluate them for processes in bioreactors to obtain more efficient results, and robust recovery. In addition, this work used the bacterium Rhodococcus erythropolis, which has been slightly applied to biomining. The biomining assays showed that the strain R. erythropolis ATCC 4277 was able to solubilize copper, reaching 38% copper recovery of the raw material, in a stirred tank bioreactor operating at 25 ºC, for 24 h, using 25 g.L-1 of residue benefited from chalcopyrite and 250 rpm of agitation rate. Chemical and physical analyzes of biomining samples showed that the Cu leached by R. erythropolis ATCC 4277 is in the form of copper (I) oxide in nanometric sizes, increasing the intrinsic value of the solubilized metal, as copper nanoparticles have vast applications in biotechnology and other fields. When using PCBs as raw material for the biomining process, it was possible to extract simultaneously 27.4% of Al, 15.0% of Cu, 49.5% of Fe, and 42.5% of Ni, in tests carried out in stirred tank bioreactor at 25 °C, pH 7.0 for 24 h, using an oxygenation rate of 3.0 L.min-1, agitation of 400 rpm, and PCB particles of size 0.105 mm. Furthermore, chemical characterization analyses revealed that metals are in the form of oxides. Therefore, the processes developed during this project demonstrate the potential of the strain R. erythropolis ATCC 4277 to be applied in the biomining of metals present in mining tailings and urban waste, which contributes both to the reuse of raw materials and to the conservation of the environment. Anualmente, milhões de toneladas de metal são descartadas tanto em meio a resíduos de mineração quanto em resíduos de equipamentos elétricos e eletrônicos. Além da óbvia perda econômica decorrente do desperdício de matéria-prima, a destinação final e o tratamento inadequados desses resíduos resultam em perdas ambientais incalculáveis. Devido à toxicidade e ineficiência dos procedimentos tradicionais de metalurgia, a biomineração tornou-se uma tecnologia de vanguarda. O termo biomineração ou biohidrometalurgia é utilizado para designar tecnologias que utilizam sistemas biológicos para facilitar a extração e recuperação de metais presentes em minérios ou rejeitos. Embora este processo já esteja bem desenvolvido para alguns tipos de resíduos, ainda carece de maior desenvolvimento, principalmente nos parâmetros de processo, solubilização de metais simultaneamente e tempo de procedimentos de extração. Destarte, este projeto visou avaliar a influência dos parâmetros do processo na taxa de recuperação de metais a partir de resíduos minerais e resíduos eletrônicos (especificamente placas de circuito impresso - PCIs) e, posteriormente, avaliá-los para processos em biorreatores para obter resultados mais rápidos, eficientes, e recuperação robusta. Além disso, buscou-se utilizar a bactéria Rhodococcus erythropolis, de aplicação ainda incipiente em processos de biomineração. Os ensaios de biomineração demonstraram que a cepa R. erythropolis ATCC 4277 foi capaz de solubilizar cobre, alcançando 38% de recuperação cúprica da matéria-prima, em biorreator, operando a 25 ºC, por apenas 24 h, usando 25 g.L-1 de resíduo beneficiado de calcopirita e 250 rpm de taxa de agitação. As análises químicas e físicas aplicadas nas amostras de biomineração demonstraram que o Cu lixiviado pela R. erythropolis ATCC 4277 se encontra na forma de óxido de cobre (I) em tamanhos nanométricos, aumentando o valor intrínseco ao metal solubilizado, haja visto que nanopartículas de cobre tem aplicações vastas na biotecnologia e em outros campos. Ao se utilizar PCIs como matéria-prima para o processo de biomineração, foi possível extrair simultaneamente 27,4% de Al, 15,0% de Cu, 49,5% de Fe e 42,5% de Ni, em ensaios realizados em biorreator, a 25 ºC, pH 7,0 por apenas 24 h, usando uma taxa de oxigenação de 3,0 L.min-1, agitação de 400 rpm, e partículas de PCI de tamanho 0,105 mm. Outrossim, análises de caracterização química revelaram que os metais extraídos encontravam-se em forma de óxidos. Assim sendo, os processos desenvolvidos durante este projeto demonstram o potencial da cepa R. erythropolis ATCC 4277 para ser aplicada na biomineração de metais presentes em rejeitos de mineração e resíduos eletroeletrônico, o que contribui tanto para o reaproveitamento de matérias-primas quanto para a conservação do meio ambiente.