Rhodococcus opacus como biorreagente - DBD PUC RIO · Ao Professor Doutor Hudson Jean Bianquini...

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Vanessa Figueiredo da Silva Coelho

Bioflotação de dolomita e calcita utilizando a cepa

Rhodococcus opacus como biorreagente

Dissertação de Mestrado

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e de Processos Químicos e Metalúrgicos do Departamento de Engenharia Química e de Materiais da PUC - Rio.

Orientador: Prof. Maurício Leonardo Torem

Rio de Janeiro

Abril de 2016

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PUC-Rio - Certificação Digital Nº 1312986/CA

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Rhodococcus opacus como biorreagente

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e de Processos Químicos e Metalúrgicos do Departamento de Engenharia Química e de Materiais da PUC - Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada.

Prof. Maurício Leonardo Torem Orientador

Departamento de Engenharia Química de Materiais – PUC – Rio

Dr. Antonio Gutierrez Merma Departamento de Engenharia Química de Materiais – PUC – Rio

Prof. Hudson Jean Bianquini Couto Centro de Tecnologia Mineral – CETEM / MCT

Prof. Márcio da Silveira Carvalho Coordenador (a) Setorial do Centro Técnico Científico - PUC – Rio

Rio de Janeiro, 14 de abril de 2016.

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Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou

parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor

e do orientador.


Graduou-se em Engenharia Ambiental e Sanitária no Centro

Universitário Geraldo Di Biase em Nova Iguaçu - RJ (Brasil)

em 2012.

Ficha Catalográfica

CDD: 620.11

Coelho, Vanessa Figueiredo da Silva


Rhodococcus opacus como biorreagente / Vanessa

Figueiredo da Silva Coelho; orientador: Maurício

Leonardo Torem. – 2016.

97 f. : il. color. ; 30 cm

Dissertação (mestrado)–Pontifícia Universidade

Católica do Rio de Janeiro, Departamento de Engenharia

Química e de Materiais, 2016.

Inclui bibliografia

1. Engenharia Química – Teses. 2. Engenharia de

materiais – Teses. 3. Bioflotação. 4. Biorreagente. 5.

Dolomita. 6. Calcita. 7. Rhodococcus opacus. I. Torem,

Maurício Leonardo. II. Pontifícia Universidade Católica do

Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Química e

de Materiais. III. Título.

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Para meus pais Rosângela e Luiz Valério,

pela vida, amor e educação, para meu

esposo Raphael pelo amor e paciência.

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Agradecimentos

A Deus por ter iluminado meu caminho, dando força e coragem nos momentos

difíceis.

Ao Professor Doutor Maurício Leonardo Torem, por ter sido meu orientador, pela

competência científica e acompanhamento da pesquisa, pelo incentivo e apoio

dado para a realização deste trabalho.

Ao Doutor Antonio Gutierrez Merma, pela permanente disponibilidade, auxiliando

a encontrar informações e soluções que contribuíram muito para a execução

desta dissertação.

Ao Professor Doutor Hudson Jean Bianquini Couto, pela disponibilidade e

generosidade que permitiram concluir etapas importantes desta pesquisa.

Ao Mestre Ronald Rojas Hacha que por muitos anos tem sido um grande amigo

e acabou tornando-se um irmão de coração, transmitindo sempre seu

conhecimento científico na área com críticas e sugestões que ajudaram bastante

na realização desta dissertação.

Ao CNPq pela bolsa concedida durante a realização deste mestrado, o que

permitiu a conclusão de um grande passo dado na minha futura carreira

profissional.

Ao CETEM/MCT pelo apoio para a realização de etapas importantes deste

trabalho.

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Ao Departamento de Engenharia Química e de Materiais (DEQM) da PUC - Rio,

seus professores, pesquisadores e funcionários.

Ao Grupo de Pesquisa do Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental, do

qual fiz parte, pela troca de informações e apoio dado nesta longa jornada.

Aos meus amigos e familiares, por compreenderem a ausência nestes últimos

anos durante a conclusão deste sonho.

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Resumo

Coelho, Vanessa Figueiredo da Silva; Torem, Maurício Leonardo.

Bioflotação de dolomita e calcita utilizando a cepa Rhodococcus opacus

como biorreagente. Rio de Janeiro, 2016, 97p. Dissertação de Mestrado -

Departamento de Engenharia Química e de Materiais, Pontifícia

Universidade Católica do Rio de Janeiro.

A flotação é uma área de grande importância no que tange ao

beneficiamento mineral; e uma das vertentes em ascensão é a bioflotação, onde a

utilização de microrganismos como biorreagente tem sido uma alternativa para

substituir métodos convencionais que utilizam em seus processos reagentes mais

agressivos ao ambiente. Tem-se como objetivo desta pesquisa estudar os aspectos

fundamentais da bioflotação dos minerais calcita e dolomita, avaliando a bactéria

R. opacus como biorreagente. A metodologia se desenvolveu da seguinte forma:

preparação das amostras minerais, obtenção das cepas bacterianas, realização das

medições de potencial zeta e ensaios de microflotação em tubo de Hallimond

modificado; além da realização de análises químicas e mineralógicas, microscopia

eletrônica de varredura e espectroscopia de infravermelho. Nos ensaios de

bioflotação, a dolomita apresentou valores máximos de flotabilidade em torno de

75%, nas seguintes condições: pH 7, concentração de biorreagente de 0,4 g/L,

vazão de ar de 15 mL/min e 300 rpm de agitação do sistema. Já para a calcita, os

melhores resultados de flotabilidade foram aproximadamente de 50% obtidos em

pH 5 e nas mesmas condições dos parâmetros utilizados para os ensaios de

bioflotação da dolomita. Nos ensaios de bioflotação, observou-se uma janela de

seletividade para o sistema dolomita-calcita em pH 7 onde os resultados de

flotabilidade foram de 73% e 27%, respectivamente. Estes resultados mostraram

que a bactéria R. opacus apresentou um grande potencial como biorreagente para

uma futura aplicação na indústria de flotação destes minerais carbonatados.

Palavras chave

Bioflotação; biorreagente; dolomita; calcita; Rhodococcus opacus.

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Abstract

Coelho, Vanessa Figueiredo da Silva; Torem, Maurício Leonardo (Advisor).

Bioflotation of dolomite and calcite using Rhodococcus opacus strain as

bioreagent. Rio de Janeiro, 2016, 97p. Masters Dissertation –

Departamento de Engenharia Química e de Materiais, Pontifícia

Universidade Católica do Rio de Janeiro.

Flotation is an area of great importance in regard to mineral beneficiation.

Thus, the bioflotation is ascending because the use of microrganisms as

bioreagent and it has been an alternative to replace conventional methods, which

use more aggressive chemical reagents. The objective of this research is to study

the fundamental aspects of bioflotation of calcite and dolomite minerals,

evaluating the bacterial strain R. opacus as bioreagent. The methodology used in

this work, developed as follows: preparation of mineral samples, obtaining the

bacterial strain, conducting experiments involving zeta potential measurements

and microflotation tests in modified Hallimond tube; besides carrying out

chemical and mineralogical analysis, scanning electron microscopy and infrared

spectroscopy. In the bioflotation tests, dolomite showed maximum values of

floatability around 75% under the following conditions: pH 7, bioreagent

concentration of 0.4 g/L, air flow rate of 15 mL/min and agitation rate of 300 rpm.

On the other hand, the best result achieved for calcite floatability was

approximately 50% obtained at pH 5 and under the same conditions used during

the bioflotation of dolomite. A selectively pH region for the separation of

dolomite from calcite was observed at around pH 7 where the results of

floatability were 73% and 27%, respectively. These results showed that the

bacterial strain used has a great potential as bioreagent for future application in

industry flotation of these carbonate minerals.

Keywords

Bioflotation; bioreagent; dolomite; calcite; Rhodococcus opacus

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Sumário

1 Introdução 15

2 Objetivos e Relevância do Trabalho 17

2.1. Objetivo Geral 17

2.2. Objetivos Específicos 17

2.3. Relevância do Trabalho 17

3 Revisão Bibliográfica 19

3.1. Rochas Carbonatadas 19

3.1.1. Geologia 20

3.1.2. Mineralogia 20

3.1.3. Impurezas das rochas calcárias 22

3.1.4. Processamento 22

3.2. Minerais em Estudo 24

3.2.1. Dolomita 24

3.2.2. Calcita 26

3.3. Flotação 27

3.3.1. Carga superficial da partícula 28

3.3.2. Potencial Zeta 30

3.3.3. Hidrofobicidade 33

3.4. Bioflotação 34

3.4.1. Biorreagentes 35

3.4.2. Composição da parede celular microbiana 36

3.4.3. Carga superficial dos microrganismos 39

3.4.4. Gênero Rhodococcus 40

3.4.5. Rhodococcus na biotecnologia mineral 41

4 Materiais e Métodos 44

4.1. Amostragem e Preparação 44

4.1.1. Análise por Difratometria de Raios X (DRX) 45

4.1.2. Análise por Espectrometria de Fluorescência de Raios X

(FRX) 45

4.1.3. Análise Granulométrica 46

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4.2. Cultivo e crescimento da bactéria Rhodococcus opacus 46

4.3. Caracterização da bactéria Rhodococcus opacus 51

4.3.1. Determinação da curva de crescimento da bactéria

Rhodococcus opacus 51

4.4. Comportamento dos minerais em estudo antes e após interação

com a bactéria Rhodococcus opacus 51

4.4.1. Medidas de Potencial Zeta 51

4.4.2. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 53

4.4.3. Análise no espectrofotômetro de infravermelho com

transformada de Fourier (FITR) 53

4.5. Ensaios de microflotação 54

5 Resultados e Discussões 57

5.1. Preparação e caracterização das amostras minerais 57

5.2. Caracterização da cepa Rhodoccocus opacus 60

5.2.1. Curva de crescimento 60

5.2.2. Análises das medidas de Potencial Zeta 61

5.2.3. Análises dos espectros de infravermelho 62

5.3. Comportamento dos minerais em estudo antes e após interação

com a bactéria Rhodococcus opacus 64

5.3.1. Estudos de Potencial Zeta 64

5.3.2. Análises de infravermelho 67

5.3.3. Analises das imagens de MEV 70

5.4. Ensaios de bioflotação 71

5.4.1. Ensaios Preliminares 71

5.4.2. Microflotação da dolomita 76

5.4.3. Microflotação da calcita 79

6 Conclusões 83

7 Referencias Bibliográficas 85

8 Anexos 91

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Lista de figuras

Figura 1 – Estrutura Cristalina da Dolomita (A) Mineral Dolomita (B).

Fonte: https://staff.aist.go.jp. Acessado em: 29/02/2016. 25

Figura 2 – Estrutura Cristalina da Calcita (A) Mineral Calcita (B). Fonte:

https://staff.aist.go.jp. Acessado em: 29/02/2016. 27

Figura 3 – Ilustração esquemática da estrutura de formação da dupla

camada elétrica. (Adaptado de Kelly e Spottiswood, 1982). 29

Figura 4 – Representação esquemática do ângulo de contato entre as

fases líquida, sólida e gasosa em equilíbrio (Finch e Smith,

1979). 34

Figura 5 – Ilustração típica da parede celular de uma bactéria Gram

positiva e Gram negativa. Fonte:

https://www.studyblue.com/. Acessado em 12/03/2016. 37

Figura 6 – Espectrograma de infravermelho (FTIR) do Rhodococcus

opacus (Merma, et al., 2013). 39

Figura 7 – Fluxograma detalhado da preparação das amostras minerais. 44

Figura 8 – Peneiramento a úmido (Série de peneiras Tyler). 46

Figura 9 – Colônia da cepa Rhodococcus opacus em placas petri. 47

Figura 10 – Crescimento da cepa Rhodococcus opacus em incubadora

Shaker (CIENTEC CT-712). 48

Figura 11 – Centrífuga digital CT-5000 CIENTEC 48

Figura 12 – Células da bactéria R. opacus centrifugadas. 49

Figura 13 – Concentrado bacteriano na autoclave (A); Concentrado final

(B) 49

Figura 14 – Espectrofotômetro UV/Vis (UV-Spectrophotometer, UV-

1800, Shimadzu). 50

Figura 15 – Curva de calibração da bactéria Rhodococcus opacus,

relação entre concentração celular e absorvância de uma

suspensão celular. 50

Figura 16 – Equipamento de microeletroforese Zeta Meter System +4.0 52

Figura 17 – Espectrofotômetro FTIR Nicolet 54

Figura 18 – Sistema de microflotação em tubo de Hallimond modificado,

(1) Agitador magnético, (2) Medidor de pH, (3) Rotâmetro,

(4) Bomba de vácuo-compressora, (5) Tubo de Hallimond

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modificado. 55

Figura 19 – Difratograma da amostra mineral dolomita 58

Figura 20 – Difratograma da amostra mineral calcita 59

Figura 21 – Análise Granulométrica da dolomita e calcita. 59

Figura 22 – Curva de crescimento da cepa R. opacus no meio de cultura

YMA 60

Figura 23 – Potencial Zeta da bactéria R. opacus 61

Figura 24 – Espectro de Infravermelho por Transformada de Fourier da

bactéria Rhodoccocus opacus. 63

Figura 25 – Curvas de Potencial Zeta do mineral dolomita antes e após

interação com R.opacus. Eletrólito suporte: 10-3 M NaCl 64

Figura 26 – Curvas de Potencial Zeta do mineral calcita antes e após da

interação com R. opacus. (Eletrólito suporte: 10-3 M NaCl). 66

Figura 37 – Espectrograma do mineral calcita 67

Figura 38 – Espectrograma do mineral dolomita 68

Figura 39 – Espectrograma do mineral dolomita após interação com a

bactéria Rhodococcus opacus 69

Figura 40 – Espectrograma do mineral calcita após interação com a

bactéria Rhodococcus opacus 70

Figura 41 – Imagens do mineral dolomita após interação com a bactéria

R. opacus obtidas através da Microscopia Eletrônica de

Varredura (MEV) 71

Figura 42 – Imagens do mineral calcita após interação com a bactéria R.

opacus obtidas através da Microscopia Eletrônica de

Varredura (MEV) 71

Figura 43 – Perfil de flotabilidade da dolomita em função da vazão de ar.

Fração granulométrica -106 +75 µm; Conc. de

biorreagente: 0,3 g/L; Tempo de flotação: 5 min; Agitação:

300 rpm; pH 7. 72

Figura 44 – Flotabilidade da dolomita em função da concentração de

biorreagente. Fração granulométrica -106 +75 µm; Tempo

de flotação: 5 min; Agitação: 300 rpm; Vazão de ar: 15

mL/min; pH 7. 73

Figura 45 – Flotabilidade da dolomita em função do pH. Fração

granulométrica -106 +75 µm; Tempo de flotação: 5 min;

Agitação: 300 rpm; Vazão de ar: 15 mL/min. 74

Figura 46 – Espuma produzida pela bactéria Rhodoccocus opacus em

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diferentes concentrações: 0,1 g/L (A); 0,2 g/L (B); 0,3 g/L

(C); 0,4 g/L (D). 75

Figura 47 – Ensaio de arraste. Calcita (A) e Dolomita (B). Tempo de

flotação: 5 min; Agitação: 300 rpm; Vazão de ar: 15

mL/min. 76

Figura 48 – Flotabilidade da dolomita em função do pH em diferentes

concentrações de biorreagente (g/L). Fração











Figura 51 – Flotabilidade da calcita em função do pH em diferentes












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Lista de tabelas

Tabela 1 – Propriedades físicas dos minerais carbonatados mais

comuns. 21

Tabela 2 – Características físico-químicas da dolomita 25

Tabela 3 – Características físico-químicas da calcita 26

Tabela 4 – Comparação dos valores de PIE e PCZ dos minerais

carbonatados 31

Tabela 5 – Uso de microrganismos no processo de bioflotação mineral 36

Tabela 6 – Principais grupos funcionais presentes na parede celular

bacteriana 38

Tabela 7 – Interação dos microrganismos com a superfície mineral.

Deslocamento do PIE após a interação. 40

Tabela 8 – Composição da parede celular da bactéria R. opacus. 41

Tabela 9 – Flotabilidade de minerais após a interação com o R. opacus. 42

Tabela 10 – Frações granulométricas selecionadas para os ensaios

experimentais. 45

Tabela 11 – Meio de cultura Yeast Malt Agar – YMA 47

Tabela 12 – Composição química das amostras minerais calcita e

dolomita por Fluorescência de Raios-X (FRX) 58

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1 Introdução

A crescente necessidade mundial por bens minerais tornam as atividades

de extração mineral uma das mais relevantes no setor econômico global.

Entretanto, com o aumento da demanda por esses produtos, a obtenção de

minérios com baixos teores e características mineralógicas mais complexas tem

sido mais frequente.

Com isso, o tamanho de partículas diminui devido aos mecanismos de

cominuição que por sua vez tem como um dos objetivos alcançar maior liberação

do mineral de interesse. Sendo assim, as diferenças nas propriedades físicas

perdem o seu grau de relevância na separação e a influência das propriedades

superficiais torna-se preponderante nos processos de concentração mineral.

A flotação insere-se dentro do conceito de química de superfície e na

indústria mineral, é a mais versátil e eficiente técnica de concentração de

minerais, sendo uma área de grande importância no que tange a beneficiamento

mineral. A imensa necessidade de alcançar menores custos operacionais e as

especificações mais restritas na produção de concentrados minerais, além de

legislações ambientais mais rigorosas levou a inúmeras investigações com o

intuito de encontrar melhores técnicas de processamento e reagentes de

flotação mais eficazes. Uma das vertentes em ascensão é a bioflotação, onde a

utilização de microrganismos como biorreagente tem sido uma alternativa

ambientalmente amigável para substituir métodos convencionais que utilizam em

seus processos reagentes mais agressivos ao ecossistema.

A bioflotação é um processo de separação de uma espécie mineral

mediante a interação da superfície mineral com um biorreagente. Neste

processo diferentes microrganismos podem atuar como biorreagentes do tipo

coletores ou modificadores da superfície mineral mediante a adesão microbiana.

(Sharma et al., 2001; Botero, 2007; Farahat et al., 2008).

Os biorreagentes podem ser biomassas vegetais (plantas), micro-

organismos, cascas e restos de material biológico em geral. Tem-se visto muitos

estudos utilizando cepas bacterianas como biorreagentes, estes micro-

organismos possuem grupos funcionais ionizáveis na parede celular, o que os

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conferem determinadas características anfipáticas que os tornam capazes de

substituir certos reagentes inorgânicos no processo de flotação convencional.

No Brasil, a produção de calcário se estende por praticamente em todos os

estados brasileiros. Os estados que mais se destacam são: Minas Gerais, Mato

Grosso do Sul, Paraná e Goiás, que juntos detêm quase 60% das reservas

medidas de calcário do país, além de Mato Grosso e Bahia. Os principais

Estados produtores, responsáveis por cerca de 85% da produção nacional, são:

Mato Grosso, com 19,6%, Paraná, 15,0%, Minas Gerais, 13,9%, Goiás, 11,6%,

Rio Grande do Sul, 9,7%, São Paulo, 8,2% e Tocantins, 7,2 atingindo cerca de

167,7 milhões de toneladas, incluindo a produção de calcita e conchas calcárias.

O valor total da produção de calcário no Brasil foi de R$ 43 bilhões (DNPM

2014).

O calcário e o dolomito são as principais rochas carbonatadas

comercializadas mundialmente e são encontradas extensivamente em todos os

continentes, com uma ampla variedade de usos em diversos setores na

indústria, como por exemplo, na fabricação de cimento, vidros, aço, papéis,

plásticos, tintas, cerâmica entre outros. Entretanto, a ocorrência dessas

formações rochosas com alta concentração de carbonato de cálcio (principal

produto obtido no processamento do calcário) não é muito frequente, sendo

muito comum encontrar variações dos minerais de carbonato de cálcio devido ao

grau de impurezas. Sendo assim, o beneficiamento torna-se uma tarefa

complexa tendo em vista a similaridade dos minerais associados à matriz

rochosa.

A calcita (CaCO3) principal constituinte mineralógico dos calcários e a

dolomita [CaMg(CO3)2] presente nos calcários dolomíticos, são os minerais

avaliados nesta pesquisa que visa aprimorar as informações pertinentes a

bioflotação de minerais carbonatados.

Neste estudo, o efeito da cepa bacteriana Rhodococcus opacus como

biocoletor/bioespumante em testes de microflotação utilizando amostras puras

de dois tipos de minerais carbonatados diferentes, a calcita e a dolomita, foi

analisado mediante estudos do comportamento eletroforético e análises dos

espectros de infravermelho das amostras minerais antes e após interação com a

cepa bacteriana. Assim como as imagens de microscopia eletrônica de varredura

para identificar as células da bactéria aderidas na superfície mineral.

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17

2 Objetivos e Relevância do Trabalho

2.1. Objetivo Geral

Estudar os aspectos fundamentais da bioflotação de dolomita e calcita,

avaliando a cepa bacteriana Rhodococcus Opacus como biorreagente.

2.2. Objetivos Específicos

o Caracterizar e avaliar as propriedades do concentrado bacteriano;

o Caracterizar e avaliar as propriedades superficiais do mineral antes

e após interação com a cepa Rhodococcus Opacus;

o Avaliar o efeito do pH, concentração de biorreagente e tamanho de

partículas na flotabilidade do sistema calcita e dolomita utilizando a

cepa bacteriana Rhodococcus Opacus;

2.3. Relevância do Trabalho

Os atuais empreendimentos são altamente valorizados e fortemente

cobrados por sua responsabilidade socioambiental. Devido a isto, a busca por

soluções ambientalmente amigáveis torna-se indispensável, agregando valor a

seus produtos e/ou serviços no mercado. Sendo assim, a tendência de

implementar novos reagentes no processamento mineral é intensificada, e

dentro deste conceito os biorreagentes são uma alternativa para a mitigação de

problemas ambientais, gerados pelo descarte de substâncias químicas nos

efluentes industriais que variam de moderados a altamente tóxicos.

O uso de microrganismos como biorreagentes na flotação mineral, torna-se

muito atrativo pelas suas características superficiais, tais como: carga elétrica

negativa e hidrofobicidade, sendo notória a importância de pesquisas voltadas

para o entendimento das propriedades superficiais dos microrganismos e sua

interação com a superfície mineral A similaridade com os reagentes

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18

convencionais e sua biodegradabilidade são fatores preponderantes na sua

aplicação em escala industrial.

Existem vários fatores que influenciam na probabilidade de êxito no

processo de flotação, e a solubilidade do mineral envolvido é um aspecto bem

relevante a ser analisado.

Os minerais em estudo desta pesquisa enquadram-se como minerais

levemente solúveis e a flotação destes tipos de minerais torna-se desafiadora,

pois as espécies minerais dissolvidas podem adsorve-se e modificar suas

propriedades superficiais.

A calcita (CaCO3) e a dolomita [CaMg(CO3)2] são importantes minerais

carbonatados e são extensivamente extraídos nas atividades mineiras do Brasil.

Devido a sua solubilidade e por terem características físico-químicas similares a

seletividade nos processos de flotação torna-se mais complexa. Mesmo com os

avanços em pesquisa e tecnologia ainda é escassa as informações no que diz

respeito à flotação de minerais semi-solúveis, o que corrobora para a realização

desta pesquisa.

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3 Revisão Bibliográfica

3.1. Rochas Carbonatadas

As rochas carbonatadas são encontradas em todos os continentes em

grandes proporções, porém a sua ocorrência com elevada pureza de carbonato

de cálcio corresponde a menos de 10% das reservas lavradas no mundo. (Freas,

Hayden e Pyor, 2006).

O calcário e o dolomito são as principais rochas carbonatadas

comercializadas mundialmente. Sendo a calcita (carbonato de cálcio – CaCO3) o

principal constituinte mineralógico do calcário, podendo conter menores

quantidades de carbonato de magnésio, sílica, argila e outros minerais.

O dolomito é uma rocha sedimentar composta, prioritariamente, pela

dolomita, um mineral de carbonato de cálcio e magnésio – CaMg(CO3)2, mas o

valor econômico agregado ao calcário é mais elevado. (Sampaio e Almeida,

2005).

O principal produto obtido do processamento das rochas carbonatadas é o

carbonato de cálcio. E entre as diversas atividades industriais, o carbonato de

cálcio inclui-se nas mais variadas aplicações, tais como:

o produção de cimento;

o materiais de construção civil;

o correção de solos ácidos;

o aditivos em diversos processos químicos;

o carga em diversos processos industriais;

o produção de alimentos;

o purificação do ar e tratamento de esgotos;

o refino do açúcar e outras aplicações em alimentos e produtos de

higiene;

o fabricação de vidros, aço, papéis, plásticos, tintas, cerâmica e

muitos outros.

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20

3.1.1.Geologia

Originalmente, o calcário é uma rocha sedimentar formada por material

precipitado de agentes químicos e orgânicos. Os depósitos destes tipos de

rochas cabornáticas variam em idade desde o pré-cambriano até o holoceno

(Sampaio e Almeida, 2005).

Segundo (Klein e Mizusaki, 2007) a evaporação e as variações de

temperatura podem reduzir o teor de dióxido de carbono contido na água,

causando a precipitação do carbonato de cálcio em consequência das condições

de saturação. Neste processo de deposição do carbonato de cálcio, forma-se um

calcário de alta pureza química, dando origem a formações rochosas

carbonáticas conhecidas como, travertino, turfa calcária, estalactites e

estalagmites, muito comuns em cavernas.

Contudo, a origem orgânica do calcário mostra-se mais frequente. O cálcio

disponível em solução, seguindo a precipitação química, é utilizado por uma

variedade de vidas marinhas tais como: corais, foraminíferos, moluscos e

equinodermos, para formar conchas de calcário que, posteriormente, se

acumulam no fundo do mar. Estas estruturas são praticamente compostas por

carbonato de cálcio puro e são, frequentemente, encontradas intactas em

calcários como greda e marga. Os sedimentos de calcário derivados desse

processo podem contaminar-se durante a deposição com materiais argilosos,

silicosos ou siltes ferruginosos que afetam a composição química e a natureza

do calcário, dando origem a outros tipos de calcários.

Os calcários dolomíticos ou magnesianos, conhecidos também como

dolomito, normalmente tem a sua formação associada ao calcário calcítico, na

substituição do cálcio pelo magnésio oriundo de águas com elevado teor de sais

de magnésio. Existem alguns parâmetros que afetam a formação de dolomitos

que estão vinculados à razão de Mg2+/Ca2+, salinidade e relação CO32-/Ca2+

(Morrow, 1990). Embora, vários depósitos de dolomita, aparentemente,

apresentam ter origem na co-precipitação de ambos os carbonatos.

3.1.2. Mineralogia

As rochas carbonatadas são assim identificadas por serem compostas

basicamente por minerais de carbonato de cálcio. As principais propriedades

físicas destes minerais comumente encontrados nas rochas carbonatadas estão

descritas na Tabela 1.

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Tabela 1 – Propriedades físicas dos minerais carbonatados mais comuns.

Minerais Propriedades

Calcita (CaCO3) CaO 56%

Componente mais comum nos calcários e mármores, bem como de outras rochas sedimentares e metamórficas. Ocorre no sistema cristalino e hexagonal com boa clivagem romboédrica. Dureza 3 (escala Mohs). Densidade 2,72. Comumente ocorre na cor branca ou sem cor (hialino) e coloridas quando contém impurezas.

Dolomita CaMg(CO3)2 CaO 30,4% MgO 21,95%

Sua origem pode ter sido secundária, por meio da substituição do cálcio pelo magnésio. Sistema cristalino hexagonal, comumente em cristais romboédricos com faces curvadas. Dureza 3,5 a 4,0. Densidade 2,87. Comumente ocorre nas cores branca e rósea.

Aragonita (CaCO3) CaO 56%

É menos estável que a calcita e muito menos comum. Forma-se a baixas temperaturas e ocorre em depósitos próximos à superfície, especialmente nos calcários, em rochas sedimentares e metamórficas. Sistema cristalino ortorrômbico. Dureza 3,5 a 4,0. Densidade 2,93 a 2,95. Comumente ocorre na forma hialina.

Siderita (FeCO3 )

Cristais romboédricos, nas cores castanha ou preta, são mais comuns. Dureza 3,5 a 4,0. Densidade 3,7 a 3,9.

Ankerita Ca(Fe

2+,Mg,Mn)(CO3)2

Ocorre no sistema hexagonal, comumente com cristais romboédricos. Dureza 3,5 a 4,5. Densidade 2,96 a 3,1. As cores mais comuns: branca, rósea ou cinza.

Magnesita (MgCO3)

Sistema hexagonal. Usualmente ocorre na forma granular ou massa terrosa. As cores mais comuns variam desde o branco ao amarelo; em outras cores quando ocorrem impurezas.

Fonte: Sampaio e Almeida, 2005.

A maior dificuldade de identificar ou distinguir os minerais carbonatados

está na similaridade entre as propriedades físicas destes minerais. Por este

motivo, recursos adicionais de identificação são necessários, os mais utilizados

são: análises químicas, difração de raios X, microscopia eletrônica, entre outros.

A aragonita (CaCO3) possui a mesma composição química da calcita, o

que as difere, é a estrutura cristalina. Por ser um mineral metaestável, sua

alteração resulta na calcita, a forma mais estável. Seu aproveitamento

econômico acontece apenas para os depósitos de conchas calcárias. (Sampaio

e Almeida, 2005).

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22

Os minerais carbonatados supracitados como, siderita (FeCO3), ankerita

Ca(Fe2+,Mg,Mn)(CO3)2 e a magnesita (MgCO3), estão comumente associados ao

calcário e ao dolomito, porém em menor proporção.

3.1.3.Impurezas das rochas calcárias

Segundo Sampaio e Almeida (2005), os argilominerais, como caulinita,

ilita, clorita, smectita e outros tipos de micáceos podem estar disseminados por

toda rocha carbonática ou como veios no seu interior, apresentando-se como a

impureza mais comum nestes tipos de rochas.

Os silicatos também são impurezas bastante comuns em calcários, o que

compromete o aproveitamento econômico do mesmo. Tendo em vista que, para

fins metalúrgicos e químicos devem conter menos que 1% de alumina e 2% de

sílica. Já os contaminantes provenientes de compostos de ferro, são prejudiciais

à sua aplicação para vários fins industriais como: cerâmicos, tintas, papel,

plásticos, borracha, entre outros.

Outros tipos de impurezas são encontrados como sulfetos, sulfatos e

fosfatos, que são altamente prejudiciais nos processos das indústrias

metalúrgicas, e por este motivo são exigidos teores inferiores a 0,03 e 0,02%

para enxofre e fósforo respectivamente.

3.1.4.Processamento

O processamento de rochas carbonáticas ou carbonatadas, será em

função das exigências de mercado e sua aplicabilidade. Quando não há

requerimento de rígidos controles de especificações, a lavra seletiva, a catação

manual, a britagem e o peneiramento são os métodos mais usuais para

obtenção do produto final, como por exemplo, o calcário agrícola. Contudo, para

a utilização em indústrias de papel, plásticos, tintas, borrachas, entre outras; o

circuito de beneficiamento torna-se mais complexo.

Neste contexto, a flotação, a separação magnética, entre outros

mecanismos de beneficiamento, são processos utilizados para concentração de

calcário e/ou remoção das impurezas.

A contaminação devido a associações por compostos de ferro corresponde

imediatamente pela queda da alvura, e consequentemente, a diminuição do seu

valor agregado nos produtos obtidos pelo processamento das rochas

carbonatadas; neste caso, a utilização da moagem faz-se necessário. Assim,

DBD


23

empregam-se moinhos tipo Raymond e, nos casos mais críticos, utilizam-se

moinhos autógeno e/ou de bolas, com revestimentos e meio moedor especiais.

O principal produto obtido pelo processamento dessas rochas é o

carbonato de cálcio, por meios físicos de purificação e/ou beneficiamento, com

elevados índices de pureza para atender à necessidade do mercado a que se

destina. Porém, existem algumas dificuldades no processo de purificação, tendo

em vista que o emprego de métodos’ químicos seria a solução desde que

ocorresse em meio alcalino. Todavia esta prática não é comum, pois a maioria

dos compostos de ferro é solúvel apenas em meio ácido, o que compromete a

aplicação destes métodos para o caso do calcário (Sampaio e Almeida, 2005).

Existem duas formas em que o carbonato de cálcio se apresenta para a

sua utilização em diversas aplicações nas indústrias de papel, plásticos, tintas,

entre outras. O natural, moído a partir do carbonato de cálcio natural mais

conhecido como GCC (Ground Calcium Carbonate) e o precipitado mais

conhecido como PCC (Precipitate Calcium Carbonate).

O beneficiamento do GCC envolve as etapas de britagem, moagem,

classificação granulométrica, moagem autógena, flotação e tratamento de

superfície. Há duas faixas granulométricas do GCC que são importantes para a

indústria de papel: uma grossa (<45 µm) e uma ultrafina (<10 µm). Na faixa

grossa, a moagem é geralmente realizada em moinhos de rolos (método a seco),

em circuitos fechados e com sistemas de classificação. Na faixa ultrafina, a

moagem geralmente é realizada em moinhos de bolas (método úmido). Ainda

assim, há necessidade de vários estágios de classificação para obter a

granulometria desejada, o que resulta na elevação da carga circulante da

moagem, diminuindo a capacidade nominal do sistema como um todo. O método

de moagem a úmido, com moinhos de bolas, é mais eficiente para obter

granulometrias finas. Esse método é mais complexo, porém pode ser empregado

numa variedade de matérias-primas que, em muitos casos, prepara a

alimentação da flotação. Na moagem ultrafina e a úmido, eventualmente há

necessidade do uso de dispersantes químicos, que garantem a fluidez da polpa,

melhorando a eficiência da moagem. (Carvalho e Almeida, 1997).

A demanda por produtos cada vez mais puros levou à produção do

carbonato sintético conhecido como o carbonato de cálcio precipitado (PCC), o

qual é obtido através da hidratação da cal (CaO) , obtendo-se um produto

denominado leite de cal (Ca(OH)2). Logo após, é feita a carbonatação (CO3) do

leite de cal, obtendo-se um produto que pode ser aragonita ou calcita. A rocha

calcária, que mediante a calcinação deu origem à cal, não necessita inicialmente

DBD


24

de uma alvura natural elevada (até 80%, ISO), no entanto, deve apresentar uma

boa pureza química, ou seja, deve ser isenta de minerais multivalentes como

manganês e ferro, responsáveis pela redução da alvura (Carvalho e Almeida,

1997).

3.2. Minerais em Estudo

Os minerais carbonatados, calcita e dolomita, objetos de estudo desta

pesquisa, podem ser utilizados de forma alternada ou simultânea em várias

aplicações industriais ou agrícolas. Contudo, em alguns casos específicos, como

na utilização nas indústrias de papéis, vidros, plásticos, tintas e outras, são

necessários um alto índice de pureza do mineral de interesse, devido as suas

características físico-químicas individuais.

3.2.1. Dolomita

A dolomita [CaMg (CO3)2] é um carbonato de cálcio e magnésio, dentre as

suas propriedades diagnósticas encontram-se a variedade de seus cristais

romboédricos curvos e frequentemente, identificada por sua cor rósea. A

dolomita distingue-se da calcita por sua reação menos intensa com o ácido

clorídrico.

Ocorre principalmente sob a forma de mármore dolomítico ou calcário

dolomítico, conhecido também como dolomito, em porções rochosas extensas,

possivelmente formado a partir de calcários calcíticos pela substituição do cálcio

pelo magnésio. Ocorre também como mineral filão, em veios de zinco ou

chumbo em calcários.

Dentre as suas aplicações, destacam-se: a utilização como material de

construção e ornamental, corretivo de solos ácidos, fonte de magnésio,

preparação de revestimentos refratários de conversores, nos processos básicos

de fabricação de aço, entre outras. A Tabela 2 descreve suas principais

características físico-químicas.

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25

Tabela 2 – Características físico-químicas da dolomita

Características Descrição

Fórmula Química CaMg (CO3)2

Composição Carbonato de cálcio e magnésio 30,4% CaO , 21,7% MgO , 47,7% CO2

Cristalografia Trigonal

Classe Romboédrica

Propriedades Ópticas Uniaxial negativo

Hábito Romboédrico

Clivagem Perfeita [1011], com ângulo de clivagem de 73º 45'

Dureza 3,0 – 4,0 (escala Mohs)

Densidade relativa 2,85

Brilho Vítreo a nacarado.

Cor Róseo, podendo ser incolor, branco, cinzento, verde, castanho e preto.

Associação Pode ocorrer com nitratos, calcita e aragonita.

Fonte: http://webmineral.com/data/Dolomite, acessado em: 24/02/2016.

A Figura 1 ilustra a estrutura cristalina do mineral dolomita o que nos

permite observar as camadas alternadas de cálcio e de magnésio, separados

por camadas de carbonato. Este mineral apresenta uma composição química

estequiométrica de CaMg(CO3)2, em que o cálcio e o magnésio estão presentes

em proporções congruentes.

Figura 1 – Estrutura Cristalina da Dolomita (A) Mineral Dolomita (B). Fonte:

https://staff.aist.go.jp. Acessado em: 29/02/2016.

A B

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26

3.2.2. Calcita

A calcita (CaCO3) é o principal constituinte mineralógico dos calcários. A

formação das rochas calcárias calcíticas dar-se por processos orgânicos e

inorgânicos. No primeiro caso, ocorre da deposição de carapaças e esqueletos

de animais marinhos. Já no segundo caso, essas rochas formam-se pela

precipitação direta de carbonato de cálcio em soluções aquosas (Tucker, 2004).

A Tabela 3 descreve suas principais características físico-químicas.

Tabela 3 – Características físico-químicas da calcita

Características Descrição

Fórmula Química CaCO3

Composição Carbonato de Cálcio 53,0% CaO , 44,0% CO2

Cristalografia Trigonal

Classe Hexagonal escalenoédrica

Propriedades Ópticas Uniaxial negativo

Hábito Prismático, romboédrico ou Escalenoédrico

Clivagem Perfeita [1011], com ângulo de 74º55'

Dureza 3,0 (escala Mohs)

Densidade relativa 2,72

Brilho Vítreo

Cor Branca ou incolor (hialino). Também quando impura, cinza, vermelho, verde, azul, amarelo e castanho.

Associação

Os cristais de calcita podem incluir quantidades consideráveis de areias de quartzo (até 60%) e formam o chamado cristal de arenito.

Fonte: http://webmineral.com/data/Calcite, acessado em: 24/02/2016.

O mineral calcita distingue-se da dolomita, pela efervescência em HCl e

da aragonita por ter menor densidade e diferente sistema cristalino.

Ocorre como massas rochosas sedimentares amplamente disseminadas,

sendo o único mineral presente em certos calcários. É um constituinte importante

de margas e pelitos calcários.

O emprego mais importante da calcita é na fabricação de cimentos e cal

para argamassa. Também é usado como corretor de pH em solos ácidos.

A estrutura cristalina do mineral calcita é representada pela Figura 2. A

célula unitária romboédrica do mineral consiste na alternância dos planos dos

átomos de cálcio e dos grupos de carbonato (Skinner et al., 1994).

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27

Figura 2 – Estrutura Cristalina da Calcita (A) Mineral Calcita (B). Fonte:

https://staff.aist.go.jp. Acessado em: 29/02/2016.

3.3. Flotação

A flotação é um processo de separação que explora as diferenças nas

propriedades de superfície entre as várias espécies minerais presentes no

minério (Araujo e Peres, 1995). Em tal processo, partículas hidrofóbicas colidem

e aderem às bolhas que são dispersas dentro da célula de flotação, e são

removidas do meio aquoso, enquanto partículas hidrofílicas permanecem em

suspensão no sistema, visto que colidem com as bolhas, mas não aderem às

mesmas (Laskowski, 1986).

Dentre os diversos fatores que regem o processo de flotação, os reagentes

são os responsáveis pelos maiores avanços científicos e tecnológicos na área de

flotação. E são classificados de acordo com sua função específica, como:

coletores, espumantes e modificadores (depressores, ativadores, reguladores de

pH e dispersantes).

Uma variedade de reagentes orgânicos e inorgânicos são utilizados na

flotação com o intuito de interagir com a superfície mineral, podendo se adsorver

nas interfaces sólido-líquido (atuando como coletores) e/ou ar-líquido (como

espumantes), influenciando as propriedades de superfície, tais como, ângulo de

contato e tensão superficial. A adsorção de surfactante na interface sólido/líquido

também afeta as propriedades elétricas nas interfaces e, por conseguinte, as

interações entre as partículas (Bremmell et al., 1999).

B A

DBD


28

A flotação de minerais que contém cálcio em sua estrutura torna-se

fundamental para o setor industrial devido a sua utilização em larga escala na

produção de matérias-primas para a fabricação de fertilizantes, cimento,

fundentes, materiais de enchimento, etc. Os coletores mais utilizados para estes

minerais são os ácidos graxos de cadeia longa e os seus sais alcalinos,

especialmente o ácido oleico e oleato de sódio. Assim como para minerais

carbonatados (Hernáinz Bermúdez de Castro e Calero de Hoces, 1993;

Sadowski, 1993).

Para alcançar êxito no processo de flotação exitem diversos fatores que

precisam ser avaliados, dentre eles, a química de superfície desempenha um

papel preponderante no que tange a tecnologia mineral, aspectos como por

exemplo, pH da suspensão, carga superficial (Potencial Zeta), hidrofobicidade

(ângulo de contato), forças de tensão superficial entre outros, são fundamentais

para compreender os fenômenos que ocorrem no sistema de separação.

3.3.1. Carga superficial da partícula

A carga superficial das partículas minerais é originada pela imersão de um

sólido em uma solução aquosa o que produz uma região elétrica heterogênea na

interface sólido-líquido. Um excesso de carga (positiva ou negativa)

aparentemente fixa na superfície sólida é equilibrada por uma região difusa de

mesma carga, porém com polo contrário (contra-íons), esta interação das

interfaces é chamado de dupla camada elétrica (Fuerstenau e Pradip, 2005).

O surgimento da carga superficial é dado pela ruptura das ligações

químicas dos minerais pelo processo de fragmentação, ocasionando o

aparecimento de cargas superficiais em meio aquoso, pela subsequente

adsorção de íons presentes nesse meio. Outros mecanismos de adsorção e

geração de carga na superfície de partículas ocorrem pela adsorção e dessorção

de íons na rede cristalina, dissolução não estequiométrica ou por defeitos na

rede cristalina (Leja, 1982).

3.3.1.1. Dupla camada elétrica – (DCE)

Como mencionado acima, a formação da dupla camada elétrica (DCE) na

interface sólido-líquido ocorre pela atração de íons de carga elétrica contrária à

carga do sólido, denominados de contra-íons, visando desta forma o equilíbrio

DBD


29

da carga na interface. A DCE da partícula mineral geralmente refere-se ao perfil

de concentração de íons que se desenvolvem em torno de uma partícula mineral

carregada numa solução de eletrólito (Figura 3). A adsorção de íons presentes

no meio aquoso sobre a superfície dos sólidos classifica-se em não específica

(caracterizada por mecanismos eletrostáticos) e específica (quando as espécies

envolvidas formam um composto químico na superfície).

Figura 3 – Ilustração esquemática da estrutura de formação da dupla camada elétrica.

(Adaptado de Kelly e Spottiswood, 1982).

Segundo Fuerstenau e Pradip (2005), a DCE na interface sólido-líquido

desempenha um papel abrangente em muitas operações de processamento

mineral. No processo de flotação a DCE é de vital importância para entender

alguns efeitos fisico-químicos de superfície encontrados neste sistema e incluem

os seguintes:

A floculação e dispersão de suspensões minerais são controladas por

interações da dupla camada elétrica; os fenômenos de dispersão também são

muito importantes no processo de flotação.

O sinal e a magnitude da carga superficial da partícula mineral controla a

adsorção física dos agentes de flotação. E uma carga superficial muito elevada

pode inibir a quimissorção de coletores.

DBD


30

A DCE gerada ao redor das bolhas de ar tem um efeito muito significativo

sobre a flotação natural de sistemas minerais.

3.3.2. Potencial Zeta

A medida do potencial elétrico entre a superfície externa da camada

compacta e o meio líquido no qual se desenvolve é chamada de Potencial Zeta e

mede o potencial de uma partícula em movimento livre em um líquido. Quando a

partícula coloidal é submetida a uma diferença de potencial, ela migra para o

polo de sinal contrário à sua carga primária. Os contra-íons que se encontram na

camada compacta estão fortemente atraídos à partícula e são capazes de

migrarem junto com ela. Mas os que estão na camada difusa, nem todos

possuem esta capacidade. Pode-se imaginar um plano no interior da camada

difusa que corresponde ao limite desta capacidade de acompanhamento da

partícula, isto é, as cargas que estão até este plano são capazes de acompanhar

a partícula e as que estão fora não. Este plano é chamado de plano de

cisalhamento.

O potencial máximo de repulsão eletrostática ocorre exatamente na

superfície da partícula; é ele que tem que ser neutralizado para a

desestabilização da partícula, mas é muito difícil de ser medido. O que pode ser

medido é o potencial manifestado no plano de cisalhamento, que é o chamado

Potencial Zeta, porque corresponde ao potencial das cargas que estão dentro do

plano de cisalhamento e pode ser medido por eletroforese, uma vez que estas

cargas migrarão com a partícula para o polo de sinal contrário.

O Potencial Zeta é um importante parâmetro a ser medido com auxílio da

eletrocinética. As técnicas mais usadas na determinação do Potencial Zeta (ζ)

são: a eletroforese e o potencial de escoamento. A técnica de eletroforese

consiste em medir a mobilidade eletroforética das partículas carregadas em uma

suspensão aquosa (as partículas eletricamente carregadas, suspensas em uma

polpa, movimentam-se sob a ação de um campo elétrico aplicado). O Potencial

Zeta é dado por:

D

dqZ

4

(1)

Onde q é a carga da partícula, d é a espessura da zona de influência da

carga da partícula e D é constante dielétrica do líquido.

DBD


31

O Ponto de Carga Zero – PCZ: é uma descrição fundamental de uma

superfície, e é mais ou menos o ponto em que a concentração total de sítios

superfíciais aniônicos é igual ao total concentração de sítios superficiais

catiônicos. O PCZ é definido como o logaritmo negativo da atividade de um dos

íons determinadores de potencial (IDP) correspondente à carga real de

superfície nula (σo=0). É determinado por medida direta da adsorção dos IDP.

Já o Ponto Isoelétrico – PIE: corresponde à carga líquida nula no plano de

cisalhamento (σZ=0) na presença de eletrólitos indiferentes, define-se como o

logaritmo negativo da atividade dos íons para o qual a carga líquida no plano de

cisalhamento é nula. É obtido pela medida do Potencial Zeta na presença de um

eletrólito indiferente. Considerando um sistema em que íons H+ e OH- sejam os

íons determinantes do potencial (IDP), o PIE é aquele para o qual o Potencial

Zeta é zero.

Observa-se muitas vezes na literatura o uso de PCZ e PIE como quaisquer

condições de carga zero; contudo, esses conceitos são distintos. Apenas quando

não ocorre adsorção específica o PCZ é igual ao PIE. O PIE é bem definido para

minerais cujos IDP são H+ e OH-.

A Tabela 4 apresenta alguns valores de PIE e PCZ para os minerais

dolomita e calcita encontrados na literatura.

Tabela 4 – Comparação dos valores de PIE e PCZ dos minerais carbonatados

Minerais P.I.E P.C.Z Autores

Dolomita 7,96 <7,00 Prédali e Cases, 1973

<6,00 Blazy et al., 1969

6,80 Marouf et al., 2009

6,30 Gence e Ozbay, 2006

Calcita 8,30 8 – 9,5 Somasundaran e Agar, 1967

10,80 Fuerstenau et al., 1968

9,50 Yarar e Kitchener, 1970

5,50 Smani et al., 1975

10,00 Botero et al., 2007

A dolomita apresenta valores de PCZ e/ou PIE entre uma faixa de 6 – 7,9;

como podemos observar na Tabela 4.

Segundo Marouf et al. (2009) o potencial eletrocinético da dolomita é

positivo abaixo do pH do ponto de carga zero, devido a altas concentrações das

espécies iônicas carregadas positivamente ([Mg2+] + [Ca2+] + [MgOH+] + [CaOH+]

> [HCO3

-]). E acima do pH do ponto de carga zero , as espécies iônicas

carregadas negativamente prevalecem no sistema em maior quantidade ([Mg2+]

DBD


32

+ [Ca2+] + [MgOH+] + [CaOH+]) < [HCO3

-], e portanto, o potencial eletrocinético

torna-se negativo.

Em contato com a água, os fenômenos de hidratação e dissolução

ocorrem dando origem à carga superficial da partícula mineral, através da

formação das espécies iônicas na interface líquido-sólido (Marouf et al., 2009).

As seguintes reações químicas podem ocorrer no sistema dolomita/água:

2

3

22

23 2)( COCaMgCOCaMg pK = 19,35 (2)

33

2 CaHCOHCOCa pK = -0,87 (3)

HCaCOCaHCO aq)(33 pK = 7,99 (4)

CaOHOHCa2 pK = -1,30 (5)

)(2)( aqOHCaOHCaOH pK = 1,30 (6)

)(2)(2 )()( saq OHCaOHCa pK = -5,10 (7)

De acordo com a Tabela 4, a calcita apresenta valores de PCZ/PIE entre

5,5 e 10,8. Diferentes autores retratados na Tabela 4 citam o potencial

eletrocinético da calcita abaixo do pH do PCZ sendo positivo, de acordo com as

espécies hidrolisadas do sistema calcita nesta faixa que estão descritas na

reação abaixo:

OHHCOOHCO 323 (8)

E acima do pH do PCZ, as espécies presentes são:

HCaOHOHCa 2 (9)

Segundo Somasundaran e Agar (1967), dez reações diferentes podem

ocorrer em equilíbrio no sistema calcita/água. Estas reações estão listadas

abaixo, juntamente com as suas constantes de equilíbrio.

)(3)(3 aqs CaCOCaCO pK = -5,09 (10)

2

3

2

)(3 COCaCaCO aq pK = -3,25 (11)

OHHCOOHCO 32

2

3 pK = -3,67 (12)

OHCOHOHHCO 3223 pK = -7,65 (13)

OHCOCOH g 2)(232 pK = 1,47 (14)

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33

33

2 CaHCOHCOCa pK = 0,82 (15)

33 CaCOHCaHCO pK = -7,9 (16)

CaOHOHCa2 pK = 1,4 (17)

)(2)( aqOHCaOHCaOH pK = 1,37 (18)

)(2)(2 )( saq OHCaCaOH pK = 2,45 (19)

3.3.3.Hidrofobicidade

A hidrofobocidade de uma espécie mineral é definida pela sua

característica apolar, ou seja, sua capacidade de interagir com moléculas

apolares. Na prática, a maioria dos minerais apresentam uma característica

polar, ou seja, maior capacidade de interação com moléculas polares, por

exemplo, a água. Tal comportamento (hidrofílico) pode ser alterado pela

introdução de substâncias adequadas ao sistema. Nesse sentido, pode-se afimar

que qualquer espécie mineral pode se tornar hidrofóbica mediante a adição

controlada de substâncias ao sistema. Além disso, é possível, estando duas

espécies minerais em solução, induzir a hidrofobicidade em apenas uma delas,

mantendo a outra hidrofílica (hidrofobicidade seletiva) (Leja, 1982). O grau de

hidrofobicidade pode ser descrito pelo o ângulo de contato (Figura 4). O ângulo

de contato representa uma medida quantitativa do processo de molhabilidade.

Formalmente, a ângulo de contato entre uma gota de um líquido com uma

tensão superficial conhecida e uma superfície sólida depende da relação entre

as forças adesivas (que fariam a gota se espalhar sobre a superfície) e as forças

coesivas do líquido (que querem contrair a gota a uma esfera com uma

superfície mínima). Se a gota repousa sobre uma superfície homogênea

perfeitamente nivelada, forma-se um ângulo de contato de equilíbrio entre o

líquido e a superfície sólida em qualquer ponto da linha de três fases, onde se

encontram o sólido, o líquido e o gás.

A equação de Young (20) estabelece a condição termodinâmica de

equilíbrio entre as interfaces envolvidas, onde o ângulo de contato θ depende da

tensão superficial ou energia livre superficial, γ, das três interfaces (Finch e

Smith, 1979):

cos.LGSLSG

(20)

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34

SLSG

LG

Sólido

Líquido

Gás

...

...

Figura 4 – Representação esquemática do ângulo de contato entre as fases líquida,

sólida e gasosa em equilíbrio (Finch e Smith, 1979).

Onde θ é o ângulo de contato e SG , SL , LG as energias interfaciais nas

interfaces sólido/gás, sólido/líquido e líquido/gás. Para que a flotação ocorra

deve criar-se uma interface sólido-gás com a destruição simultânea das

interfaces sólido/líquido e líquido/gás de igual área. Para que aconteça a adesão

de uma partícula mineral a uma bolha de ar (Finch e Smith, 1979).

Além da condição termodinâmica, o conceito de flotabilidade de um sólido

é controlado pela energia superficial. Dessa forma, o processo de flotação pode

ser visto como a arte e a ciência de converter os sólidos de energia superficial

alta em sólidos hidrofóbicos (isto é, de baixa energia). Assim, as moléculas do

surfatante interagem com o sólido, além das interações com as outras interfaces

disponíveis, causando uma diminuição da energia superficial do sólido, S ,

sendo que esses valores devem ser bem menores que os obtidos na interface

líquido/gás, LG .

É provável que, em alguns casos, a flotação das partículas não ocorra,

mesmo quando os critérios termodinâmicos são favoráveis. Este fato está ligado

a outros critérios que, por sua vez, correlacionam-se à cinética e à hidrodinâmica

do sistema de flotação, que também devem ser satisfeitos (Laskowski, 1986).

3.4. Bioflotação

A bioflotação é um processo de separação de uma espécie mineral

mediante a interação da superfície mineral com um biorreagente. Neste

processo diferentes microrganismos podem atuar como biorreagentes do tipo

DBD


35

coletores ou modificadores da superfície mineral mediante a adesão microbiana.

(Sharma et al., 2001; Botero, 2007; Farahat et al., 2008).

O processo de bioflotação torna-se bastante atrativo por apresentar grande

potencial tecnológico e ambiental, flexibilidade na seleção de cepas e potencial

de seletividade (Rao e Subramanian, 2007).

A atividade dos microrganismos no biobeneficiamento mineral, como

biorreagentes pode ser analisada como um processo seletivo de adesão das

células microbianas na superfície mineral; ou pela interação do micro-organismo

com os reagentes químicos tradicionais empregados nos processos de

beneficiamento. Atualmente os estudos estão focados em compreender os

fenômenos de adesão do microrganismo sobre a superfície mineral. (Poortiga,

2002; Smith e Miettinen, 2006)

3.4.1. Biorreagentes

No cenário da Tecnologia Mineral, o emprego de biorreagentes surge com

potencialidade de aplicação, como processo alternativo sob os aspectos

econômico e ambiental decorrente de sua natural biodegradabilidade (Mesquita

et al., 2003).

Consideram-se como biorreagentes as biomassas vegetais (plantas),

microrganismos, cascas e restos de material biológico em geral, de preferência

não patogênico, a fim de evitar a transmissão de doenças no seu manuseio.

Esses biorreagentes podem ser empregados vivos ou mortos (Desai et al.,

2005).

O uso de microrganismos como biorreagentes no processo de flotação

surge uma como uma alternativa importante. Estes microrganismos possuem

grupos funcionais ionizáveis na parede celular, o que os conferem determinadas

características de adsorção que os tornam capazes de substituir certos

reagentes inorgânicos no processo de flotação convencional.

Nesse sentido diferentes estudos foram desenvolvidos nessa área, alguns

desses trabalhos podem ser vistos na Tabela 5.

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36

Tabela 5 – Uso de microrganismos no processo de bioflotação mineral

Sistema Mineral Biorreagente Autores

Apatita - Dolomita Mycobacterium phlei, Bacillus. licheniformis, Bacillus subtilis

Zheng et al., 1997, 1997, 2001.

Calcita, Magnesita.

Rhodococcus opacus Botero, 2007.

Apatita e Quartzo Rhodococcus opacus Merma, 2012.

Quartzo - Calcita Saccharomyces cerevisiae Usha padukone e Natarajan, 2011.

Quartzo Escherichia coli Farahat et al., 2008, 2009.

Quartzo, Esfarelita, Pirita, Calcopirita.

Paenibacillus polymyxa Patra e Natarajan, 2008.

Hematita

Mycobacterium phlei Dubel, et al., 1992.

Mycobacterium phlei, Serratia marcescens

Yang et al., 2007, 2014.

Rhodococcus opacus Mesquita et al., 2003

Rhodococcus ruber, Lopez et al., 2015.

G. Stenotrophomonas Yang et al., 2013.

Galena Saccharomyces. cerevisiae Kuyumcu et al., 2009.

Pirita - Galena Bacillus subtilis Sarvamangala et al., 2013.

Pirita, Calcopirita Thiobacillus ferrooxidans Hosseini et al., 2005.

Esfarelita - Galena Bacillus megaterium Vasanthakumar et al., 2013.

Esfarelita Bacillus polymyxa Subramanian et al., 2003

Carvão Pseudomonas aeruginosa Fazaelipoor et al., 2010

Pirita- Calcopirita - Galena Paenibacillus polymyxa Patra e Natarajan, 2008.

Alumina, Sílica - Calcita, Hematita

Bacillus subtilis Sarvamangala e Natarajan, 2011.

Hematita, quartzo, caulinita e apatita.

Rhodococcus erythropolis Yang et al., 2013

Minério de ferro Bacillus subtilis Sarvamangala et al., 2012.

Minério sulfetado Thiobacillus ferrooxidans Mason e Rice, 2002.

3.4.2. Composição da parede celular microbiana

As bactérias são os seres vivos mais simples do ponto de vista estrutural,

e de menor tamanho, podendo ser conhecidas também como micróbios. As

bactérias são microrganismos unicelulares, procariontes, e podem ser

patogênicas ou não patogênicas. São abundantes no ar, no solo e na água. O

tamanho das bactérias pode variar de 0,2 a 5,0 micrômetros (Pelczar et al.,

1996). A maioria das células bacterianas é composta de uma cápsula

polissacarídica, parede celular, membrana plasmática, citoplasma, ribossomas,

nucleóide, pili ou fímbrias e flagelo. Dentro desses componentes ressalta-se a

parede celular devido a sua importância na interação com a superfície mineral

nos processos de flotação. A estrutura da parede celular permite dividir as

bactérias em dois grandes grupos: Gram positivas e Gram negativas (Figura 5).

DBD


37

A parede celular dá forma à célula e situa-se abaixo das substâncias

extracelulares (glicocálice) e externamente à membrana que está em contato

imediato com o citoplasma. Sua espessura é calculada, em média, de 10 a 25

nm. A função da parede celular é a de proporcionar uma moldura rígida, que

suporta e protege as estruturas protoplasmáticas mais lábeis, em face das

possíveis lesões osmóticas; evita ainda a evasão de certas enzimas, assim

como o influxo de certas substâncias que poderiam causar dano à célula

(Prescott et al., 1996). O peptideoglicano, um composto polimérico, é o

componente da parede celular que determina sua forma. A parede celular das

bactérias Gram-positivas é constituída por ácido teicóico, além do

peptideoglicano, que corresponde a uma fração maior que a encontrada na

parede das bactérias Gram-negativas. A parede das bactérias Gram-negativas é

mais complexa que a parede das Gram-positivas, pois possui uma membrana

externa cobrindo uma camada fina de peptideoglicano. Esta membrana externa

é cosnstituída por fosfolipídeos, proteínas e lipopolissacarídeos (LPSs) (Prescott

et al., 1996; Pelczar et al., 1996)

Figura 5 – Ilustração típica da parede celular de uma bactéria Gram positiva e Gram

negativa. Fonte: https://www.studyblue.com/. Acessado em 12/03/2016.

Como exposto acima a grande maioria dos microrganismos com potencial

de uso como biorreagentes possuem na sua parede celular diversos tipos de

componentes tais como peptídeoglicana, polissacarídeos, ácidos orgânicos,

substâncias poliméricas extracelulares (EPS), proteínas e lipídeos o que confere

um caráter anfipático à superfície celular bacteriana (Hancock, 1991). Tais

componentes possuem grupos funcionais que fornecem ao microrganismo

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38

características similares aos reagentes usados na flotação convencional

(Volesky, 2007). Alguns destes grupos funcionais tais como: COOH, HPO2, NH,

NH2, NH

3, CH, CH

2, CH

3, OH (Tabela 6) podem ser observados na parede

celular das bactérias Rhodococcus opacus e erythropolis (Volesky, 2007).

Tabela 6 – Principais grupos funcionais presentes na parede celular bacteriana

Grupo funcional

Forma estrutural

pKa Átomo ligante

Ocorrência em biomoléculas

Hidroxila -OH 9,5 -13 O PS, AU, AA

Carbonila (Cetona)

>C=O - O Ligação peptídica

Carboxila

1,7 -4,7 O AU, AA

Sulfidrila (Tiol)

8,3 - 10,8 S AA

Sulfonato

1,3 O SPS

Tioéter >S - S AA

Amina primária

-NH2 8 - 11 N QT, AA

Amina secundária >NH 13 N

PG, Ligação

peptídica

Amida

- N AA

Imina =NH 11,6 - 12,6 N AA

Imidazol

6 N AA

Fosfonato

0,9 - 2,1; 6,1 - 6,8

O FL

Fosfodiéster

1,5 O AT, LPS

PS: polissacarídeos; AU: ácido úrico; QT: Quitosana; PG: Peptidoglicana; AA: Aminoácido; AT: Ácido teicóico; FL: Fosfolipidos; LPS: Lipopolissacarídeos. (Volesky, 2007).

Segundo Smith e Fleming (1998), os grupos funcionais presentes na

estrutura celular de uma bactéria podem ser observados em um espectro de

infravermelho. Assim, o espectro de infravermelho obtido para a bactéria

Rhodococcus opacus mostra a faixa característica de ácidos graxos entre 2958 e

2635 designada para grupos de CH, CH2, CH3, uma faixa de proteínas entre

1745 e 1445 assinaladas para grupos NH, NH2, NH3 e a região de

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39

polissacarídeos entre 1150 e 1020 caracterizadas por grupos funcionais COOH e

CONH (Figura 6).

Figura 6 – Espectrograma de infravermelho (FTIR) do Rhodococcus opacus (Merma, et

al., 2013).

3.4.3. Carga superficial dos microrganismos

A carga superficial bacteriana também é determinada pela composição da

parede celular. As propriedades de carga superficial dos microrganismos na

interface sólido-líquido podem ser caracterizadas pelo Potencial Zeta e o Ponto

Isoelétrico. O Ponto Isoelétrico (PIE) indica as características catiônicas ou

aniônicas da superfície do microrganismo. A interação das células bacterianas

com a superfície mineral pode ser de caráter eletrostático e/ou químico o que

resulta em mudanças nas propriedades de superfície do mineral.

Em diferentes trabalhos a interação microrganismo/mineral pode ser

observada mediante o deslocamento do PIE e do potencial de carga superficial

do mineral (Tabela 7), desta forma diferentes minerais são separados por

flotação.

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40

Tabela 7 – Interação dos microrganismos com a superfície mineral. Deslocamento do

PIE após a interação.

Microrganismos Minerais PIE do mineral

PIE (após interação)

Referências

B. Polymyxa Quartzo 1,7 3,8 Deo e Natarajan, 1997

Corundum 7,5 4,5

Esfarelita 2,2 3,6 Subramanian et al., 2003 Galena 2,3 2,5

R. opacus Quartzo 2 3,7 Mesquita et al., 2003

Hematita 5,2 2,6

Magnesita 8,2 7,8 Botero et al., 2008

Calcita 10 9,7

P. Polymyxa Quartzo 2 3,6 Sarvamangala et al., 2012 Hematita 6,2 3

B. Subtilis Galena 2 2,8 Sarvamangala et al., 2013 Pirita 5,4 4,6

S. Marcescens Hematita 5,5 5,1 Yang et al., 2014

R. Erythropolis Hematita 5,3 2,1 Castaneda, 2014

R. Ruber Hematita 5,5 3 Lopez et al., 2015

3.4.4. Gênero Rhodococcus

As bactérias do gênero Rhodococcus são actinomicetos nocardioformes,

membros da família Mycolata, que contém também gêneros como

Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Gordonia e Tsukamurella, entre

outros. Existem aproximadamente 27 espécies no gênero Rhodococcus

separadas pela diversidade de metabolismo, aplicação industrial ou potencial em

biorremediação (Gyles et al., 2004). Duas delas são reconhecidas como

patógenos: Rhodococcus equi em mamíferos e Rhodococcus fascians em

plantas (Bell et al., 1998). As bactérias do gênero Rhodococcus são Gram-

positivas, anaeróbias e se caracterizam pelo alto conteúdo de Guanina e

Citosina no seu DNA. Este gênero apresenta um ciclo de vida alternante entre

cocos e bastonetes, algumas vezes mostrando projeções filamentosas (Finnerty,

1992).

A primeira descrição do gênero Rhodococcus foi realizada por Zopf em

1891 (Bell et al., 1998), sendo que em 1977 ocorreram modificações para

acomodar algumas cepas que apresentavam diferenças dos gêneros

previamente estabelecidos Nocardia, Corynebacterium e Mycobacterium (Bell et

al., 1996). Com os avanços nas técnicas utilizadas na classificação dos

actinomicetos, este microrganismo foi então reclassificado dentro do gênero

Rhodococcus (Bell et al., 1998)

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41

3.4.4.1. Rhodococcus opacus

O Rhodococcus opacus é uma espécie microbiana de natureza não

patogênica pertencente ao gênero Rhodococcus. É gram positiva, aeróbica,

unicelular, não esporulada e filamentosa podendo ser isolada de solos e das

usinas de tratamento de águas (Ivshina et al., 1994; Stratton et al., 2002).

A principal característica da R. opacus é a presença de filamentos os quais

são os responsáveis pela formação de espumas quando em meio aquoso. As

células de R. opacus possuem na sua parede celular diversos tipos de

componentes tais como polissacarídeos, ácidos micólicos e lipídeos o que

confere um caráter anfipático à superfície da bactéria, apresentando um ângulo

de contato igual a 72° (Mesquita et al., 2003). A acumulação de lipídeos é

utilizada como fonte endógena de carbono e energia para manter a viabilidade

celular durante os períodos de limitação de nutrientes (Alvarez et al., 2004). A

composição do material pertencente à parede celular da bactéria R. opacus

(Tabela 8) mostra uma elevada proporção de lipídeos e carboidratos associados

à parede celular (Botero et al., 2008)

Tabela 8 – Composição da parede celular da bactéria R. opacus.

Material pertencente à parede celular

Concentração (g/L) Composição (%)

Proteínas 0.16 2.85 Carboidratos 0.61 10.54 Lipídeos 1.92 33.33 Suspensão celular 11.52 -

Fonte: Botero et al., 2008

Os critérios determinantes para sua escolha foram a hidrofobicidade,

ausência de patogenicidade, a fácil aquisição em coleção de culturas nacionais,

facilidade na manipulação, propagação e manutenção das células.

3.4.5. Rhodococcus na biotecnologia mineral

O potencial industrial do gênero Rhodococcus é cada vez mais

reconhecido. A inúmera gama de produtos químicos transformados ou

degradados pelo Rhodococcus torna real ou potencialmente útil à aplicação no

meio ambiente e na biotecnologia industrial, devido a sua capacidade para

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42

sintetizar vários produtos, tais como tensoativos, floculantes, amidos e polímeros

(Bell et al., 1998).

Este gênero tem sido usado em diversas aplicações (Bell et al., 1998).

Algumas destas aplicações são enumeradas a continuação:

o Produção de biosurfactantes e biofloculantes;

o Biorremediação e biodegradação de poluentes;

o Dessulfurização de combustíveis fósseis;

o Prospecção de petróleo;

o Transformação e síntese industrial;

o Biossensores

o Indústria cosmética.

Uma das aplicações de interesse deste trabalho é a utilização do gênero

Rhodococcus nos processos de beneficiamento mineral, nesse sentido, a Tabela

9 apresenta a flotabilidade de diferentes minerais com o uso do R. opacus.

Tabela 9 – Flotabilidade de minerais após a interação com o R. opacus.

Microrganismo Mineral Flotabilidade (%) Referência

Rhodococcus opacus

Hematita 87 Mesquita et al., 2003

Magnesita 92 Botero et al., 2008

Apatita 90 Merma et al., 2013

Cassiterita 65 Gonzales, 2013

Rhodococcus

erythropolis Hematita

90 Yang et al., 2013

Castañeda, 2014

Rhodococcus ruber Hematita 84 Lopez et al., 2015

Rhodococcus opacus Malaquita 80 Kim et al., 2015

Os estudos anteriormente apresentados mostram o grande potencial da

família Rhodococcus na flotabilidade de diferentes minerais. Dessa forma, a

cepa bacteriana Rhodococcus opacus pode ser utilizada como biorreagente na

flotação de minerais carbonatados. É importante ressaltar o potencial da

Rhodococcus e seus produtos metabólicos no uso como biorreagentes na

flotação mineral; devido a sua capacidade anfipática e principalmente ao seu

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43

caráter espumante. Outro fator que a indica como biorreagente na flotação é a

seletividade, importante na separação do mineral de interesse em um sistema

mineralógico. Devido a todas estas características mencionadas a bactéria

Rhodococcus opacus mostra-se com uma grande possibilidade de uso como

biorreagente na flotação dos minerais dolomita e calcita.

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44

4 Materiais e Métodos

Neste capítulo são apresentados e descritos os materiais, reagentes,

equipamentos e procedimentos empregados no estudo do processo de

bioflotação dos minerais dolomita e calcita, utilizando a cepa Rhodococcus

Opaccus, bem como a metodologia experimental desenvolvida para o estudo em

questão. Inicialmente é descrito o procedimento da preparação das amostras

minerais e da obtenção do concentrado bacteriano. Em seguida são descritas as

metodologias experimentais e condições empregadas nos estudos de

eletrocinética, espectrometria no infravermelho, microscopia de varredura e

finalmente microflotação em tubo de Hallimond modificado.

4.1. Amostragem e Preparação

Neste trabalho foram utilizadas amostras minerais puras de dolomita e

calcita. Estas amostras foram obtidas na Mineração “Zé da Estrada” (Minas

Gerais). A preparação e caracterização das amostras minerais foram realizadas

nas instalações do CETEM de acordo com o fluxograma da Figura 7.

Figura 7 – Fluxograma detalhado da preparação das amostras minerais.

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45

O grau de pureza dos minerais utilizados nesta pesquisa foi determinado

por análises de difração de Raios-X (DRX) e fluorescência de raios X (FRX) que

serão detalhados nos sub-itens a seguir.

Após a etapa de classificação das amostras, diferentes frações

granulométricas (Tabela 10) foram selecionadas para a realização de diferentes

etapas experimentais, como: ensaios de eletroforese, ensaios de espectrometria

de infravermelho e ensaios de microflotação.

Tabela 10 – Frações granulométricas selecionadas para os ensaios experimentais.

Experimentos Tamanho de partícula

Testes de Potencial Zeta -38 µm Testes de FTIR -38 µm

Testes de Microflotação -106 +75 µm -75 +53 µm -53 +38 µm

4.1.1. Análise por Difratometria de Raios X (DRX)

Os difratogramas de raios X das amostras foram realizados no CETEM, e

foram obtidos pelo método em pó, coletados em um equipamento Bruker-AXS

D5005 equipado com espelho de Goebel para feixe paralelo de raios X, nas

seguintes condições de operação: radiação Co K (35 kV/40mA); velocidade do

goniômetro de 0,02º 2 por passo com tempo de contagem de 1,0 segundo por

passo e coletados de 5 a 80º 2. A interpretação qualitativa de espectro foi

efetuada por comparação com padrões contidos no banco de dados PDF02

(ICDD, 1996) em software Bruker DiffracPlus.

4.1.2. Análise por Espectrometria de Fluorescência de Raios X (FRX)

As análises químicas de FRX das amostras foram realizadas no CETEM,

pelo método de fusão com tetraborato de lítio, no qual as amostras foram

pulverizadas e homogeneizadas para logo serem secas em estufa a 110°C, por

um mínimo de uma hora, e esfriadas em um dessecador. São pesados 2g de

tetraborato de lítio e 2g de amostra em um frasco. Amostra e fundente foram

completamente misturados e transferidos para um cadinho de grafita. A mistura

foi então fundida em uma mufla a 1000°C por um período de 30 a 40 min.

Depois do excesso de grafita ser removido, o vidro fundido foi quebrado e

adicionado ácido bórico. A mistura foi então pulverizada em um pulverizador de

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46

carboneto de tungstênio. Esta mistura foi prensada a uma pressão de 250kN. As

amostras foram levadas para análise por FRX em vácuo, usando um

espectrômetro da marca Philips, modelo PW1480.

4.1.3.Análise Granulométrica

Os ensaios de peneiramento foram realizados com amostras de 300g

aproximadamente segundo o método a úmido, com preparação de uma polpa

com porcentagem de sólidos na faixa de 30% a 40%. Utilizou-se um peneirador

vibratório (Figura 8), equipado com cinco peneiras com aberturas de 150; 106;

75; 53 e 38µm.

O ensaio foi realizado com agitação de 1.200 rpm, com um tempo de

aproximadamente 15 minutos. Posteriormente foram removidas todas as frações

retidas nas peneiras e, em bandejas, as mesmas foram secas em estufa

(aproximadamente 150°C) para logo serem pesadas.

Figura 8 – Peneiramento a úmido (Série de peneiras Tyler).

4.2. Cultivo e crescimento da bactéria Rhodococcus opacus

A cepa bacteriana utilizada neste estudo foi a espécie denominada

Rhodococcus Opacus, obtida da Coleção Brasileira de Microrganismos de

Ambiente e Indústria – CBMAI - UNICAMP.

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47

Primeiramente todo material de vidro utilizado, assim como os meios de

cultivo foram esterilizados em autoclave a 1 atm. de pressão e 121°C durante 20

minutos. A cepa bacteriana foi sub-cultivada em meio sólido seguindo a

composição descrita na Tabela 10 em placas Petri e levada a incubação até as

colônias da cepa Rhodococcus opacus serem identificadas (Figura 9). Isto foi

realizado para não contaminar a amostra matriz da cepa bacteriana.

Figura 9 – Colônia da cepa Rhodococcus opacus em placas petri.

Para obter o concentrado bacteriano que será utilizado como biomassa,

faz-se necessário o crescimento da cepa em meio líquido. Para isto, a bactéria

foi inoculada no meio de cultivo líquido, conforme a composição vista na (Tabela

11) que foram devidamente condicionados dentro de balões de Erlenmeyer de

500 mL e levado a incubação num shaker rotatório (CIENTEC CT-712) a uma

temperatura de 28ºC e com uma velocidade de 150 rpm durante 72 horas

(Figura 10).

Todo processo de manipulação com o cultivo em meio sólido e líquido foi

realizado em uma capela equipada com lâmpada UV e os meios de cultivos

assim como todo material necessário para fazer a inoculação são esterilizados

novamente durante 20 minutos.

Tabela 11 – Meio de cultura Yeast Malt Agar – YMA

Componentes Líquido (g/L) Sólido (g/L)

Glicose 10 10

Peptona de carne 5 5

Extrato de malte 3 3

Extrato de levedura 3 3

Carbonato de cálcio (CaCO3) 2 2

Agar - 10

pH 7.2 7.2

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Figura 10 – Crescimento da cepa Rhodococcus opacus em incubadora Shaker

(CIENTEC CT-712).

Após o crescimento, a suspensão celular foi centrifugada com 2.676 força

de gravidade (4500 rpm) durante 10 minutos, em uma centrífuga digital CT-5000

CIENTEC (Figura 11), o concentrado da centrifugação constituído pelas células

da bactéria (Figura 12), foi lavado duas vezes com água deionizada, finalmente a

suspensão concentrada obtida foi esterilizada na autoclave (Figura 13- A) para

inativar as bactérias presentes. Esse concentrado final (Figura 13- B) é a

biomassa utilizada como biorreagente no desenvolvimento da pesquisa.

Figura 11 – Centrífuga digital CT-5000 CIENTEC

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49

Figura 12 – Células da bactéria R. opacus centrifugadas.

Figura 13 – Concentrado bacteriano na autoclave (A); Concentrado final (B)

A concentração celular da suspensão bacteriana foi determinada por meio

da densidade óptica num espectrofotômetro UV/Vis UV-Spectrophotometer, UV-

1800, Shimadzu (Figura 14) a comprimentos de onda específica para a bactéria

(λ=620nm). Para isto, foi necessária a construção de uma curva de calibração da

concentração celular versus absorvância (Figura 15). O peso seco da biomassa

foi determinado após filtração em sistema a vácuo utilizando-se membrana de

celulose de 0,45 μm (Millipore, EUA) e finalmente seco na estufa a 60ºC por 2

horas.

A B

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50

Figura 14 – Espectrofotômetro UV/Vis (UV-Spectrophotometer, UV-1800, Shimadzu).

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.500.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Y=3,3173x+0,0778

R2=0,9948

Y=3,6569x+0,0821

R2=0,9891

Ab

so

rvâ

nc

ia

Concentração (g/L)

Espectofotômetro

Peso seco

Figura 15 – Curva de calibração da bactéria Rhodococcus opacus, relação entre

concentração celular e absorvância de uma suspensão celular.

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51

4.3. Caracterização da bactéria Rhodococcus opacus

Para determinar o comportamento da bactéria Rhodococcus opacus foi

construída uma curva de crescimento em função do tempo. E para

determinar algumas características da cepa bacteriana em estudo, outras

técnicas foram realizadas como a determinação do ponto isoelétrico (PIE) e

obtenção do espectro de infravermelho que serão descritas nos itens

posteriores.

4.3.1. Determinação da curva de crescimento da bactéria Rhodococcus opacus

Para determinar cada uma das etapas de crescimento da bactéria

Rhodococcus opacus, assim como o tempo necessário para chegar à fase

estacionária, foi estabelecida a curva de crescimento.

Para a curva de crescimento bacteriano, foi preparado 250 mL de meio de

cultivo líquido num balão erlenmeyer de 500 ml, logo após a bactéria atingir seu

crescimento máximo, determinou-se a concentração celular de um inóculo de 1

mL de solução bacteriana usando o método de peso seco, e esse inóculo foi

propagado para todos os balões erlenmeyer contendo o mesmo volume de meio

líquido. O monitoramento da curva de crescimento bacteriano foi realizado

retirando por duplicata 30 mL de amostra em diferentes horas até chegar às 75

horas para o meio de cultura YMA. Cada amostra foi filtrada e levada para a

estufa a 60 °C por 2 horas e assim foi determinada a concentração celular

através do método de peso seco. A concentração celular foi obtida em g/L para

cada tempo de ensaio.

4.4. Comportamento dos minerais em estudo antes e após interação com a bactéria Rhodococcus opacus

4.4.1. Medidas de Potencial Zeta

As medidas de Potencial Zeta para a bactéria Rhodococcus opacus assim

como para os minerais dolomita e calcita, foram determinados num equipamento

de micro eletroforese do tipo Zeta Meter System +4.0 (Figura 16). O

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52

equipamento permite determinar o valor de Potencial Zeta baseado da

velocidade da partícula submetida a uma diferença de voltagem entre dois

eletrodos.

Para avaliar o Ponto Isoelétrico (PIE) de cada uma das amostras, foram

preparadas, separadamente, suspensões de Rhodococcus opacus, dolomita e

calcita de 0,3 ; 0,1 e 0,1 g/L respectivamente, em soluções com eletrólito suporte

de 0,1 M.; 0,01 M. e 0,001 M. de NaCl. As medições do Potencial Zeta foram

realizadas em função do pH e estes valores foram ajustados com alíquotas de

NaOH e HCl. Para garantir uma medição confiável, tomou-se a media de 20

valores e o valor do desvio padrão.

Também foram realizadas medidas de Potencial Zeta para avaliar a

influência da interação das bactérias com a superfície mineral. Em um balão

volumétrico foram misturadas concentrações conhecidas de bactéria e mineral.

Agitou-se a solução e se deixou em repouso durante 10 minutos. Após o

repouso o sobrenadante da solução foi introduzido na célula acrílica do Zeta

Meter +4.0 para realizar as medidas. Utilizou-se diferentes valores de pH e um

eletrólito suporte de NaCl com as seguintes concentrações: 0,1 M.; 0,01 M. e

0,001 M.

Figura 16 – Equipamento de microeletroforese Zeta Meter System +4.0

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53

4.4.2. Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

Com a finalidade de obter uma boa imagem para observar o fenômeno de

adesão das células bacterianas da cepa Rhodococcus opacus na superfície do

mineral, a amostra foi metalizada e logo levada para um microscópio eletrônico

de varredura. A metalização consiste em um recobrimento em carbono, em um

sistema a vácuo do tipo BAL-TEC, com a finalidade de possibilitar a condução da

corrente elétrica em espécies sólidas não condutivas e melhorar o contraste.

A microscopia eletrônica de varredura foi usada na caracterização,

validação da interação e/ou adesão dos microrganismos e/ou produtos

metabólicos na superfície mineral durante o processo de bioflotação. Para isto,

usou-se um MEV modelo FEI Quanta 400.

A preparação de amostras biológicas a serem analisadas no MEV segue

um procedimento detalhado, o qual garante a conservação da estrutura da

amostra. Neste trabalho foram utilizados dois tipos de amostras, sendo a

primeira uma amostra da célula bacteriana, e a segunda, amostras do mineral

coletado na etapa de flotação. A amostra mineral deve ter na sua superfície

células da bactéria aderidas, motivo pelo qual essas amostras foram preparadas

como amostras do tipo biológicas.

Segue abaixo o procedimento de preparação de amostras biológicas para

análise em MEV:

1º. Fixação química da estrutura da bactéria por um período de 3 horas em

glutaraldeído a 5% (v/v), preparando em solução tampão de cacodilato de sódio

0,1M.

2º. Desidratação da amostra mergulhando a amostra em soluções

crescentes de acetona ou etanol entre 30% e 100% em água destilada.

3º. Secagem da amostra, realizada no equipamento de ponto critico de

CO2.

4º. Metalização da superfície com carbono.

5º. Análise MEV.

4.4.3. Análise no espectrofotômetro de infravermelho com transformada de Fourier (FITR)

Os espectros de infravermelho foram usados para comparar os grupos

funcionais presentes na superfície dos minerais em estudo, dolomita e calcita,

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54

antes e após da interação com as células bacterianas da cepa Rhodococcus

opacus.

A fração granulométrica (-38μm) de cada mineral foi utilizada para os

ensaios de FTIR. Foram registrados os espectros dos minerais dolomita e

calcita, da biomassa Rhodococcus opacus e dos sistemas de interação

dolomita/Rhodococcus opacus e calcita/Rhodococcus opacus. Para os espectros

das interações mineral/bactéria, as amostras minerais de dolomita e calcita

foram condicionadas separadamente numa concentração celular de 0,3 g/L

durante 5 minutos, no valor de pH 7 e agitação constante. Todas as amostras

foram lavadas e secas separadamente a 60 °C numa estufa durante 24 horas.

As amostras após ser devidamente secas foram apropriadamente misturadas

com uma matriz de brometo de potássio (KBr) numa relação de 1% (p/p). As

medições dos espectros dos minerais em estudo, da cepa bacteriana e da

interação mineral/bactéria foram feitas com 32 varreduras, utilizando um

espectrofotômetro FTIR Nicolet (Figura 17).

Figura 17 – Espectrofotômetro FTIR Nicolet

4.5. Ensaios de microflotação

Os ensaios de microflotação foram conduzidos em tubo de Hallimond

modificado. Para isto, utilizou-se um rotâmetro para medir a vazão de ar, um

medidor de pH para aferir o pH da solução, um agitador magnético para manter

as partículas minerais em suspensão, uma bomba de vácuo-compressor para

fornecer o ar necessário e o tubo de Hallimond modificado com prolongador. A

Figura 18 mostra o sistema usado neste processo.

DBD


55

Figura 18 – Sistema de microflotação em tubo de Hallimond modificado, (1) Agitador

magnético, (2) Medidor de pH, (3) Rotâmetro, (4) Bomba de vácuo-compressora, (5)

Tubo de Hallimond modificado.

Antes de realizar os ensaios o rotâmetro foi calibrado para garantir uma

vazão de ar de 15 mL/min. Todos os testes de microflotação foram realizados

em duplicata, utilizando água deionizada e 1 g de amostra mineral, o pH da

solução (160 mL) foi ajustado e monitorado durante o tempo de

acondicionamento, com alíquotas de soluções diluídas de NaOH e HCl.

Para avaliar a flotabilidade do mineral, inicialmente foi estudada a

faculdade espumante apresentada pela bactéria Rhodococcus opacus,

posteriormente foi estudada a flotabilidade do mineral em função do pH. Em

seguida foram realizados os ensaios para determinar o comportamento da

bactéria na flotabilidade do mineral, primeiro foi determinado o efeito do pH em

três concentrações distintas: 0,1 ; 0,3 ; 0,6 g/L de concentração bacteriana, logo

1

3

4 2

5

DBD


56

a influência da concentração bacteriana no melhor pH de flotabilidade, e a

influência do pH para diferentes concentrações bacterianas.

O tempo de condicionamento usado para todos os testes de flotação foi de

5 min, posteriormente foi realizada a flotação do mineral com vazão de ar

equivalente a 15 mL/min, durante 5 minutos.

Os minerais flotados e não flotados foram recolhidos separadamente,

lavados, filtrados e posteriormente, colocados na estufa para secagem. A

porcentagem de flotabilidade foi calculada através da relação de peso entre a

massa flotada e a massa inicial do mineral utilizada no teste.

DBD


57

5 Resultados e Discussões

Neste capítulo, os resultados obtidos durante a pesquisa são apresentados

da seguinte forma: caracterização da biomassa e dos minerais utilizados, os

estudos eletrocinéticos, assim como os estudos de infravermelho. Além dos

resultados obtidos do processo de microflotação dos minerais dolomita e calcita

utilizando a cepa Rhodococcus opacus. Por fim, as discussões dos resultados

obtidos nesta pesquisa foram abordadas correlacionando trabalhos encontrados

na literatura.

5.1. Preparação e caracterização das amostras minerais

Os minerais dolomita e calcita utilizados nesta pesquisa foram submetidos

a uma preparação padrão, sendo necessárias as operações de britagem,

moagem, homogeneização e classificação, onde obteve-se três frações

granulométricas que foram utilizadas para o desenvolvimento da pesquisa. Os

minerais dolomita e calcita não apresentaram dificuldades no processo de

fragmentação o que corroborou bastante no processo de preparação das

amostras.

Para a caracterização das amostras minerais, utilizou-se a Difração de

Raios-X (DRX) e a Fluorescência de Raios-X. Na Tabela 11, observa-se que o

teor de óxido de cálcio (CaO) presente no mineral calcita encontra-se em torno

de 54% e está de acordo com os valores teóricos encontrados na literatura

(webmineral.com). O mesmo ocorre com o mineral dolomita que apresenta um

teor de óxido de magnésio (MgO) aproximadamente de 21% e óxido de cálcio

(CaO) de 28%. Todos os elementos químicos presentes nas amostras minerais

podem ser vistos na Tabela 12, o que tornou possível avaliar o alto grau de

pureza das amostras minerais.

DBD


58

Tabela 12 – Composição química das amostras minerais calcita e dolomita por

Fluorescência de Raios-X (FRX)

Elementos Minerais

Calcita Dolomita

SiO2 2,11 1,89 Al2O3 0,88 0,78 Fe2O3 2,05 1,97 CaO 54,05 27,90 TiO2 0,04 0,1 MgO 2,45 21,02 P2O5 2,52 2,89 MnO 0,88 0,97 Co <0,005 <0,005 Cu 0,06 0,07

Cr2O3 0,16 0,17 NiO <0,01 <0,01 P.F. 24,97 26,98 Total 91,42 94,43

Como mencionado na revisão bibliográfica, os minerais carbonatados ou

carbonatos, podem ocorrer de diferentes formas cristalinas, tendo a mesma

composição química, mas apresentando características cristalográficas

diferentes, o que lhes confere propriedades distintas.

A Difração de Raios-X (DRX) possibilitou a averiguação das fases

mineralógicas dos minerais do presente estudo. As Figuras 19 e 20 mostram os

difratogramas das amostras minerais e ilustram os picos dos minerais dolomita

(Figura 19) e calcita (Figura 20).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

Inte

ns

ida

de

2 - theta (graus)

Dolomita

Figura 19 – Difratograma da amostra mineral dolomita

DBD


59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90-5000

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

Inte

ns

ida

de

2 - theta (graus)

Calcita

Figura 20 – Difratograma da amostra mineral calcita

Os ensaios experimentais foram realizados com tamanho de partícula

abaixo de 106 µm e para garantir que a quantidade de amostra preparada seria

suficiente para os testes, realizou-se uma análise granulométrica para verificar a

porcentagem de cada fração granulométrica utilizada para os experimentos. Na

Figura 21 observa-se que em torno de 65% do material passante encontram-se

abaixo de 106 µm e 50% abaixo de 38 µm de ambos minerais.

10 100

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Pa

ss

an

te (

%)

Fração (µm)

Dolomita

Calcita

Figura 21 – Análise Granulométrica da dolomita e calcita.

DBD


60

5.2. Caracterização da cepa Rhodoccocus opacus

Para avaliar as características da cepa bacteriana empregada nesta

pesquisa e analisar a possibilidade de sua utilização como biorreagente, foi

necessário obter um concentrado celular, e para isto, foi realizado um processo

de crescimento da bactéria, lavagem, centrifugação e inativação. Para a

realização de diferentes ensaios deste trabalho, foram utilizadas alíquotas do

concentrado final em temperatura ambiente.

5.2.1. Curva de crescimento

O tempo de adaptação das células assim como as diferentes etapas de

crescimento para obter a maior produção de biomassa e consequentemente de

biorreagente, são fatores relevantes para a sua aplicação em processamento

mineral (Botero, 2007).

O comportamento da curva de crescimento da cepa Rhodococcus opacus

e suas diferentes etapas são ilustrados na Figura 22.

0 10 20 30 40 50 60 70 800.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Co

nc

en

tra

çã

o (

g/L

)

Tempo (h)

Figura 22 – Curva de crescimento da cepa R. opacus no meio de cultura YMA

Observa-se que a etapa de adaptação ou fase lag é significativa,

posteriormente, a fase exponencial inicia-se após 30 horas. Depois de 55 horas,

DBD


61

a bactéria Rhodococcus opacus atinge a concentração máxima e se inicia a fase

estacionária. A fase de extinção celular inicia-se depois das 75 horas. Os

resultados mostram que a cepa bacteriana adaptou-se bem ao meio de cultura

YMA e suas etapas de crescimento foram bastante perceptivas.

5.2.2. Análises das medidas de Potencial Zeta

Para avaliar o comportamento eletrocinético e a possibilidade de

interações eletrostáticas entre as células da bactéria Rhodococcus opacus e os

minerais do presente estudo, foram realizadas medidas de Potencial Zeta da

cepa bacteriana.

Em meio aquoso, as células da bactéria Rhodoccocus opacus comportam-

se como partículas carregadas negativamente ou positivamente, sendo assim,

um perfil da curva de Potencial Zeta da cepa bacteriana pode ser obtido. Este

fato pode ser explicado devido à presença de polissacarídeos, grupos fosfatados

e amidas que conferem à superfície da parede celular uma carga negativa ou

positiva dependendo do valor de pH da solução (Poortiga et al., 2002).

O perfil do Potencial Zeta da cepa Rhodoccocus opacus em função do pH

é ilustrado na Figura 23, e consequentemente, observa-se que o Ponto

Isoelétrico (PIE) da bactéria encontra-se aproximadamente em pH 3,2.

2 4 6 8 10 12

-40

-30

-20

-10

0

10

Po

ten

cia

l ze

ta (

mV

)

pH

Conc. de NaCl (M)

10-2

10-3

10-4

Figura 23 – Potencial Zeta da bactéria R. opacus

DBD


62

O resultado obtido se enquadra dentro dos valores mencionados em outros

trabalhos (Mesquita et al., 2003; Botero et al., 2007; Merma, 2012) que indicam

um PIE entre 2,2 e 3,2. Diferentes fatores como a origem da cepa bacteriana, o

método utilizado para a medição do Potencial Zeta, as condições de cultivo,

entre outros, podem justificar a variação dos valores de PIE encontrados na

literatura.

Segundo Van der Wal et al. (1997), a grande maioria de cepas bacterianas

possuem valores de PIE abaixo do pH 4, este comportamento pode ser

explicado através de fenômenos associados ao balanço de cargas aniônicas e

catiônicas, também de grupos ácidos e básicos, além de adsorção específica de

íons. Este fato corrobora para o entendimento do valor de PIE encontrado para a

bactéria Rhodoccocus opacus em pH relativamente ácido.

Com o intuito de avaliar o efeito da força iônica sobre o comportamento

das curvas de Potencial Zeta da cepa bacteriana, três concentrações distintas de

cloreto de sódio (NaCl) foram utilizadas no ensaio. Verificou-se que o cloreto de

sódio atuou como eletrólito indiferente, pois o valor do PIE da bactéria

Rhodoccocus. opacus não modificou com o aumento da concentração do

eletrólito, permanecendo o mesmo valor para as três concentrações utilizadas

(Figura 23).

Observa-se que ao aumentar a força iônica da solução há uma redução

significativa dos valores de Potencial Zeta da cepa Rhodoccocus opacus, acima

do PIE têm-se valores menos eletronegativos. Quando a força iônica da solução

aumenta, a dupla camada elétrica que se forma ao redor da partícula é

comprimida e os íons que se encontram perto da superfície da parede celular da

bactéria são aproximados (Hunter, 1981).

5.2.3. Análises dos espectros de infravermelho

Os compostos orgânicos presentes na estrutura celular de uma bactéria

podem ser identificados em um espectro de infravermelho através de grupos

funcionais associados a estes compostos (Smith e Fleming, 1998). Estes grupos

funcionais presentes na parede celular podem interagir com a superfície mineral,

assim como os reagentes utilizados na flotação convencional.

DBD


63

A presença destes componentes confere um caráter anfipático a estes

microrganismos que pode ser avaliado através das bandas do espectro no

infravermelho.

O espectro de infravermelho por transformada de Fourier da parede celular

da bactéria Rhodoccocus opacus e os comprimentos de onda mais importantes

são ilustrados na Figura 24.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

0.000

0.023

0.046

0.069

0.092

0.115

0.138

0.161

0.184

14

00

,78

10

79

,02

12

37

,15

57

0,8

517

46

,01

15

48

,59

28

53

,63

14

64

,64

16

32

,41

29

24

,633

43

3,1

1

Ab

so

rbâ

nc

ia

Número de onda (cm-1)

R. opacus

Figura 24 – Espectro de Infravermelho por Transformada de Fourier da bactéria

Rhodoccocus opacus.

Analisando o espectro de infravermelho obtido para a bactéria

Rhodococcus opacus pode-se observar a faixa característica de ácidos graxos

entre 2924 e 2853 designada para grupos de CH, CH2, CH

3, uma faixa de

proteínas entre 1746 e 1464 assinaladas para grupos NH, NH2, NH

3, uma faixa

mista de fosfatos e íons carboxila entre 1400 e 1237, e uma região de

polissacarídeos identificada pelo pico 1079 caracterizada por grupos funcionais

COOH e CONH.

De acordo com Sharma (2001) e Parker (2012) estes grupos funcionais

são característicos das bactérias e como foi mostrado no espectrograma de

infravermelho, estes grupos estão presentes na composição da parede

bacteriana da cepa Rhodoccocus opacus.

DBD


64

Outros estudos revelaram que as cepas bacterianas R. ruber, R.

erythropolis e R. opacus apresentaram as mesmas bandas características e

consequentemente, os mesmos grupos funcionais (Lopez, 2015; Castaneda,

2014; Botero, 2007).

5.3. Comportamento dos minerais em estudo antes e após interação com a bactéria Rhodococcus opacus

5.3.1. Estudos de Potencial Zeta

Com o intuito de avaliar o comportamento eletrocinético dos minerais em

estudo, dolomita e calcita, além das possíveis interações eletrostáticas dos

minerais e a cepa Rhodoccocus opacus foram realizadas medidas de Potencial

Zeta das amostras minerais puras e após interação com a bactéria R. opacus.

Na Figura 25, são ilustradas as curvas de Potencial Zeta para a amostra

mineral dolomita antes e após interação. Observa-se que os valores obtidos

foram negativos para todas as faixas de pH.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Po

ten

cia

l Z

eta

(m

V)

pH

R.opacus

Dolomita

Dolomita + R. opacus

Figura 25 – Curvas de Potencial Zeta do mineral dolomita antes e após interação com

R.opacus. Eletrólito suporte: 10-3

M NaCl

DBD


65

Os fenômenos de hidrólise dos minerais levemente solúveis podem

explicar os valores negativos obtidos nos ensaios de Potencial Zeta. Este

comportamento é atribuído possivelmente pela predominância dos ânions CO3

2-,

HCO3

-, OH

- em relação aos cátions H

+, Ca

2+, Mg

2+, provavelmente pela hidrólise

dos grupos CO3

2- na superfície mineral (Smani et al., 1975).

Observa-se também na Figura 25 que o incremento do pH torna os valores

de Potencial Zeta mais eletronegativos, este fato também é observado por

Predali e Cases (1973).

A respeito do Potencial Zeta após a interação, nota-se que houve uma

notória mudança no comportamento eletrocinético da dolomita, evidenciando que

houve interação entre a cepa bacteriana e a superfície mineral. Todavia, este

comportamento não necessariamente indica uma interação eletrostática,

evidenciando uma possível quimissorção. O potencial manteve-se negativo

oscilando entre -15 e -35 mV.

Como já mencionado anteriormente, os minerais dolomita e calcita, ambos

são minerais carbonatados e apresentam características físico-químicas

similares, evidenciando este fato, observa-se na Figura 26 que o comportamento

eletrocinético da calcita assemelha-se ao mineral dolomita. O potencial obtido

prevalece negativo em todas as faixas de pH

Outro fator bastante relevante que corrobora para a compreensão dos

fenômenos que ocorrem na hidrólise destes minerais carbonatados é a

identificação dos íons determinadores de potencial (IDP), que por sua vez são

responsáveis pela aquisição de carga na superfície mineral. Estes resultados

revelam a predominância de grupos aniônicos na superfície do mineral calcita,

esta característica também é mencionada por vários autores (Stipp e Hochella,

1991; Charlet et al.,1990; Smani et al., 1975).

DBD


66

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20P

ote

nc

ial

Ze

ta (

mV

)

pH

R.opacus

Calcita

calcita + R. opacus

Figura 26 – Curvas de Potencial Zeta do mineral calcita antes e após da interação com

R. opacus. (Eletrólito suporte: 10-3

M NaCl).

O Potencial Zeta da calcita medido após a interação com a bactéria R.

opacus é ilustrado na Figura 26. Observa-se que houve uma alteração

significativa no comportamento eletrocinético da calcita, este resultado indica

uma interação da cepa bacteriana utilizada com a superfície mineral. Este

comportamento não evidencia uma interação eletrostática, pois tanto a bactéria

quanto o mineral apresentam cargas negativas. Por este motivo, estes

resultados revelam que pode ter ocorrido adsorção específica de grupos iônicos

presentes na parede celular da bactéria, modificando assim a superfície do

mineral.

De acordo com Moulin e Roques (2003), há muitos estudos referentes ao

comportamento dos minerais carbonatos em solução e muitos resultados

diferentes relacionados a Potencial Zeta são encontrados por vários autores

confirmando a dificuldade de entender os mecanismos que ocorrem na hidrólise

destes tipos de minerais.

DBD


67

5.3.2. Análises de infravermelho

Para avaliar as possíveis mudanças que podem ocorrer na superfície dos

minerais em estudo após a interação com a cepa bacteriana, analises de

infravermelho foram realizadas com intuito de identificar grupos funcionais que

estão presentes na estrutura celular da bactéria nas amostras minerais.

As faixas de absorbância entre 1823 – 1797, 1437 – 1424, 880 – 874 e 728

– 711 cm-1 são características de grupos assimétricos de carbonatos e pode-se

observar que os espectros de infravermelho dos minerais dolomita (Figura 37) e

calcita (Figura 38) mostram estes picos característicos para carbonatos. As

variações de Mg2+ e Ca2+ são representadas pelas bandas de 2545 – 2522 e

2514 – 2510 cm-1, respectivamente, que também são identificadas nos

espectrogramas dos minerais. Os resultados obtidos nos espectrogramas dos

minerais dolomita e calcita estão de acordo com os encontrados por Bötcher et

al., (1997); Gunasekaran e Anbalagan, (2007) e Veerasingam e

Venkatachalapathy (2014) para minerais carbonatados.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

711

,74

875

,63

142

4,5

0

1797,6

1

251

2,6

2

287

3,6

62

98

3,1

3

Ab

so

rbâ

nc

ia


Figura 37 – Espectrograma do mineral calcita

DBD


68

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

728,2

9

880,6

4

1437,1

8

1823,4

3

2627,8

1

2895.9

5

3020.5

0Ab

so

rbâ

nc

ia


Figura 38 – Espectrograma do mineral dolomita

Analisando os espectrogramas do mineral dolomita antes e após interação

com a cepa da bactéria R. opacus (Figura 39), pode-se observar que a dolomita

exibe modificações no espectro de absorbância. Após a interação, observam-se

picos de 3421 (cm-1) correlacionados com grupos hidroxila (OH e NH), picos de

2897 (cm-1) correspondentes a grupos de CH3. Estes grupos funcionais estão

associados aos compostos orgânicos presentes na parede celular da cepa

bacteriana Rhodococcus opacus e podem evidenciar a interação da bactéria

com a superfície da dolomita.

DBD


69

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2627,5

6

727,5

9

879,5

9

1436,1

0

1824,4

6

2523,1

4

2897,4

7

3020,4

2Ab

so

rbâ

nc

ia


Dolomita

Dolomita + R. opacus

Figura 39 – Espectrograma do mineral dolomita após interação com a bactéria

Rhodococcus opacus

No espectrograma de infravermelho do mineral calcita apresentado na

Figura 40, também mostra que ocorreram modificações após a interação com a

bactéria, porém a diferença entre os picos foi menor em relação ao mineral

dolomita. Pode ser identificada a presença dos picos de absorbância de 3296 e

2924 cm-1 correspondentes aos grupos hidroxila (OH e NH) e CH3,

respectivamente; o que indica a probabilidade destes compostos terem

interagido com a superfície do mineral calcita.

DBD


70

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

711,9

1

875

,08

142

2,2

2

179

8,9

6

251

2,0

7

2854,5

3

292

4,4

7Ab

so

rbâ

nc

ia


Calcita

Calcita + R. opacus

Figura 40 – Espectrograma do mineral calcita após interação com a bactéria

Rhodococcus opacus

5.3.3. Analises das imagens de MEV

As imagens das amostras minerais de dolomita e calcita após interação

com a bactéria R. opacus, obtidas através da Microscopia Eletrônica de

Varredura (MEV) são apresentadas nas Figuras 41 e 42. As imagens mostram a

bactéria R. opacus aderida sobre a superfície dos minerais em estudo. Estas

imagens indicam a probabilidade de adesão das células de R. opacus sobre a

superfície das amostras minerais. Analisando as microfotografias, pode-se

observar que a quantidade de células depositada sobre a dolomita foi maior em

relação à calcita. Esta identificação pode explicar os resultados de maior

flotabilidade para a dolomita em relação à calcita, que serão apresentadas

posteriormente no item 5.4.3.

DBD


71

Figura 41 – Imagens do mineral dolomita após interação com a bactéria R. opacus

obtidas através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Figura 42 – Imagens do mineral calcita após interação com a bactéria R. opacus obtidas

através da Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

5.4. Ensaios de bioflotação

5.4.1. Ensaios Preliminares

Antes da realização dos ensaios de microflotação foram realizados ensaios

preliminares de ajuste das condições para o processo de flotação, além da

avaliação do caráter espumante da bactéria R. opacus. As condições avaliadas

foram as seguintes: efeito da vazão de ar, efeito da concentração de

biorreagente e efeito do pH. Os ajustes do efeito da concentração do

biorreagente e do efeito do pH foram realizados com o mineral dolomita.

DBD


72

5.4.1.1. Efeito da vazão de ar

A procura das condições iniciais do processo de flotação iniciou-se com a

definição da vazão de ar para a geração de bolhas do sistema de flotação. Neste

ensaio foi usado a faixa granulométrica de -106+75 µm, uma concentração de

0,2 g/L de biorreagente e pH 7. Estas condições preliminares foram usadas a

partir da revisão de diferentes trabalhos de flotação de minerais carbonatados

(El-Midany, 2004; Botero et al., 2008; Merma et al., 2013).

A Figura 43 apresenta os resultados da vazão de ar em função da

flotabilidade de dolomita, onde o aumento da vazão de ar diminuiu a flotabilidade

da dolomita.

A vazão de ar é uma das variáveis mais importantes no controle do

processo de flotação, seu efeito na recuperação mineral é significativo. O

aumento da vazão de ar pode aumentar ou prejudicar a recuperação mineral. O

incremento da vazão de ar favorece o aumento da área superficial de bolhas que

é introduzida no equipamento (Tubo de Hallimond modificado). Por outro lado, o

aumento da vazão de ar provoca o aumento da turbulência, que prejudica a

estabilidade do agregado bolha-partícula, diminuindo a flotabilidade do mineral

(Schubert, 1985 e 1999; Schulze, 1977 e 1989).

5 10 15 20 25 3020

25

30

35

40

45

50

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

Vazão de ar (ml/min)

Figura 43 – Perfil de flotabilidade da dolomita em função da vazão de ar. Fração

granulométrica -106 +75 µm; Conc. de biorreagente: 0,3 g/L; Tempo de flotação: 5 min;

Agitação: 300 rpm; pH 7.

DBD


73

5.4.1.2. Efeito da concentração do biorreagente

Outra das condições iniciais do processo de flotação é a concentração do

biorreagente. Nesse sentido, a Figura 44 apresenta os resultados preliminares

da flotabilidade da dolomita com o Rhodococcus opacus. Este ensaio foi

realizado em pH neutro, a escolha foi realizada baseada em referências

bibliográficas (Johnston, 1963; El-Midany, 2004; Botero et al., 2008; Oliveira e

Peres, 2010). Estes resultados mostram uma dependência direta da

concentração do microrganismo na flotabilidade da dolomita. A flotabilidade da

dolomita é favorecida pelo aumento da concentração do biorreagente até 0,3 g/L,

acima dessa concentração observa-se uma diminuição do perfil de flotabilidade

da dolomita. Este decaimento pode ser atribuído principalmente à relação

existente entre a concentração do biorreagente e a tensão superficial da

interface ar/água (Merma, 2012).

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

Concentração de R. opacus (g/L)

Figura 44 – Flotabilidade da dolomita em função da concentração de biorreagente.

Fração granulométrica -106 +75 µm; Tempo de flotação: 5 min; Agitação: 300 rpm;

Vazão de ar: 15 mL/min; pH 7.

DBD


74

5.4.1.3. Efeito do pH

A Figura 45 apresenta os resultados preliminares do perfil de flotabilidade

da dolomita em função do pH para três concentrações diferentes do

biorreagente. Os resultados mostraram que o pH é uma variável muito

importante que influencia a flotabilidade da dolomita. A máxima flotabilidade da

dolomita é alcançada em pH neutro, isto pode ser atribuído a uma maior

interação do microrganismo com o mineral neste pH. Em pH neutro alguns

minerais carbonatados como é o caso da dolomita apresentam uma maior

afinidade de adesão com o Rhodococcus opacus isto reforça a maior

flotabilidade obtida neste pH (Mesquita et al., 2003; Botero et al., 2008; Merma et

al., 2013).

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,3 g/L

0,6 g/L

Figura 45 – Flotabilidade da dolomita em função do pH. Fração granulométrica -106 +75

µm; Tempo de flotação: 5 min; Agitação: 300 rpm; Vazão de ar: 15 mL/min.

5.4.1.4. Avaliação do caráter espumante

Como foi mencionado anteriormente a concentração de biorregente afeta o

desempenho da flotação mineral quando se atinge a concentração micela crítica.

DBD


75

Sendo assim, nesta etapa foram realizados ensaios de microflotação em pH

neutro, variando a concentração da biomassa em: 0,1 g/L; 0,2 g/L; 0,3 g/L; 0,4

g/L, com eletrólito suporte de NaCl (10-3 M). A finalidade destes ensaios foi

determinar o comportamento da bactéria R. opacus na formação de espuma em

função das concentrações utilizadas durante o processo de flotação.

As imagens da espuma formada depois de 5 minutos de flotação em pH 7

nas diferentes concentrações são ilustradas na Figura 46. Nota-se que há uma

densidade maior de pequenas bolhas de ar na Figura 46-D e observa-se que

com a redução na concentração da biomassa, é notória uma redução na

densidade das bolhas de ar formadas na fase espuma e concomitantemente, um

aumento no tamanho das bolhas de ar (Figura 46-A). Conclui-se que, a bactéria

R. opacus consegue formar espuma a medida que aumenta a sua concentração.

Figura 46 – Espuma produzida pela bactéria Rhodoccocus opacus em diferentes

concentrações: 0,1 g/L (A); 0,2 g/L (B); 0,3 g/L (C); 0,4 g/L (D).

A

C

B

D

DBD


76

5.4.1.5. Ensaio de Arraste

Altos valores de recuperação mineral não necessariamente significa uma

boa seletividade no processo de flotação. Altos valores de arraste hidrodinâmico

diminuem a seletividade do processo, isto facilita o arraste de ganga no produto

flotado. Na Figura 47 apresentam-se os ensaios de arraste mecânico da

dolomita e calcita para as frações granulométricas de -106+75 µm e -53+38 µm.

Os resultados mostraram um arraste máximo de até 7% tanto para a dolomita e

calcita. O pH e o tamanho de partículas apresentaram pouca influência nos

ensaios de arraste realizados. Observa-se na Figura 47 que tanto para o mineral

calcita quanto para o mineral dolomita, o arraste mostrou-se ligeiramente

constante em todas as faixas de pH nas duas frações granulométricas avaliadas.

No entanto, as partículas grosseiras (-106+75 µm) atingiram um discreto

aumento nos índices de arraste hidrodinâmico quando comparado com

partículas menores (-53+38 µm).

2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Arr

aste

(%

)

pH

-106+75 µm

-53+38 µm

2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Arr

aste

(%

)

pH

-106+75 µm

-53+38 µm

Figura 47 – Ensaio de arraste. Calcita (A) e Dolomita (B). Tempo de flotação: 5 min;

Agitação: 300 rpm; Vazão de ar: 15 mL/min.

5.4.2. Microflotação da dolomita

Os ensaios de microflotação dos minerais dolomita e calcita foram

realizados em três frações granulométricas: (-106 +75 μm), (+75 -53 μm) e

(-53 +38 μm) utilizando 1g de amostra mineral em 160 mL de solução. Todos

os ensaios foram realizados a diferentes valores de pH para quatro

concentrações distintas de biomassa, utilizando água deionizada, a 23 ºC e

sob uma agitação de 300 rpm, para manter as partículas minerais em

suspensão. Antes de realizar os ensaios de microflotação, a suspensão

DBD


77

mineral foi acondicionada com a concentração desejada da biomassa

durante 5 minutos, aferindo-se o pH da solução Os resultados dos ensaios

de microflotação da dolomita podem ser vistos nas Figuras 48, 49 e 50.

Observa-se que para a fração granulométrica -106 +75 µm (Figura 48) a

maior porcentagem de flotabilidade para a dolomita foi em torno de 40% para

uma concentração de 0,3 g/L em pH 7. Nota-se que há um aumento na

flotabilidade com o aumento da concentração até 0,3 g/L e para a concentração

de 0,4 g/L há um notório decaimento. Observa-se também que em pH 11 a

flotabilidade é muito baixa, menos de 10%.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L

Figura 48 – Flotabilidade da dolomita em função do pH em diferentes concentrações de

biorreagente (g/L). Fração granulométrica -106 +75 µm; Tempo de flotação: 5 min;


Na Figura 49 apresentam-se os valores de flotabilidade da dolomita para a

faixa granulométrica de -75 +53 µm e pode-se observar que a flotabilidade não

apresenta uma mudança significativa nas diferentes concentrações de biomassa

em pH 5, 7, 9 e 11 em relação a fração -106 +75 µm; o mesmo não ocorre em

pH 3, onde houve um notório aumento da porcentagem de flotabilidade. Porém,

este fato pode ser explicado devido a um desprendimento de bolhas ocasionado

pela solubilidade característica dos minerais carbonatados em pH ácido, este

DBD


78

desprendimento aumentou o número de bolhas do sistema o que possivelmente

incrementou a flotabilidade do mineral.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

pH

Conc. de

R. opacus)

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L




Já para a fração granulométrica -53 +38 µm (Figura 50) houve um

aumento significativo na flotabilidade do mineral dolomita; haja vista, que os

maiores valores obtidos foram em torno de 75% para uma concentração de 0,4

g/L em pH 7. Observa-se que o mesmo não ocorreu nas frações anteriores onde

a melhor concentração foi 0,3 g/L. Nesta fração a melhor concentração foi 0,4

g/L, esta fato pode ser explicado devido a redução do tamanho de partícula o

que aumenta a área superficial de contato entre a bactéria e o mineral,

aumentando assim o consumo de biorreagente.

DBD


79

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80F

lota

bil

ida

de

(%

)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L




Os resultados de microflotação da dolomita estão de acordo com as

analises de infravermelho e microscopia que mostraram uma alta afinidade das

células da bactéria R. opacus pela superfície da dolomita. Segundo, Sheng et al.,

(2001) os grupos funcionais dos polímeros, presentes na parede das células da

bactéria Mycobacterium phlei, seriam os responsáveis pela adesão da bactéria

sobre a superfície da dolomita e por este motivo, facilitar a separação entre a

apatita, devido a possibilidade de interação com a superfície mineral e assim

modificar as propriedades hidrofóbicas do mesmo.

5.4.3. Microflotação da calcita

Para os ensaios de microflotação do mineral calcita foram utilizadas as

mesmas condições dos testes de microflotação do mineral dolomita. A Figura 51

apresenta os resultados obtidos para a flotabilidade do mineral calcita na fração

granulométrica -106 +75 µm em função do pH nas diferentes concentrações.

Observa-se que para esta fração os valores de flotabilidade foram muito baixos,

DBD


80

menos de 10% em todas as faixas de pH e em todas as concentrações

utilizadas. Nota-se que a variação dos parâmetros empregados no ensaio não

influenciou na flotabilidade para esta fração granulométrica da calcita.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

Flo

tab

ilid

ad

e (

%)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L

Figura 51 – Flotabilidade da calcita em função do pH em diferentes concentrações de



Os resultados obtidos para a flotabilidade da calcita para a fração

granulométrica -75 +53 µm são ilustrados na Figura 52. Neste ensaio, observa-

se um incremento significativo na flotabilidade da calcita em relação à fração

apresentada anteriormente. Haja vista, que os melhores resultados foram em

torno de 30% em pH 5 na concentração 0,3 g/L.

DBD


81

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40F

lota

bil

ida

de

(%

)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L




Tem-se na Figura 53 os valores de flotabilidade obtidos para a fração

granulométrica -53 +38 µm. Nota-se que com a redução no tamanho de partícula

houve um aumento significativo na porcentagem de flotabilidade da calcita para

esta fração, que atingiu cerca de 50% em pH 5 na concentração 0,4 g/L, sendo o

melhor resultado obtido. Este fato pode ser atribuído a uma melhora na

estabilidade do agregado bolha-partícula, devido à relação entre o peso da

partícula e o tamanho da bolha. Observa-se também que o aumento na

concentração da biomassa favorece a flotabilidade da calcita em todas as faixas

de pH.

Os resultados de microflotação do mineral calcita revelaram uma menor

flotabilidade em relação ao mineral dolomita. Segundo Beveridge e Murray

(1976) e Fein et al. (1997) constataram que alguns grupos funcionais presentes

na parede celular das bactérias tem grande afinidade por determinados íons

metálicos que permitem a ligação ácido-base.

DBD


82

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60F

lota

bil

ida

de

(%

)

pH

Conc. de R. opacus

0,1 g/L

0,2 g/L

0,3 g/L

0,4 g/L




Embora, os minerais calcita e dolomita pertençam ao mesmo grupo de

minerais carbonatados, os ensaios de microflotação mostraram diferenças nas

porcentagens de flotabilidade dos mesmos. As diferenças nos resultados entre

dolomita e calcita podem ser atribuídas aos grupos iônicos de Mg2+ e Ca2+,

respectivamente. De acordo com Beveridge e Murray (1976), a afinidade das

cepas bacterianas encontra-se maior pelos íons de Mg2+ que pelos íons de Ca2+.

Além dos ensaios individuais de flotabilidade foram realizados ensaios

exploratórios para avaliar a seletividade do biorreagente no sistema

dolomita/calcita com uma proporção de 1:1. Estes ensaios foram realizados

visando a flotabilidade da dolomita, nas seguintes condições: concentração de

biorreagente 0,3 g/L; pH 7, vazão 15 ml/min e faixa granulométrica -53 +38 µm

que foram obtidas a partir dos ensaios de microflotação da dolomita. Os

resultados mostraram uma flotabilidade em torno de 73% de dolomita e 27% da

calcita. Os resultados exploratórios mostraram a alta seletividade da

Rhodococcus opacus em torno da dolomita.

DBD


83

6 Conclusões

Esta pesquisa apresentou os resultados obtidos para o estudo de

bioflotação dos minerais dolomita e calcita utilizando a cepa bacteriana

Rhodococcus opacus como biorreagente. O presente trabalho revelou que a

utilização desta cepa para a flotação destes minerais, foi viável, demonstrando o

seu grande potencial no uso como biocoletor de dolomita e calcita e

bioespumante, mostrando-se bastante promissor para uma futura aplicação na

indústria da flotação mineral.

As amostras minerais de calcita e dolomita utilizadas neste trabalho

apresentaram um alto grau de pureza, de acordo com as análises químicas

(FRX) e as análises mineralógicas (DRX) mostraram as fases calcita (CaCO3) e

dolomita [CaMg(CO3)2].

As medições de Potencial Zeta indicaram para as três concentrações do

eletrólito suporte (10-2; 10-3; 10-4 M NaCl) que o ponto isoelétrico da bactéria

Rhodococcus opacus é em torno do pH 3,2 e para os minerais dolomita e calcita,

objeto de estudo desta pesquisa, o Potencial Zeta apresentou-se negativo em

todas as faixas de pH analisadas. Devido à adsorção específica de grupos

aniônicos em solução a superfície mineral. E nos ensaios de Potencial Zeta

realizados após a interação dos minerais em estudo com a bactéria R.opacus,

observou-se uma notória mudança no comportamento eletroforético das

amostras minerais, que tornaram-se mais eletronegativos.

Nos espectros de infravermelho dos minerais dolomita e calcita, foram

identificados picos característicos para carbonatos. As variações de Mg2+ e Ca2+

que são representadas pelas bandas de 2545 – 2522 e 2514 – 2510 cm-1,

respectivamente, também são identificadas nos espectrogramas dos minerais

Os resultados dos espectros de infravermelho da interação

dolomita/Rhodococcus opacus e calcita/Rhodococcus opacus confirmaram a

presença de grupos funcionais como OH, CH2, CH

3, C=O, NH característicos da

parede celular bacteriana, o que indicou uma possível interação entre os

minerais estudados e a bactéria R. opacus.

DBD


84

As células da bactéria Rhodococcus opacus aderidas à superfície dos

minerais dolomita e calcita foram visualizadas através da Microscopia Eletrônica

de Varredura (MEV), sendo mais acentuada no mineral dolomita do que no

mineral calcita, evidenciando uma característica seletiva da bactéria R. opacus.

Este fato reafirma os resultados obtidos nos testes de bioflotação, onde os

valores de flotabilidade do mineral dolomita foram maiores do que para o mineral

calcita.

A bioflotação de dolomita e calcita utilizando a cepa bacteriana

Rhodococcus opacus como biorreagente depende da concentração da

biomassa, do valor de pH da solução e do tamanho de partícula. O melhor

resultado obtido dos ensaios de microflotação do mineral dolomita foi encontrado

em pH 7 com uma porcentagem em torno de 75%, utilizando uma concentração

de 0,4 g/L de bactéria, na faixa granulométrica de -53 +38 μm. Para o mineral

calcita o melhor resultado foi obtido em pH 5 com uma porcentagem em torno de

50% e com uma concentração bacteriana de 0,4 g/L para a faixa granulométrica

de -53 +38 μm.

Nos ensaios exploratório de bioflotação do sistema dolomita/calcita com

uma proporção de 1:1 observou-se uma seletividade expressiva em pH 7 com

uma concentração de biorreagente de 0,3 g/L para a faixa granulométrica de -53

+38 μm, onde obteve-se uma flotabilidade de 75% para dolomita e 27% para

calcita.

DBD


85

7 Referencias Bibliográficas

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91

8 Anexos

8.1.Ensaios de microflotação da dolomita

Tabela 1 – Flotabilidade da dolomita. (Fração granulométrica -106+75)


0,1

pH Não Flotado (g) Flotado (g) Flotado (%)

Não Flotado (g) Flotado (g) Flotado (%)

3 0,8799 0,0842 8,73 0,8259 0,1555 15,84 5

0,8688 0,1680 16,20 0,8820 0,1346 13,24 7

0,7853 0,2030 20,54 0,8826 0,1719 16,30 9

0,7868 0,2113 21,17 0,8352 0,1759 17,40 11

0,9884 0,0202 2,00 0,9680 0,0824 7,84



0,2



3 0,8396 0,1270 13,14 0,8294 0,1469 15,05

5 0,8130 0,1805 18,17 0,8566 0,1311 13,27

7 0,7728 0,2273 22,73 0,8154 0,1758 17,74

9 0,7905 0,2157 21,44 0,8236 0,1813 18,04

11 0,9605 0,0395 3,95 0,9728 0,0368 3,65



0,3



3 0,6999 0,2734 28,09 0,7801 0,1992 20,34

5 0,6607 0,3275 33,14 0,6258 0,3590 36,45

7 0,6193 0,3968 39,05 0,6147 0,4040 39,66

9 0,6822 0,3076 31,08 0,7485 0,2436 24,55

11 0,9809 0,0185 1,85 0,9562 0,0465 4,64

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92



0,4



3 0,8492 0,1473 14,78 0,8311 0,1660 16,65

5 0,8301 0,1755 17,45 0,8266 0,1567 15,94

7 0,6991 0,3041 30,31 0,7448 0,2641 26,18

9 0,8814 0,1153 11,57 0,8697 0,1244 12,51

11 0,9429 0,0507 5,10 0,9639 0,0427 4,24



0,1



3 0,7538 0,2401 24,16 0,8966 0,0692 7,17

5 0,7839 0,2002 20,34 0,8502 0,1534 15,28

7 0,7568 0,2495 24,79 0,7206 0,2577 26,34

9 0,8140 0,2115 20,62 0,8214 0,1995 19,54

11 0,8091 0,1120 12,16 0,7844 0,1634 17,24



0,2



3 0,611 0,3883 38,86 0,8241 0,1690 17,02

5 0,7587 0,2422 24,20 0,7179 0,2492 25,77

7 0,6847 0,3896 36,27 0,7264 0,2714 27,20

9 0,6473 0,3657 36,10 0,6573 0,3273 33,24

11 0,9258 0,0612 6,20 0,9068 0,1212 11,79



0,3



3 0,5365 0,4445 45,31 0,5585 0,4466 44,43

5 0,6402 0,3596 35,97 0,5498 0,4608 45,60

7 0,5863 0,4134 41,35 0,6047 0,3953 39,53

9 0,5703 0,4550 44,38 0,5903 0,4025 40,54

11 0,9322 0,1118 10,71 0,9231 0,0918 9,05

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93



0,4



3 0,5851 0,3935 40,21 0,4051 0,5791 58,84

5 0,7187 0,2596 26,54 0,5655 0,4706 45,42

7 0,6537 0,3454 34,57 0,6038 0,3876 39,10

9 0,6018 0,4020 40,05 0,5953 0,4278 41,81

11 0,9283 0,1243 11,81 0,9066 0,1032 10,22



0,1



3 0,7839 0,1643 17,33 0,8400 0,1124 11,80

5 0,3934 0,5778 59,49 0,8763 0,1177 11,84

7 0,3456 0,6476 65,20 0,8600 0,1658 16,16

9 0,5229 0,4626 46,94 0,7292 0,2460 25,23

11 0,6128 0,3670 37,46 0,6810 0,2563 27,34



0,2



3 0,5200 0,4296 45,24 0,7436 0,2310 23,70

5 0,3847 0,5811 60,17 0,7683 0,2195 22,22

7 0,3236 0,6567 66,99 0,4875 0,5183 51,53

9 0,5051 0,4801 48,73 0,6827 0,3090 31,16

11 0,5700 0,4495 44,09 0,6660 0,3239 32,72



0,3



3 0,3579 0,5880 62,16 0,6692 0,2813 29,59

5 0,3504 0,6518 65,04 0,6393 0,3531 35,58

7 0,3098 0,6707 68,40 0,4269 0,5460 56,12

9 0,5430 0,4334 44,39 0,5650 0,3886 40,75

11 0,6129 0,3906 38,92 0,6209 0,3601 36,71

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94



0,4



3 0,5944 0,3460 36,79 0,7777 0,2096 21,23

5 0,3422 0,6633 65,97 0,6340 0,3684 36,75

7 0,2880 0,7194 71,41 0,4986 0,4939 49,76

9 0,5325 0,4299 44,67 0,5917 0,3815 39,20

11 0,6415 0,3545 35,59 0,6298 0,3701 37,01

8.2.Ensaios de microflotação da calcita

Tabela 13 – Flotabilidade da calcita. (Fração granulométrica -106+75)


0,1



3 0,9054 0,0580 6,02 0,9234 0,0678 6,84

5 0,9510 0,0411 4,14 0,9425 0,0501 5,04

7 0,9495 0,0249 2,56 0,9544 0,0332 3,36

9 0,9762 0,0213 2,14 0,9669 0,02011 2,04

11 1,0240 0,0124 1,20 0,9881 0,0102 1,02



0,2



3 0,8758 0,0774 8,12 0,8622 0,0989 10,29

5 0,9342 0,0634 6,36 0,9398 0,0544 5,47

7 0,9642 0,0421 4,18 0,9556 0,03914 3,93

9 0,9695 0,0275 2,76 0,9557 0,02871 2,92

11 1,0172 0,0222 2,14 0,9911 0,0212 2,09



0,3



3 0,8676 0,0801 8,45 0,8476 0,1038 10,91

5 0,9730 0,0269 2,69 0,9652 0,0294 2,95

7 0,9771 0,0183 1,84 0,9542 0,0314 3,19

9 0,9855 0,0198 1,97 0,9754 0,0188 1,89

11 0,9588 0,0439 4,38 0,9675 0,0442 4,37

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95



0,4



3 0,8661 0,0514 5,60 0,8781 0,0652 6,91

5 0,9441 0,0483 4,87 0,9211 0,0621 6,31

7 0,9645 0,0327 3,28 0,9761 0,0232 2,33

9 0,9536 0,0593 5,85 0,9452 0,0424 4,29

11 0,9647 0,0477 4,71 0,9746 0,0421 4,14



0,1



3 0,6713 0,1238 15,57 0,7084 0,1091 13,35

5 0,8726 0,1064 10,87 0,8475 0,1471 14,79

7 0,9448 0,0568 5,67 0,9402 0,0622 6,21

9 0,9788 0,0385 3,78 0,9651 0,0305 3,06

11 0,9669 0,0271 2,73 0,9632 0,0461 4,57



0,2



3 0,7687 0,0561 6,80 0,8495 0,0945 10,01

5 0,8590 0,1426 14,24 0,9491 0,1075 10,17

7 0,8900 0,1168 11,60 0,9468 0,0773 7,55

9 0,9595 0,0417 4,17 0,9233 0,0810 8,07

11 0,9244 0,0855 8,47 0,9753 0,0361 3,57



0,3



3 0,5688 0,2281 28,62 0,9285 0,0429 4,42

5 0,6758 0,3175 31,96 0,7920 0,2126 21,16

7 0,8348 0,1621 16,26 0,8606 0,1431 14,26

9 0,8574 0,1369 13,77 0,9574 0,0541 5,35

11 0,8006 0,2321 22,48 0,9675 0,0483 4,75

DBD


96



0,4



3 0,6044 0,1128 15,73 0,7825 0,1321 14,44

5 0,8172 0,1871 18,63 0,8490 0,1378 13,96

7 0,8470 0,1586 15,77 0,9500 0,0883 8,50

9 0,8942 0,0976 9,84 0,9857 0,0443 4,30

11 0,9122 0,0753 7,63 0,9000 0,1332 12,89



0,1



3 0,4196 0,3175 43,07 0,4556 0,5262 53,60

5 0,5290 0,2750 34,20 0,7165 0,2523 26,04

7 0,8000 0,1935 19,48 0,8075 0,1790 18,14

9 0,6708 0,3037 31,16 0,8301 0,1609 16,24

11 0,7032 0,2993 29,86 0,5795 0,4325 42,74



0,2



3 0,4839 0,3932 44,82 0,4395 0,2831 39,18

5 0,6514 0,3646 35,88 0,6402 0,3456 35,06

7 0,6322 0,3421 35,11 0,6481 0,3527 35,24

9 0,7021 0,2812 28,60 0,7244 0,2688 27,06

11 0,7801 0,2312 22,86 0,7505 0,2602 25,74



0,3



3 0,4644 0,4321 48,19 0,4070 0,4173 50,62

5 0,5329 0,4641 46,54 0,5472 0,4454 44,87

7 0,6527 0,3313 33,67 0,6737 0,3128 31,71

9 0,6877 0,2895 29,63 0,6738 0,2970 30,59

11 0,6567 0,3639 35,66 0,6671 0,3531 34,61

DBD


97



0,4



3 0,4542 0,4339 48,85 0,4046 0,3953 49,42

5 0,4979 0,4877 49,48 0,4764 0,4723 49,78

7 0,6343 0,3511 35,63 0,6431 0,3378 34,44

9 0,7402 0,3012 28,92 0,7151 0,2855 28,53

11 0,6521 0,3605 35,60 0,6443 0,3521 35,34

DBD


Rhodococcus opacus como biorreagente - DBD PUC RIO · Ao Professor Doutor Hudson Jean Bianquini...

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