FLOCULAÇÃO DE FINOS DE FLUORITA COM A BACTÉRIA Corynebacterium xerosis (Ol)

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1 FLOCULAÇÃO DE FINOS DE FLUORITA COM A BACTÉRIA Crynebacterium xersis (Ol) Sandra Regina Haas< 02 l Iv André H. Schneider 103 l RESUMO O tratament de partículas finas dispersas em líquids é cmum em diversas indústrias e especialmente imprtante n prcessament de minéris. A eficiência de muitas perações de separaçã sólid-líquid, cm a filtraçã e a sedimentaçã, pde ser aumentada cm a tlculaçã. O bjetiv deste trabalh fi estudar a tlculaçã de partículas de tlurita cm a bactéria Crynebacterium xersis. A metdlgia empregada para avaliar a flculaçã incluiu experiments de tlculaçã, micreletrfrese e micrscpia ótica. Os resultads demnstraram que a bactéria se adere na superfície da flurita, prmvend a agregaçã das partículas. Flcs de alta qualidade pdem ser btids em ph 7,O a uma cncentraçã de micrrganisms de 40 mg/1. Os resultads sã discutids em terms das prpriedades superficiais d mineral e d micrrganism. Palavras-chave: flculaçã, flurita, Crynebacterium xersis (01) Trabalh a ser apresentad n XVII Encntr Nacinal de Tratament de Minéris e Metalurgia Extrativa e I Seminári de Química de Clóides Aplicada à Tecnlgia Mineral, Águas de Sã Pedr- SP, 23 a 26 de agst de (02) Biólga, Blsista de Aperfeiç;tment d CNPq, Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Pass Fund. (03) Engenheir de Minas, Dutr em Metalurgia Extrativa, Prfessr da Faculdade de Engenharia e Arquitetura, Universidade de Pass Fund. 587

2 INTRODUÇÃO O tratament de plpas cntend partículas finas dispersas é cmum em diversas indústrias e especialmente imprtante n prcessament de minéris. A eficiência de diferentes perações de separaçã sólid-líquid, cm espessament e a filtraçã, pde ser substancialmente aumentada através da agregaçã das partículas. Os métds clássics empregads na agregaçã e sedimentaçã de partículas sólidas finamente divididas sã ajuste de ph, aument da frça iônica, a adiçã de cagulantes inrgânics (cm sais de alumíni e ferr) e a utilizaçã de plímers flculantes. Os plímers sintétics mais utilizads sã as pliacrilamidas, plióxid de etilen e as pliamidas (KITCHENER, 1978; SOMASUNDARAN, 1980). Pesquisas n camp da tlculaçã têm sid dirigidas n sentid d empreg de micrrganisms cm agentes tlculantes. Muits micrrganisms se aderem em superfícies sólidas, pssibilitand a frmaçã de pntes e prmvend a agregaçã das partículas minerais. Estuds nesse sentid já fram cnduzids cm a bactéria Mycbacterium phlei (SMITH e MISRA, 1991; DÜBEL e r ai., 1992) e cm a levedura Candida parapsilsis (SCHNEIDER et al.,l994a, SCHNEIDER er ai., 1994b). Entretant, a flculaçã cm esses micrrganisms nã se mstra cmpetitiva cm s plímers sintétics de cadeia lnga existentes n cmérci. A qualidade ds flcs é baixa e a cncentraçã de células necessária para a agregaçã das partículas é bastante elevada ( SCHNEIDER, et ai., 1996). Estud mais recentes realizads na Universidade de Pass Fund - RS, envlvend diferentes micrrganisms e diferentes minerais, indicaram que a bactéria Crynebacterium xersis prmve eficientemente a flculaçã d mineral flurita. A qua;idade ds flcs btida fi de alt grau e a cncentraçã de células necessária para a flculaçã nã tã alta, despertand interesse para estuds mais detalhads. Desta frma, bjetiv deste trabalh fi estudar a flculaçã de partículas de flurita cm a bactéria Crynebacterium xersis. A metdlgia empregada para avaliar a flculaçã incluiu experiments de flculaçã, micreletrfrese e micrscpia ótica. Os resultads sã discutids em terms das prpriedades superficiais d mineral e d micrrganism. MATERIAIS E MÉTODOS Flurita Cristais de flurita fram frnecids pr um empresa de mineraçã lcalizada n Municípi de Criciúma - Santa Catarina. A amstra fi cminuída a sec em um minh de prcelana para granulmetria inferir a 38 J.lm. Micrrganism A bactéria Crynebacterium xersis fi btida da cleçã de micrrganisms da "Carlina Bilgical Supply Cmpany" - EUA. A bactéria fi crescida em Erlenmeyers de 250 mi em uma incubadra de agitaçã rbital. O mei de cultura empregad fi Cald Nutriente, preparad a uma cncentraçã de 8 g/1. A 588

3 temperatura de incubaçã fi mantida cnstante em 37 C. A curva de cresciment da bactéria está apresentada na Figura I s 0.5 c: :c... C) e 11> 11> E iii Dias Figura I - Curva de cresciment da bactéria Crynebacterium xersis em cald nutriente (8 g/1) e temperatura de 3 7 C. Após atingir a fase estacinária de cresciment, as células fram centrifugadas e lavadas 2 vezes cm água destilada. As células fram nvamente suspensas em uma pequena fraçã de água e adicinadas na suspensã de partículas minerais para s estuds de flculaçã. Experiments de flculaçã Os ensais de flculaçã fram realizads em um aparelh de "Jar-Test" dimensinad cnfrme a Técnica Cnstrutiva Cetesb L Inicialmente, a plpa cntend 1% de flurita (massa/vlume) fi agitada pr um períd de 10 min para prmver a dispersã das partículas. Crrigiu-se ph d mei e adicinu-se s micrrganisms. A agitaçã rápida fi mantida ainda pr um períd de 2 min para prmver a cmpleta interaçã d birreagente cm mei. Após, baixu-se a rtaçã, permitind a frmaçã ds flcs pr um períd de 2 min. O temp de sedimentaçã fi medid após a interrupçã da agitaçã. As amstras fram cletadas a I O cm abaix da superfície da água. A eficiência da flculaçã fi avaliada pels seguintes parâmetrs: análise visual da qualidade ds flcs a lh nu e pr micrscpia ótica; turbidez residual medida em Unidades Nefelmétricas de Turbidez (NTU); remçã de sólids suspenss da água. A equaçã empregada n cálcul da remçã de sólids suspenss fi: 589

4 Remçã(%)= 100. Ci- Cf C i nde: Ci =cncentraçã inicial de sólids 10 cm abaix da superfície da água Cf = cncentraçã de sólids I O cm abaix da superfície após 1 min. de sedimentaçã Mtdidas d ptencial zeta As prqpriedades eletrfréticas da llurita e da bactéria C. xersis fram medidas em funçã d ph em um Zetameter da Rank Brther mdel LTD cm a célula retangular. As medidas fram realizadas a uma frça iônica de lxl0" 3 M NaN0 3. O ph final d mei fi ajustad cm NaOH -c HN0 3. Realizu-se n mínim 20 leituras em cada ph. O ptencial zeta fi calculad através da equaçã de Smluchwski (HUNTER, 1981 ). RESULTADOS E DISCUSSÃO A flculaçã das partículas de flurita (:Ícla adiçã da bactéria C. xersis na plpa pde ser bservada nas ftgrafias btidas pr micrscpia ótica (Figura 2). Observa-se que as partículas encntram-se dispersas na suspensã na qual as bactérias estã ausentes e agregadas na qual as bactérias estã presentes. (a) (b) Figura 2 - Partículas de flurita a micrscópi ótic, aument de 100 x: (a) nã flculadas e (b) flculadas cm a Crynebacterium xersis. 590

5 A agregaçã das partículas cm micrrganism permite uma r-ápida remçã ds sólids suspenss da plpa e a reduçã da turbidez residual (Figuras 3 e 4). A remçã de quase 100% ds sólids suspenss se dá em mens de I min de sedimentaçã. A turbidez residual diminui de 100 NTU para cerca de 20 NTU , c: 80 D.., cm C. xertls ::I 60 :5! sem c. xersis '() 40 "O.. 20 C> E a: Temp de sedimentaçã (min) Figura 3 - Remçã de sólids suspenss em funçã d temp de sedimentaçã cm a bactéria C xersis. (40 mg/1) e sem a bactéria em ph 7,0 +1-0, ::» sem C. xersis... z ::I 80 :5! N :2.a ::I cm C. xertls Temp de sedimentaçã (min) Figura 4- Turbidez residual em funçã d temp de sedimentaçã cm a bactéria C. xersis (40 mg/1) e sem a bactéria em ph 7,0 +1-0,2. 591

6 A Figura 5 apresenta efeit da cncentraçã de bactérias na remçã d;; tlurita suspensa. Observa-se que na dsagem de 20 mg/1. em base seca, já se verifica a tlculaçã das partículas, send que a máxima qualidade ds tlcs é btida a partir de 40 mg/1. Estes resultads demnstram que a dsagem de C. xersis para a flculaçã de flurita é substancialmente menr d que as dsagens requeridas para flculaçã cm s utrs micrrganisms reprtads na literatura. Pr exempl, para a flculaçã de hematita cm as células inteiras da C. parapsilsis é necessári cerca de 50 kg/t d birreagente (SCHNEIDER et a/., 1994a), enquant que na flculaçã da tlurita cm a C. xersis é necessári smente 4 kg/t. Mesm assim, a dsagem requerida ainda é mair d que a aplicada na llculaçã cm plímers sintétics de cadeia lnga. Em cndições semelhantes de Jlculaçã, basta 0,5 kg/t de uma pliacrilamida aniônica de alt pes mlecular : Cl) c.. ::I :E Cl) 'C 1111 u. E Cl) L L L Cncentraçã de bactérias (mg/1) Figura 5 -Efeit da cncentraçã de C. xersis na flculaçã de fins de flurita (temp de sedimentaçã de 1 min, ph 7,0 +1-0,2). A Figura 6 apresenta s resultads de remçã de sólids suspenss em funçã d ph cm as células da C. xersis. A flculaçã crreu entre ph 4,0 e 9,0, send que a mair remçã de sólids suspenss e clarificaçã crreu em ph próxim a 7,0. O melhr desempenh em ph 7,0 pde estar assciad à elevada carga superficial psitiva da flurita (aprximadamente 50 mv) e a alta carga negativa da bactéria (cerca de- 40 mv) neste ph (Figura 7). Entretant, nã se deve descartar um pssível efeit de uma interaçã específica entre micrrganism e a llurita, pis utras bactérias cm prpriedades eletrcinéticas semelhantes nã prmveram a tlculaçã da flurita. 592

7 c Cll Q. cm C. xersis ::::J 60 ;g 40 Cll 'tj I 20 U E Cll sem C. xersís a: ph Figura 6- Efeit d ph na flculaçã da flurita cm a bactéria C. xersis (40 mg/1) (temp de sedimentaçã de I min) > 40. _ 20 -Cll N.!! () c -20 Cll ph Figura 7 - Ptencial zeta da flurita e da Crynebacterium xersis em funçã d ph. Pr fim, é imprtante enfatizar que futurs estuds sã necessáris para trnar s biflculantes cmpetitivs cm s plímers sintétics. Sugere-se as seguintes 593

8 linhas: (a) islar micrrganisms cm alt pder de adesã à superfícies minerais; (b) investigar as prpriedades superficiais ds micrrganisms e s mecanisms envlvids na adesã em minerais (c) desenvlver prcediments para islar e identificar a fraçã biquímica respnsável pela biflculaçã; (d) realizar estuds em birreatres para a prduçã em larga escala ds birreagentes. CONCLUSÕES As principais cnclusões deste trabalh sã: - As células da bactéria Crynebacterium xersis se aderem às partículas de flurita, prmvend a flculaçã das partículas e uma alta clarificaçã d mei aqus. - A cncentraçã necessária de bactérias para a flculaçã, nas cndições empregadas neste trabalh, é de 40 mg/1 u 4 kg/t. A flculaçã crre na faixa de ph entre 4,0 e 9,0, send ótim ph 7,0. - Há um enrme camp para a aplicaçã de micrrganisms cm reagentes para a indústria mineral. Futurs estuds sã necessáris para tmá-ls cmpetitivs cm s reagentes atualmente empregads. AGRADECIMENTOS O autres sã grats à Fapergs (prcess 96/1789.5) e a CNPq (prcess /96-8) pel auxíli financeir para desenvlviment da presente pesquisa. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DÜBEL, J.; SMITH, R.W.; MISRA, M.; CHEN, S. Micrrganisms as chemical reagents: the hematite system, Minerais Engineering. v.s, n.3-5, p , HUNTER, R.J. Zeta pntential in cllid science. Lndn: Academic Press, p. KITCHENER, J.A. Flcculatin in mineral prcessing. ln: lves, K. J. (Ed.) The Scientific Basis f Flcculatin. Netherlands, Alphen aan den Rijn: Sijthff & Nrdhff, p , SCHNEIDER, l.a.h. ; MISRA, M. SMITH, R. W. Biflccu1atin f hematite suspensins with prducts frm yeast cell rupture. Develpments in Chemical Engineering and Mineral Prcessing, v. 4, p , 1994a. 594

9 SCHNEIDER, l.a.h.; MISRA, M. SMITH, R.W. Bitlcculatin f fine mineral suspensins by Candida parapsilsis and its snicatin prducts. ln: Reagents fr Better Metallurgy. SME, p ,!994b. SCHNEJDER, I.A.H.; RAICHUR, A.; MISRA, M.; SMITH, R.W. Bitlculaçã de partículas minerais finas. ln: IV CONGRESSO ÍT ALO-BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE MINAS, 1996, Canela, RS. Anais... Prt Alegre, Universidade Federal d Ri Grande d Sul, vl. esp., p SMITH, R.W.; MISRA, M. Bacterial flcculatin f phsphate wastes using a hydrphbic bacterium. ln: Smith, R. W.; Misra, M. (Eds.) Mineral Biprcessing. Warrendale: TMS, p , SOMASUNDARAN, P. Principies f flcculatin, dispersin, and selective tlcculatin. ln: Smasundaran, P. (Ed.) Fine Particles Prcessing. New Yrk: AIME, p , FLOCCULATION OF FLUORITE PARTICLES WITH Crynebacterium xersis Sandra Regina Haas Iv André H. Schneider ABSTRACT Treatment f fine particles dispersed in liquids are cmmn in severa) industries and specially imprtant in mineral prcessing. The efficiency f different peratins f dewatering, like thickening and filtratin, can be substantially increased by flcculatin. The aim f this wrk was t study the tlcculatin f fine flurite particles with the bacteria Crynebacterium xersis. The experimentatin used t evaluate the flcculatin included actual flcculatin tests, micrelectrphresis measurements and ptical micrscpy. The results shwed that the micrrganisms adhere t the flurite surfaces prmting the aggregatin f the particles. High quality flcs can be btained in a cell cncentratin f 40 mg/1 and at ph 7.0. An attempt is made t relate the tlcculatin behavir t the surface characteristics f the mineral and f the micrrganism. Key-wrds: tlcculatin, flurite, Crynebacterium xersis 595