BR102012009197A2

BR102012009197A2 - agente adsorvente, composiÇço para bioflotaÇço e processo de bioflotaÇço do sistema apatita-quartzo

Info

Publication number: BR102012009197A2
Application number: BRBR102012009197-6A
Authority: BR
Inventors: Mauricio Leonardo Torem; Antonio Gutierrez Merma
Original assignee: Faculdades Catolicas
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-06-25
Also published as: US20150086451A1; PE20150133A1; CO7190232A2; WO2013142933A1; EP2832849A4; EP2832849A1; AU2013239360A1; CL2014002568A1

Abstract

BIOADSORVENTE. Diversos microrganismos como bactérias, fungos e/ou seus produtos metabólicos tem sido usados como biorreagentes no bioprocessamento mineral. Um microrganismo hidrofóbico pode mudar as características hidrofílicas de uma superfície mineral se ele aderir na superfície do mineral. Esse é o caso da bactéria Rhodoccocus opacus, com características hidrofóbicas identificadas em pesquisas anteriores. Neste trabalho é estudado o comportamento eletroforético e microflotação do sistema mineral quartzo - apatitas (apatita "A" e apatita "B") após interação com células da bactéria. Os resultados mostraram uma mudança no perfil de potencial zeta das amostras minerais após interação com a bactéria, essa mudança foi mais significativa nas apatitas que o quartzo. Os resultados também mostraram que a adesão das células bacterianas na superfície mineral pode ser através de interações específicas além de interações eletrostáticas. Foi observado que a bactéria em suspensão consegue reduzir a tensão superficial da interface ar/água de 70 mN/m até valores próximos de 54 mN/m, 55mN/m e 56 mN/m para valores de pH de 3,5, e 7, faixa de pH na qual foi observada a maior produção de espuma. O valor máximo de flotabilidade para todas as amostras minerais foi obtido num valor de pH ao redor de 5; sendo que para a apatita "B" alcançou em torno de 90% de flotabilidade usando 0,15 g/L de bactéria e com 5 minutos de flotação, enquanto que a apatita "A" precisou de 0,20 g/L de bactéria para alcançar a mesma recuperação, finalmente no caso do quartzo o valor foi próximo de 13% com 0,15 g/L de bactéria e sob as mesmas condições de trabalho. A adaptação da bactéria a substrato mineral revelou uma mudança no comportamento da bactéria durante o processo de flotação, foi observada uma maior flotabilidade da apatita num valor de pH em torno de 3 após adaptação ao mineral apatita. Já no caso do quartzo observou-se um leve incremento na flotabilidade em todos os valores de pH. A bioflotação de apatita e quartzo segue modelos cinéticos de primeira ordem. Observou-se que as constantes de taxa (K~ 1~) da flotação de apatita "A" diminuem com reduções de tamanho de partícula, mudando de 0,429 (min^ -1^) para 0,198 (min^ -1^) quando o tamanho passou de (106 - 150) um para (38 - 75) um, no caso da apatita "B" essa redução foi de 0,518 (min^ -1^) para 0,295 (min^ -1^), o contrario foi observado no caso do quartzo incrementado de 0,016 min^ -1^ para 0,11 min^ -1^. Os estudos fundamentais de mobilidade eletroforética e flotabilidade apoiados pela microscopia eletrônica de varredura evidenciaram a seletividade na separação de apatita e quartzo e deste modo retificaram o potencial uso da bactéria Rhodococcus opacus como biorreagente no processamento mineral.

Description

“AGENTE ADSORVENTE, COMPOSIÇÃO PARA A BIOFLOTAÇÃO E PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO”

Campo da Invenção

A presente invenção trata de microorganismos para a adsorção em minerais e processo de bioflotação e separação destes, particularmente a flotação do quartzo.

Antecedentes da Invenção

O fósforo juntamente com o nitrogênio e o potássio compõem o grupo dos macronutrientes primários, elementos imprescindíveis para o 10 desenvolvimento das plantas. É importante considerar que o fósforo não tem substitutos na agricultura, não é encontrado em estado puro na natureza e, em combinação com diversos elementos, forma uma grande variedade de compostos. As jazidas de rochas fosfáticas são as mais importantes fontes desse elemento, tendo como origem ígnea, sedimentar, metamórfica ou 15 resultante de acumulação de matéria orgânica proveniente de dejetos de aves.

O principal mineral de rochas fosfáticas é a apatita, a maior importância desta está relacionada à produção de fertilizantes e de ácido fosfórico que podem ser produzidos por via úmida com a utilização de ácido sulfúrico. O ácido fosfórico é um composto químico de grande importância 20 utilizado na produção de fertilizantes tais como o Superfosfato SimpIes-SSP (Ca(H2P04)2.H20 + CaSO4), Superfosfato TripIo-TSP (Ca(H2PO4)2), Fosfato Mono-amônico-MAP ((NH4)H2PO4), Fosfato Diamônico-DAP ((NH4)2HPO4) além dos fertilizantes NP e NPK.

Para poder atender as especificações cada vez mais restritas do 25 mercado o produtor de fosfato tem a necessidade de reduzir os custos operacionais, para lograr isso vem se incentivando a pesquisa e desenvolvimento de novas condições operacionais de beneficiamento. Além dessa busca de redução de custos, o produtor de fosfato vem deparando-se com um grande problema, o esgotamento das jazidas com teores adequados 30 dos elementos acima citados. Diante disto, vem tornando-se necessário o processamento de minérios de fosfato mais complexos, conduzido ao desenvolvimento de novos equipamentos, técnicas e reagentes para a concentração mineral.

A flotação é o processo mais usado para tratar os minérios de fosfato, graças à fácil separação que pode existir entre fosfatos e minerais de ganga - os minerais de ganga associados à apatita principalmente são, fluoretos, carbonatos, argilas, quartzo silicatos e óxidos metálicos - no entanto, com mudanças na composição mineralógica o resultado certamente seria outro. Essas mudanças podem ser causadas quando a matéria prima é modificada, o que acontece quando são usados minérios complexos, onde a presença dos minerais de ganga é maior, e quando processados diferentes tipos de apatita. Assim, mudanças na composição mineralógica causam que o mineral reaja de forma diferente frente aos processos de flotação. Muitos estudos têm sido realizados no sentido de obter reagentes de baixo custo, sem o comprometimento da seletividade, e que consigam atingir os valores satisfatórios ou desejados de recuperação.

O emprego de microrganismos no processamento mineral, assim como, na remediação de resíduos na indústria mineral tem despertado grande interesse e vem se tornando um campo da biotecnologia cada vez mais estudado e explorado, sendo uma nova proposta para o uso de 20 microrganismos é a sua aplicação como reagentes de flotação. A presença de determinados grupos funcionais ionizáveis na superfície microbiana, confere aos microrganismos determinadas características de adsorção que os tornam capazes de substituir certos reagentes químicos convencionais de flotação e floculação em operações de processamento mineral.

O documento US 1,914,694 descreve a concentração de

materiais fosfáticos pelo método de flotação dos minerais fosfátícos associados com quartzo dos minerais de ganga. O mesmo não cita o uso de agentes adsorventes biológicos no processo de flotação.

O documento US 2,384,825 descreve o método de separação de areia, lodo e similares da rocha fosfática de baixo grau proveniente de resíduos de lavagem conhecido como debris. O mesmo não cita o uso de agentes adsorventes biológicos no processo de flotação de acordo com a presente invenção.

O documento US 3,534,854 descreve o método de separação de partículas de calcita e apatita, ou similares, por flotação em uma solução 5 aquosa com alto pH. O documento cita o mineral de quartzo como mineral de ganga contaminante da calcita, porém, o mesmo informa que este será separado da calcita junto com a apatita, ou seja, não sugere um método de separação do sistema constituído pelos minerais de quartzo e apatita. O mesmo não cita o uso de agente adsorventes biológicos no processo de ío flotação.

Smith et al. [Recents Developments in the Bioprocessing Minerais. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review, 1993, v. 12, 37] revela o potencial uso de microrganismos para o bioprocessamento de minerais, aplicações como bio-oxidação de minerais, remoção de metais pesados, floculação e flotação de minerais.

Mesquita et al. [Biobeneficiamento mineral: potencialidades dos microrganismos como reagentes de flotação. Série Tecnologia Mineral CETEM,

2002, 81] revela o uso em potencial de microrganismos, assim como as bactérias do gênero Rhodococcus, como agentes de flotação de diversos

sistemas minerais, pela adsorção na superfície de minerais e alteração do potencial zeta destes.

Mesquita et al. [Interaction of a hydrophobic bacterium strain in a hematite-quartz flotation system. International Journal of Mineral Processing,

2003, 71] revela o potencial da utilização da espécie de bactéria Rhodococcus opacus, como agente adsorvente de minerais, para a flotação do sistema

hematita-quartzo.

Entretanto, fica evidente pelos documentos acima que ainda há a necessidade de estudar o processo de bioflotação para o sistema apatitaquartzo, lembrando que a apatita é o minério fosfático mais abundante e o quartzo o principal mineral de ganga associado a ela. Um sistema com alta eficiência para a obtenção desses minérios se ainda é necessária. Λ i

4/18

Descrição Resumida da Invenção

A presente invenção vem resolver o problema da separação dos minerais constituintes do sistema apatita-quartzo, através de um novo agente adsorvente biológico para o processo de bioflotação. O processo ocorre pelo 5 uso da bactéria do gênero Rhodococcus como agente adsorvente da superfície do mineral apatita, tornando-o hidrofóbico e permitindo a sua separação por flotação.

Em uma realização preferencial, a bactéria do gênero Rhodococcus compreende a espécie Rhodococcus opacus.

Em uma realização preferencial, a bactéria Rhodococcus opacus

compreende uma adaptação ao ser previamente exposta aos minerais, a fim de aumentar a sua afinidade a este, durante o processo de bioflotação.

Em uma realização preferencial, o mineral apatita compreende o subgrupo fluorapatita.

A presente invenção adicionalmente trata do uso de uma

composição para o processo de bioflotação do sistema apatita quartzo compreendendo:

a. pelo menos um agente adsorvente compreendendo pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero

Rhodococcus', e

b. um veículo aceitável.

Em uma realização preferencial, a bactéria Rhodococcus opacus

é uma bactéria adaptada ao ser previamente exposta ao minerais, a fim de aumentar a sua afinidade a este, durante o processo de bioflotação.

Em uma realização preferencial, o veículo aceitável compreende

um suporte.

Em uma realização preferencial, o suporte compreende uma t ê

5/18

solução salina.

Em uma realização preferencial, a solução salina compreende uma solução de cloreto de sódio (NaCI).

É, adicionalmente, um objeto da presente invenção, o processo de bioflotação do sistema apatita-quartzo, compreendendo as etapas de:

a. adicionar o sistema apatita-quartzo em uma composição adsorvente compreendendo pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero Rhodococcus;

b. deixar o agente adsorvente em contato com a solução compreendendo o sistema apatita-quartzo em um tubo de

Hallimond, para a flotação durante dois minutos; e

c. recolher a massa flotada compreendendo o quartzo e o agente adsorvente.

Em uma realização preferencial, a bactéria Rhodococcus opacus é uma bactéria adaptada ao ser previamente exposta ao minerais, a fim de aumentar a sua afinidade a este, durante o processo de bioflotação.

Esses e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serão descritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras

- A figura 1 revela o potencial zeta de apatitas e mineral de ganga em função do pH, deduzindo assim, o seu ponto isoelétrico PIE.

- A figura 2 revela o potencial zeta em função do pH da Wavellita, derivada de uma substituição isomórfica da apatita.

-A figura 3 revela o potencial zeta em função do pH das apatitas, em um método de determinação diferente, método de Dos Santos. i 6/18

- A figura 4 revela a condição de carga zero para apatitas, para o cálculo do ponto isoelétrico pelo método de Mular & Roberts.

- A figura 5 revela o potencial zeta em função do pH das apatitas na presença dos coletores aniônicos.

-A figura 6 revela o potencial zeta em função do pH para apatitas e minerais de ganga.

- A figura 7 revela o potencial zeta em função do pH de hematitas e quartzo.

- A figura 8 revela uma micrografia da bactéria Rhodococcus opacus ío realizada por microscopia de varredura.

- A figura 9 revela um espectrograma de infravermelho da bactéria Rhodococcus opacus e seus principais picos de absorbância.

- A figura 10A revela os resultados de adesão na adsorção de proteínas nas amostras minerais.

-A figura 10B revela os resultados do ensaio de microfiotação dos minerais com as proteínas.

- A figura 11A revela o comportamento da flotação da pirita e calcopirita em função do pH usando o coletor PIPX.

- A figura 11B revela o efeito das células na flotação de pirita e calcopirita em função do pH.

- A figura 12 revela o resultado de recuperação em função do pH durante a flotação da pirita e da calcopirita em presença de células de L ferroxidans, usando xantato como coletor.

- A figura 13A revela os resultados de flotabilidade em função do pH da hematita na presença da bactéria Rhodococcus opacus.

- A figura 13B revela os resultados de flotabilidade em função do pH do quartzo na presença da bactéria Rhodococcus opacus.

- A figura 14 revela os resultados de flotabilidade da magnesita em função da concentração da bactéria Rhodococcus opacus.

-A figura 15A releva os resultados de flotabilidade de barita em função da I i

J

7/18

concentração da bactéria Rhodococcus opacus.

- A figura 15B revela os resultados de flotabilidade da calcita em função da concentração da bactéria Rhodococcus opacus.

- A figura 16 revela a taxa de recuperação de apatita em função da 5 concentração de S. carnosus em pH igual a 9.

- A figura 17 revela micrografias de P. polymyxa, desenvolvidas na presença de diferentes minerais, feitas por microscopia eletrônica de transmissão.

- A figura 18A revela micrografias de células Desulfovibrio desulfuricans, io aderidas à superfície da hematita, feitas por microscopia eletrônica de

varredura.

- A figura 18B revela micrografias de células Desulfovibrio desulfuricans, aderidas a superfície da quartzo, feitas por microscopia eletrônica de varredura.

15 -A figura 19A revela micrografias de células de leveduras aderidas a superfície da calcita, feitas por microscopia eletrônica de varredura.

- A figura 19B revela micrografias de células de leveduras aderidas a superfície da quartzo, feitas por microscopia eletrônica de varredura.

- A figura 20A revela o potencial zeta em função do pH do quartzo na 20 presença de leveduras da espécie E. coli.

- A figura 20B revela uma micrografia mostrando a interação de leveduras E. coli com a superfície do quartzo, feitas por microscopia eletrônica de varredura.

- A figura 21A revela o potencial zeta em função do pH de pirita antes e 25 após a interação com células de L. ferroxidans.

- A figura 21B revela o potencial zeta em função do pH de calcopirita antes e após a interação com células de L. ferroxidans.

- A figura 22 revela o potencial zeta em função do pH da hematita antes e após a interação com células de R. opacus.

30 -A figura 23 revela o potencial zeta em função do pH da calcita e magnesita, antes e após a interação com células de R. opacus.

- A figura 24 revela a curva de calibração obtida pela absorbância em função da concentração celular de uma suspensão de Rhodococcus opacus.

-A figura 25 revela uma micrografia, realizada por microscopia eletrônica de varredura, de células da bactéria Rhodococcus opacus.

- A figura 26 revela o potencial zeta em função do pH da bactéria Rhodococcus opacus não adaptada, adaptada a apatita e adaptada a quartzo utilizando NaCI como eletrólito.

ío -A figura 27 revela o potencial zeta em função do pH das amostras minerais de apatita “A”, apatita “B” e quartzo utilizando NaCI como eletrólito suporte.

- A figura 28 revela o potencial zeta em função do pH da amostra de quartzo antes e após o contato com a bactéria, e da bactéria pura,

utilizando NaCI como eletrólito.

- A figura 29 revela o potencial zeta em função do pH da apatita “A” antes e após a interação com a bactéria, e da bactéria pura, utilizando NaCI como eletrólito.

- A figura 30 revela o potencial zeta em função do pH da apatita “B” antes

e após a interação com a bactéria, e da bactéria pura, utilizando NaCI

como eletrólito.

- A figura 31 revela o ângulo de contato em função do pH das amostras minerais de apatita “A”, apatita “B” e quartzo, utilizando uma suspensão celular de concentração de 0,15 g/l, com 5 minutos de tempo de contato.

-A figura 32 revela a tensão superficial em função do pH da suspensão celular de Rhodococcus opacus, em uma concentração celular de 0,15 g/l.

- A figura 33 revela a tensão superficial em função da concentração celular da bactéria Rhodococcus opacus, em um pH igual a 5.

-A figura 34 revela a flotabilidade em função do pH da apatita “B”, com tamanho de partículas entre 75-106 pm, NaCI como eletrólito e 2 minutos de tempo de flotação.

A figura 35 revela a flotabilidade em função do pH da apatita “A”, com tamanho de partículas entre 75-106 pm, NaCI como eletrólito e 2 minutos de tempo de flotação.

A figura 36 revela a flotabilidade em função do pH do quartzo, com tamanho de partículas entre 75-106 pm, NaCI como eletrólito e 2 minutos de tempo de flotação.

A figura 37 revela a flotabilidade celular em função da concentração celular, em um pH igual a 5, tamanho de partícula entre 75-106 pm, NaCI como eletrólito e 2 minutos de tempo de flotação.

A figura 38 revela a flotabilidade celular em função do tempo, em pH igual a 5, tamanho de partícula entre 75-106 pm e utilizando NaCI como eletrólito.

A figura 39 revela uma micrografia, feita por microscopia eletrônica de varredura, de células de Rhodococcus opacus aderidas na superfície da apatita "B” após a flotação.

A figura 40 revela uma micrografia, feita por microscopia eletrônica de varredura, de células de Rhodococcus opacus aderidas na superfície da apatita “A” após a flotação.

A figura 41 revela uma micrografia, feita por microscopia eletrônica de varredura, de células de Rhodococcus opacus aderidas na superfície do quartzo após a flotação.

A figura 42 revela a flotabilidade em função do tempo da apatita “A” com diferentes tamanhos de partícula, em pH igual a 5, concentração celular de 0,2 g/l.

A figura 43 revela um modelo de primeira ordem da flotabilidade da apatita “A”, em pH igual a 5, concentração celular de 0,2 g/l.

A figura 44 revela um modelo de segunda ordem da flotabilidade da apatita “A”, em pH igual a 5, concentração celular de 0,2 g/l. A figura 45 revela a flotabilidade em função do tempo da apatita “A” usando a bactéria Rhodococcus opacus, obtidos a partir do emprego do modelo de primeira ordem.

A figura 46 revela a flotabilidade em função do tempo da apatita “B” em diferentes tamanhos de partícula, em pH igual a 5, concentração celular de 0,15 g/l.

A figura 47 revela um modelo de primeira ordem para a flotabilidade da apatita “B”, em pH igual a 5, concentração celular de 0,15 g/l.

A figura 48 revela um modelo de segunda ordem para a flotabilidade da apatita “B” , em pH igual a 5, concentração celular de 0,15 g/l.

A figura 49 revela a flotabilidade em função do tempo da apatita “B” usando a bactéria Rhodococcus opacus, com o emprego do modelo de primeira ordem.

A figura 50 revela a flotabilidade em função do tempo para o quartzo em diferentes tamanhos de partícula, em pH igual a 5, concentração celular de 0,15 g/l.

A figura 51 revela o modelo de primeira ordem para a flotabilidade do quartzo em função do tempo, em pH igual a 5, concentração celular de

0,15 g/l.

A figura 52 revela o modelo de segunda ordem para a flotabilidade do quartzo em função do tempo, em pH igual a 5, concentração celular de

0,15 g/l.

A figura 53 revela a flotabilidade em função do tempo para o quartzo utilizando o modelo de primeira ordem, para diferentes tamanhos de partícula.

A figura 54 revela a tensão superficial em função do pH de células de Rhodococcus opacus sem e com a adaptação ao substrato mineral.

A figura 55 revela a flotabilidade em função do pH do ensaio de microflotação da apatita “A”, usando a bactéria Rhodococcus opacus adaptada ao substrato mineral, em concentração celular de 0,20 g/l. - A figura 56 revela a flotabilidade em função do pH do ensaio de microflotação da apatita “A”, usando a bactéria Rhodococcus opacus adaptada ao substrato mineral, em concentração celular de 0,15 g/l.

Descrição Detalhada da Invenção Os exemplos aqui descritos têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo, sem limitar o escopo da mesma. Sendo assim, a presente invenção baseia-se em um novo agente adsorvente biológico para a bioflotação dos minerais constituintes do sistema apatita-quartzo.

Agente adsorvente

Na presente invenção, entende-se como agente adsorvente, o microrganismo capaz de se aderir à superfície do mineral, desta forma, alterando o seu comportamento eletroforético, sendo este microrganismo escolhido dentre as bactérias que compõem o gênero Rhodococcus, mais especificamente, a espécie Rhodococcus opacus.

O microrganismo Rhodococcus opacus (Figura 8), é uma bactéria pertencente ao gênero Rhodococcus, unicelular, heterótrofa, Gram-positiva e estritamente aeróbia. 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 ± 4 graus.

A composição do material pertencente à parede celular da bactéria R. opacus pode ser vista na Tabela 1, a qual mostra uma elevada proporção de lipídeos e carboidratos associados à parede celular. Tabela 1 - Composição da parede celular da bactéria R. opacus.

Material pertencente à Concentração (g/l) Composição (%) parede celular Proteínas 0,16 2,85 Carboidratos 0,61 10,54 Lipídeos 1,92 33,33 Suspensão celular 11,52 Os grupos funcionais presentes na parede celular dos microrganismos podem ser determinados a partir do uso da espectroscopia de 5 infravermelho. O espectro de infravermelho da bactéria exibe os picos dos compostos atribuídos aos grupos funcionais dos compostos presentes na parede celular. A Tabela 2 apresenta as faixas de absorbância e os grupos funcionais correspondentes para cada pico (Figura 9).

ío Tabela 2 - Atribuição geral de bandas na bactéria

Número de onda (cm'1) Grupo funcional correspondente 3307 N-H e O-H vibração de estiramento: Polissacarídeos e proteínas. 2959 CH3 estiramento assimétrico: Lipídeos. 2917 CH2 estiramento assimétrico: Lipídeos, contribuição de proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos. 2876 CH3 estiramento simétrico: Proteínas, contribuição de lipídeos, carboidratos e ácidos nucléicos. 2857 CH2 estiramento simétrico: Lipídeos, contribuição de proteínas, carboidratos, ácidos nucléicos. 1739-1744 Ester C=O estiramento: Lipídeos, triglicerídeos. 1657 Amida I (Proteína C=O estiramento). 1541 Amida Il (Proteína N-H banda, C-N estiramento). 1452 CH2 ligações: Lipídeos. t 13/18

1391 COO- estiramento simétrico: cadeias aminoácidos, ácidos graxos. 1236 PO2- estiramento assimétrico: Acidos nucléicos com contribuição de fosfolipídios. 1152 CO-O-C estiramento assimétrico: Glicogênio e ácidos nucléicos. 1080 PO2- estiramento simétrico: ácidos nucléicos e fosfolipídios, C-O estiramento: glicogênio. 969 C-N+-C estiramento: Ácidos nucléicos. 958 Xylo-oligossacarídeos. 859 Açúcar tipo N. 801 P-O estiramento: ácidos nucléicos. 728 Ácido dipicolínico (DPA). 703 Ácido dipicolínico (DPA). 550 Glicogênio. Caso as bactérias sejam adaptadas a diferentes substratos, no caso algum mineral, poderia haver a variação da taxa de produção de produtos metabólicos, alterando assim os grupos funcionais presentes e em 5 conseqüência se obter uma resposta distinta e até melhorada no processamento de minerais. Sendo assim, a bactéria R. opacus foi adaptada à presença de apatita e quartzo.

Minerais

A presente invenção entende como minerais para o bioprocessamento, o sistema constituído de apatita-quartzo. A fórmula química genérica da apatita é: Ca5(PO4)3(OH1CI1F) sendo denominada como, hidroxiapatita, cloroapatita ou fluorapatita dependendo do íon presente na estrutura conforme Tabela 3.

Tabela 3 - Alguns exemplos do grupo apatita (DZL)3(DVU)2(TO4)3X

Subgrupo da apatita - (PO4) Cloroapatita Ca5(PO4)3CI Fluorapatita Ca5(PO4)3F i 14/18

Piromorfita Pb5(PO4)3CI Apatita-Estrôncio Sr5(PO4)3(OH) Conforme demonstrado anteriormente, podem ser encontrados diferentes tipos do mineral apatita e, consequentemente, o desempenho frente aos processos de beneficiamento será diferente para cada um. Portanto, é de 5 suma importância o conhecimento das propriedades físico-químicas desses minerais tais como estrutura cristalina, composição mineral, solubilidade, potencial zeta e mecanismos de adsorção atuantes para o estudo do desempenho da flotação.

Na literatura pode ser observada uma grande variação no valor do ponto isoelétrico da apatita. Encontrando valores do PIE desde 2 até 8, a razão para essa diferença dependendo principalmente da origem e do mesmo.

O conhecimento das características eletrocinéticas de um mineral em solução aquosa sendo fundamental, pois, ajuda a elucidar os mecanismos envolvidos na adsorção dos reagentes de flotação na superfície do mineral, além de realizar um papel muito importante na resposta ao processo de concentração mineral (flotação).

Composição

A composição de acordo com a presente invenção compreende preferencialmente uma suspensão celular, onde esta apresenta a cepa de 20 Rhodococcus opacus inativada após a fase de crescimento celular, junto com o elétrolito suporte. Este elétrolito irá atuar na re-suspensão das bactérias após a etapa de centrifugação, permitindo assim, uma solução de concentrado celular homogênea. O eletrólito celular utilizado compreende uma solução salina, de forma que não altere o valor de pH pretendido, assim, para o presente invento, 25 podendo-se adotar a utilização de cloreto de sódio como eletrólito suporte.

O método de bioflotação de preferência utilizado pelo ensaio pode ser conduzido em um Tubo de Hallimond modificado. Este apresenta outros equipamentos anexados a fim de executar o ensaio, tais equipamentos são: rotâmetro, para a medição da vazão de ar; bolhômetro, para calibrar o rotâmetro; agitador magnético, para manter as partículas minerais em suspensão; bomba de vácuo-compressor, para manter o ar necessário ao tubo de Hallimond.

Exemplo 1. Realização Preferencial

Inicialmente, as amostras de apatitas passam pela etapa de

cominuição seguida pelo peneiramento, desta forma, o produto obtido dessas etapas é classificado em diferentes frações granulométricas. Em seguida, as amostras são caracterizadas em diferentes etapas experimentais, medidas eletroforéticas, ângulo de contato, difração de raios X, fluorescência de raios X, ío microscopia eletrônica de varredura e transmissão.

Após a caracterização, as amostras de apatita são submetidas à lavagem com uma solução de ácido clorídrico 0,01 mM, posteriormente, lavadas rapidamente com água Milli-Q várias vezes até que o valor de pH do efluente alcance o valor do inicial de pH da água, para logo serem secadas e 15 guardadas em dissecador, até o momento de serem usados nos ensaios experimentais. Já as amostras de quartzo foram lavadas com KOH 0,01 M. Logo após foi realizado o mesmo procedimento feito nos minerais de apatita.

Em paralelo, ocorre a preparação do concentrado bacteriano e condições de cultivo destes da espécie bacteriana denominada Rhodococcus Opacus.

Primeiramente todo material de vidro utilizado, assim como os diferentes meios de cultivo foram esterilizados em autoclave a 1 atm. de pressão e 121°C durante 20 minutos. A cepa bacteriana foi cultivada no meio sólido - composição vista na Tabela 4 - em placas de Petri e levada a incubação até as colônias da bactéria fossem identificadas.

Tabela 4 - Meio de cultivo utilizado na cultura bacteriana

Componente Sólido (g/L) Líquido (g/L) Glicose 4 10 Peptona 5 5 Extrato de malte 10 3 Extrato de levedura 4 3 CaGO3 2 Agar 12 PH 7,2 7,2 Posteriormente, a bactéria foi sub-cultivada no meio de cultura líquido -composição vista na Tabela 5 - em Erlenmeyeres de 250 mL e levado a incubação num Shaker rotatório (CIENTEC CT-712) a uma temperatura de 28°C durante 24 horas.

Tabela 5 - frações granulométricas dos minerais para cada um dos ensaios

realizados

Experimento Tamanho de Partícula Testes de potencial Zeta < 38 pm Experimentos de microflotação (150-105) pm (105-75) pm (75 - 38) pm Medidas de ângulo de contato (0,5 x 0,5 x 1,0) cm ío Após o último crescimento, a suspensão celular foi centrifugada

com 3300 g durante 8 minutos, o concentrado da centrifugação, constituído pelas células da bactéria, foi lavado três vezes com água deionizada, e resuspenso numa solução de 1mM de NaCI, finalmente a suspensão concentrada obtida foi esterilizada na autoclave para inativar as bactérias 15 presentes. Esse concentrado final é a biomassa utilizada como biorreagente no desenvolvimento do trabalho.

A concentração celular da suspensão bacteriana foi determinada por meio da densidade ótica num espectrofotômetro (UV-Spectrophotometer, UV-1800, Shimadsu) a comprimentos de onda específica para a bactéria (A=620nm). Realizou-se uma calibração do peso seco da biomassa contra a densidade ótica das suspensões nesse mesmo comprimento de onda. O peso seco da biomassa foi determinado após filtração em sistema Millipore a vácuo utilizando-se membrana de celulosa de 0,45 pm (Millipore, EUA) e finalmente seco na estufa a 160°C.

Com o intuito de confirmar o comportamento seletivo apresentado 5 por uma cepa bacteriana após adaptação a um substrato mineral a cepa R. opacus sofreu adaptação à presença de amostras minerais como quartzo e apatita “A”. A adaptação da bactéria foi realizada durante o desenvolvimento das células bacterianas sob as mesmas condições de cultivo e usando o meio de cultura liquido padrão em presença do mineral com uma concentração de ío 5% (p/v) em 3 sub-culturas consecutivas.

As medidas de potencial zeta para as bactérias assim como para os amostras minerais foram determinadas num equipamento de micro eletroforese do tipo Zeta meter system +4.0. Assim, foram realizados ensaios de potencial zeta visando avaliar a influência da interação das células 15 bacterianas na superfície das espécies minerais. Nesse caso, foi efetuado um pré-condicionamento das soluções minerais com uma suspensão celular de concentração conhecida, durante 10 minutos. Após este período, o sobrenadante foi utilizado nas medidas. Foram avaliados diferentes valores de pH no pré-condicionamento, sendo empregado como eletrólito uma solução de 20 NaCI 1mM. Para garantir a exatidão da medição, tomaram-se a média de 20 valores e o valor de desvio padrão.

Com o objetivo de avaliar a possível alteração na hidrofobicidade da superfície dos minerais após da adesão do biorreagente serão medidos os valores de ângulo de contato das amostras minerais antes e após da interação com a bactéria. Será empregado um goniômetro Ramé Hart-inc modelo 100- 00-115 (Fig.33).

Para medir os valores de ângulo de contato das amostras minerais, seções polidas dos minerais, medindo 0,5 * 0,5 χ 1,0 cm (Fig.34) foram moldadas com resina epóxi. O topo da superfície de cada amostra foi, então, cuidadosamente polido até chegar à suspensão de diamante (1pm). As superfícies das seções de cada mineral foram levadas a banho ultrassom durante 2 minutos e logo lavadas com jatos de água deionizada para remover pequenas partículas aderidas.

O acondicionamento da superfície mineral foi realizado com suspensão celular da bactéria com uma concentração conhecida (0,1 g.L-1), 5 NaCI 0,001 M e com diferentes valores de pH, valores ajustados com alíquotas de HCI e NaOH. Gotas da suspensão celular foram depositadas sobre a superfície dos minerais e deixadas em repouso por 10min. Posteriormente as amostras foram lavadas com solução NaCI 0,001 M para remover as células não aderidas. Depois submersas na mesma solução com o mesmo valor de pH ío do condicionamento. Finalmente foram liberadas bolhas de ar com tamanho de 5μιτι de diâmetro sobre a superfície, sendo realizadas as medidas de ângulo de contato no goniômetro, utilizando o método de bolha cativa.

Antes de cada medida de ângulo de contato nas seções polidas, realizou-se um polimento com suspensão de diamante e banho ultrassom. 15 Após isso as seções foram lavadas repetidas vezes, e mantidas mergulhadas em água Milli-Q, por curtos períodos de tempo, antes de se proceder a um novo ensaio. A limpeza das superfícies foi verificada medindo-se previamente o ângulo de contato em água Milli-Q, apresentando valor igual à zero, para as superfícies dos minerais.

Os ensaios de microflotação foram conduzidos em tubo de

Hallimond modificado. Para tal precisou-se de um rotâmetro para medir a vazão de ar, um bolhômetro para calibrar o rotâmetro, um agitador magnético para manter as partículas minerais em suspensão, uma bomba de vácuocompressor para fornecer o ar necessário e o tubo de Hallimond. Antes de 25 realizar os ensaios o rotâmetro deve ser calibrado para garantir uma vazão de ar de 15 mL.min-1.

Claims

1. AGENTE ADSORVENTE, caracterizado por ser utilizado para a adsorção na superfície do sistema apatita-quartzo e compreender pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero Rhodococcus.

2. AGENTE ADSORVENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela bactéria ser Rhodococcus opacus.

3. AGENTE ADSORVENTE, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela bactéria Rhodococcus opacus ser adaptada ao meio.

4. AGENTE ADSORVENTE, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela apatita ser do subgrupo das fluorapatita.

5. COMPOSIÇÃO PARA A BIOFLOTAÇÃO, caracterizado por ser utilizado em sistema apatita-quartzo e por compreender: a. pelo menos um agente adsorvente compreendendo pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero Rhodococcus; e b. um veículo aceitável.

6. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de o veículo ser um suporte.

7. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o suporte consistir em uma solução salina.

8. COMPOSIÇÃO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pela solução salina compreender uma solução de cloreto de sódio.

9. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, caracterizado por compreender a adição a um sistema apatita-quartzo uma composição adsorvente compreendendo pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero Rhodococcus.

10. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender as etapas de: a. adicionar o sistema apatita-quartzo em uma composição adsorvente compreendendo pelo menos uma bactéria escolhida do grupo que compreende as espécies do gênero Rhodococcus; b. deixar o agente adsorvente em contato com a solução compreendendo o sistema apatita-quartzo em um tubo de Hallimond, para a flotação durante dois minutos; e c. recolher a massa flotada compreendendo o quartzo e o agente adsorvente.

11. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, de acordo com as reivindicações 9 ou 10, caracterizado pela bactéria do gênero Rhodococcus compreender a espécie Rhodococcus opacus.

12. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, de acordo com as reivindicações 11, caracterizado pela bactéria Rhodococcus opacus ser uma bactéria adaptada ao ser previamente exposta aos minerais.

13. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado pelo mineral apatita compreender o subgrupo fluorapatita.

14. PROCESSO DE BIOFLOTAÇÃO DO SISTEMA APATITA-QUARTZO, de acordo com as reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o tempo de flotação ser de cerca de dois minutos e o pH de flotação ser ácido.