Pré-tratamento por micro-ondas de um minério de sulfeto de zinco : exposição mineral, reorganização textural e desempenho de biolixiviação

Abstract

O esgotamento dos depósitos de maior concentração metálica tem impulsionado a busca por alternativas sustentáveis para o processamento de minérios de baixo teor. Este estudo investigou a aplicação da energia de micro-ondas como pré-tratamento em um minério polimetálico de zinco e chumbo proveniente do estado de Mato Grosso, Brasil, avaliado em quatro classes granulométricas (-2,38 +1,41 mm, -1,41 +0,500 mm, -0,500 +0,149 mm e -0,149 mm), com o objetivo de avaliar os efeitos do tratamento sobre as características microestruturais e a biolixiviação. O aquecimento seletivo decorrente das diferentes propriedades dielétricas das fases minerais pode gerar tensões termomecânicas, microfissuras e modificações nas interfaces minerais, aumentando a acessibilidade dos sulfetos. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão de energia (MEV-EDS), área superficial específica BET e análise de liberação mineral (MLA), antes e após o tratamento por micro-ondas (1400 W, 5 min). Os ensaios de biolixiviação foram conduzidos com Acidithiobacillus ferrooxidans em frascos Erlenmeyer de 250 mL, sob agitação de 180 rpm, 34 °C, 2% de sólidos (m/v), pH 1,8 e concentração inicial de Fe²⁺ de 5 g.L⁻¹. Os resultados indicaram aumento expressivo da liberação da esfalerita por área nas frações -2,38 +1,41 mm e -1,41 +0,500 mm, sem alterações expressivas na liberação por perímetro e sem redução mensurável no tamanho dos grãos dos sulfetos, apesar das variações no tamanho das partículas. Na fração -2,38 +1,41 mm, o tratamento reduziu os contatos esfalerita-galena e aumentou as associações com pirrotita e calcopirita, evidenciando uma reorganização das interfaces sulfetadas. Na fração -1,41 +0,500 mm, observou-se aumento das associações com galena e minerais de ganga, acompanhado de redução dos contatos com pirrotita. Nas frações mais finas, as modificações foram menos pronunciadas. Diferença significativa na extração de Zn entre as amostras tratadas e não tratadas foi observada apenas na fração -2,38 +1,41 mm, na qual o aumento da acessibilidade mineral e a reorganização das interfaces sulfetadas podem ter contribuído para o melhor desempenho da biolixiviação. Nas frações -0,500 +0,149 mm e -0,149 mm, nas quais a esfalerita já apresentava maior exposição, o tratamento não promoveu ganho significativo na extração de Zn. Os resultados demonstram, portanto, que a resposta ao pré-tratamento por micro-ondas é dependente da granulometria e do estado inicial de exposição mineral, apresentando maior potencial nas frações mais grossas, especialmente em -2,38 +1,41 mm, na qual as modificações microtexturais coincidiram com o maior incremento na extração de Zn.

The depletion of high-grade metal deposits has driven the search for sustainable alternatives for processing low-grade ores. This study investigated the application of microwave energy as a pretreatment for a polymetallic zinc-lead ore from the state of Mato Grosso, Brazil, evaluated in four particle-size fractions (-2.38 +1.41 mm, -1.41 +0.500 mm, -0.500 +0.149 mm, and - 0.149 mm), with the aim of assessing the effects of the treatment on microstructural characteristics and bioleaching. Selective heating resulting from differences in the dielectric properties of the mineral phases may generate thermomechanical stresses, microcracks, and modifications of mineral interfaces, thereby increasing sulfide accessibility. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), BET specific surface area analysis, and mineral liberation analysis (MLA), before and after microwave treatment (1400 W, 5 min). Bioleaching tests were conducted with Acidithiobacillus ferrooxidans in 250 mL Erlenmeyer flasks under agitation at 180 rpm, 34 °C, 2% solids (w/v), pH 1.8, and an initial Fe2+ concentration of 5 g.L-1. The results indicated a marked increase in area-based sphalerite liberation in the -2.38 +1.41 mm and -1.41 +0.500 mm fractions, with no significant changes in perimeter-based liberation and no measurable reduction in sulfide grain size, despite variations in particle size. In the -2.38 +1.41 mm fraction, microwave treatment reduced sphalerite-galena contacts and increased associations with pyrrhotite and chalcopyrite, indicating a reorganization of sulfide interfaces. In the -1.41 +0.500 mm fraction, increased associations with galena and gangue minerals were observed, accompanied by a reduction in contacts with pyrrhotite. In the finer fractions, these modifications were less pronounced. A significant difference in Zn extraction between treated and untreated samples was observed only in the -2.38 +1.41 mm fraction, in which increased mineral accessibility and reorganization of sulfide interfaces may have contributed to the improved bioleaching performance. In the -0.500 +0.149 mm and -0.149 mm fractions, where sphalerite already exhibited greater exposure, microwave treatment did not result in a significant improvement in Zn extraction. Overall, the results therefore demonstrate that the response to microwave pretreatment is dependent on particle size and the initial degree of mineral exposure, with greater potential in the coarser fractions, particularly in the -2.38 + 1.41 mm fraction, in which the microtextural modifications coincided with the greatest increase in Zn extraction.