Bactérias: alternativa sustentável para o tratamento de rejeitos da mineração

Bactérias: alternativa sustentável para o tratamento de rejeitos da mineração

Instituto de Química/UFRJ

O artigo Bactérias: alternativa sustentável para o tratamento de rejeitos da mineração aborda algumas técnicas para o tratamento da Drenagem Ácida de Mina (DAM) baseada no tratamento químico e no uso de bactérias redutoras de sulfato (sigla SBR, em inglês).  O rejeito de mineração DAM é produzido em grande escala e representa um risco ao meio ambiente e à saúde humana, porque possui metais, compostos de enxofre e tem pH ácido. O artigo faz alusão à oxidação da pirita (FeS2), um minério de ferro, cujos produtos levam à formação de íon sulfato com consequente abaixamento do pH desse rejeito aquoso. A leitura revela vários conceitos em química – tais como acidez e basicidade, reações de óxido-redução, reações de precipitação, reações ácido-base, ciclos biogeoquímicos – e aponta para temas interdisciplinares, como poluição ambiental e tecnologia. O artigo ainda apresenta os prós e contras de cada processo de tratamento de resíduo e sinaliza caminhos para seu aperfeiçoamento.

Possibilidades de abordagem:

  • Discutir os impactos de rejeitos de mineração como poluidores ambientais.
  • Relacionar a influência das substâncias presentes no pH de uma solução aquosa.
  • Apresentar o ciclo biogeoquímico de enxofre na natureza com ênfase na variação do número de oxidação do enxofre.
  • Refletir sobre os prós e contras das tecnologias de tratamento de rejeitos.

Proposta de atividade:

A aula pode começar com uma discussão sobre a poluição dos oceanos ocasionada por diversas fontes, dentre elas poluentes orgânicos, metais pesados (ver CH 374, Combate à poluição, desafio pela saúde coletiva) e seus impactos negativos sobre os ecossistemas e a saúde humana. Em relação à atividade mineradora, os rejeitos contêm metais que podem ser carreados para os corpos hídricos causando uma grande contaminação. Nesse momento é importante indagar os estudantes e elucidar com eles os conceitos de mineral, minério, atividade mineradora e sua relação com a economia do país. Amostras de minerais podem ser manipuladas pela turma e/ou projetadas em tela, sobretudo sulfetos de ferro, como o mineral pirita, também conhecido como “ouro dos tolos”.

Vale apresentar o problema da formação de ácido sulfúrico, a partir da oxidação da pirita, no rejeito de mineração e destacar que a oxidação no ambiente pode ser ocasionada por água, oxigênio e bactérias oxidantes. A equação química geral desse processo de oxidação que leva à formação de hidróxido de ferro III (insolúvel) e ácido sulfúrico pode ser obtida na referência Tratamento de efluentes, disponível no item Explore +. A partir deste conteúdo, é possível compreender que o rejeito conhecido por Drenagem Ácida de Mina (DAM), atua como carreador de metais e solubiliza outros componentes do solo por onde flui no meio ambiente, sendo, portanto, necessário o tratamento desse efluente.

Com base na reação de oxidação da pirita (FeS2), que leva à formação de Fe(OH)3 e H2SO4, pode-se discutir as mudanças no número de oxidação das espécies químicas, a solubilidade em meio aquoso dos produtos formados e se a solução final do rejeito seria ácida, neutra ou alcalina. Esta equação é uma boa oportunidade para o/a professor/a discutir minuciosamente a representação química da reação: estados físicos reagentes e produtos, balanceamento, espécies iônicas no meio aquoso e etc.

4FeS2(s) + 15O2(g) + 14H2O(l) → 4Fe(OH)3(s) + 16H+(aq) + 8SO42-(aq)                

Em uma segunda aula, sugere-se retomar a reação de oxidação da pirita no meio ambiente e discutir com a turma o provável pH do rejeito com o nome técnico Drenagem Ácida de Mina (DAM). Apresentar e discutir duas formas de tratar o rejeito de DAM: por tratamento com cal (CaO) e pelo uso de bactérias redutoras de sulfato (SBR) com base no artigo da revista. Ao apresentar os dois processos, cabe destacar a natureza ácida do resíduo e a natureza alcalina da cal hidratada, Ca(OH)2, que atua como agente neutralizante do meio. Já o uso de bactérias redutoras, as SBR, mostra que a ação bacteriana leva à formação de sulfeto de hidrogênio, H2S, e à recuperação dos metais. Para elucidar as possíveis formas do enxofre na natureza, o/a professor/a pode apresentar o esquema do ciclo do enxofre microbiano a partir da referência KUSHKEVYCH et al., disponível no item Explore +, que mostra as diversas formas de enxofre, a ação de bactérias oxidantes e redutoras no ciclo do enxofre.  Esse esquema pode ser utilizado na etapa de atividades para a turma.

Seguindo uma abordagem sobre a variação dos números de oxidação nas reações redox, o/a professor/a pode pedir aos estudantes que determinem o número de oxidação do enxofre das espécies SO42-, H2S e S0, uma vez que são mostradas no esquema anteriormente citado.

A partir da leitura do artigo da revista, pode-se propor que os estudantes que destaquem: os problemas causados pela DAM, as vantagens do uso de SBR acidófilas (aSBR) e quais as perspectivas para o melhoramento do processo de tratamento de rejeitos de mineração por SBR.

Recursos utilizados:

  • Artigo Bactérias: alternativa sustentável para o tratamento de rejeitos da mineração, desta edição da Ciência Hoje, impresso ou disponibilizado digitalmente;
  • Data show para projeção de vídeos e imagens de à poluição hídrica, minerais contendo enxofre, pirita, coloração de rejeito de minério de ferro;
  • Quadro branco para desenvolvimento de algumas etapas da atividade;
  • Amostras físicas de minerais, principalmente pirita.

DOMIT, Camila. Combate à poluição, desafio pela saúde coletiva. Revista Ciência Hoje [CH 374], março 2021. Disponível em: https://cienciahoje.org.br/artigo/combate-a-poluicao-desafio-pela-saude-coletiva/

Disponível em: https://didatico.igc.usp.br/minerais/sulfetos/

SHONS, Elenice. Tratamento de efluentes. Disponível em: https://files.cercomp.ufg.br/weby/up/596/o/trat_eflu_3.pdf

KUSHKEVYCH, I.; Hýžová, B.; Vítězová, M.; Rittmann, S.K.-M.R. Microscopic Methods for Identification of Sulfate-Reducing Bacteria from Various Habitats. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 4007. https://doi.org/10.3390/ijms22084007