Usando células de reação de ouro-titânio flexíveis para simular atividade microbiana dependente de pressão no contexto da Biomineração subsuperficial

A biominagem descreve o Bioleaching aplicado para a extração de cobre e outros metais de pressão de rochas, dissolvendo sulfetos metálicos com a ajuda de bactérias acidílicas. Por exemplo, o cobre é o minério coopashefa pode ser extraído com esta bactéria dissolvendo os sulfetos. E a solução rica em sulfato de cobre é então gerada a partir da qual o cobre pode ser facilmente extraído.

A biominagem in situ é a extração de metais com a ajuda de bactérias sem a necessidade de atividades de escavação e mineração subterrâneas ou em um poço aberto. Em vez disso, uma solução ácida rica em ferro é bombeada para baixo na formação rochosa, sulfetos metálicos estão sendo dissolvidos e a solução rica em metal é bombeada de volta para a superfície da qual os metais podem então ser extraídos. Neste experimento em particular, há uma célula de reator de alta pressão que simula as condições para baixo na formação profunda.

As bactérias são estudadas e sua atividade está relacionada à redução de ferro acoplado à oxidação de compostos de enxofre, e em particular estamos interessados em ver o quão ativas as células estão sob alta pressão, e como suas taxas estão mudando sob a pressão. Para os experimentos, um reator de alta pressão, como o descrito aqui, pode ser usado, e pode simular condições de pressão de até 350 barras. A parte inferior de um reator de alta pressão consiste em um vaso de reator, que pode conter uma amostra de fluido com cultura microbiana.

A cabeça do reator oferece uma variedade diversificada de conexões para medidas de segurança e sensores de monitoramento. Por exemplo, temperatura ou pressão dentro do reator. A maioria dos reatores de alta pressão são feitos de aço inoxidável.

Este material oferece alta resiliência e boas propriedades de usinagem. No entanto, para certas aplicações, como experimentos com soluções aquosas ácidas ou altamente redutoras, a resistência à corrosão da superfície de aço inoxidável pode não ser adequada. Uma maneira de evitar isso é inserir um forro na nave do reator.

Aqui, um forro feito de tefflon. Tefflon tem uma alta resistência à corrosão, mas vem com maior risco de contaminação, pois não pode ser esterilizado por autoclaving e faces de ferro podem precipitar-se em sua superfície. Outro material de forro que pode ser usado é o vidro de quartzo.

É fácil de limpar, pode ser esterilizado por autoclaving, e é menos afetado por soluções ácidas ou reduzindo aquosas Embora o material do forro possa ajudar a evitar reações indesejadas de uma amostra com uma parede de reator de aço inoxidável, vários problemas permanecem. Se um gás corrosivo for formado, por exemplo, sulfeto de hidrogênio, este gás pode reagir com a superfície descoberta da cabeça do reator sentada acima do forro. Outra desvantagem é que não é possível retirar a amostra do reator sem alterar a pressão.

Para superar essas limitações, usamos uma célula de reação especial, um saco de ouro flexível com uma cabeça de titânio. A superfície dourada é resistente à corrosão em soluções e gases ácidos ou redutores. A superfície de titânio também é altamente inerte.

Quando formar uma camada contínua de dióxido de titânio, aqui visível em azul escuro. Durante a amostragem, o saco de ouro está encolhendo em volume. O volume do saco de ouro não deve ser reduzido em mais de 50% para evitar a formação de dobras e bordas afiadas.

As partes mostradas aqui são as peças individuais da configuração interna do experimento do saco de ouro. Pode-se ver, de baixo para cima, a célula flexível de reação do saco de ouro, o sistema de vedação de titânio, consistindo de uma cabeça de titânio, arruela e anel negrito de compressão, e o tubo de amostragem e válvula para acessar a célula de reação durante o modo de operação. Agora, transferimos a amostra para a célula de reação de titânio de ouro.

Em primeiro lugar, abra e desbloqueie a câmara vazia e carregue todo o material de entrada na bandeja móvel. Feche e tranque a tampa da frente. Após a evacuação da anti-câmara, use o par de luvas e aproxime-se da tampa interna.

Desbloqueie e abra a tampa interna para remover o material de entrada da bandeja móvel. Desembrulhe o saco de ouro limpo e proteja seu suporte. Abra a garrafa de soro que contém 100mL de cultura bacteriana e enxofre elementar.

Agite suavemente a garrafa de soro e transfira a cultura bacteriana para o saco de ouro. Insira a cabeça de titânio com tubo de montagem na tampa de titânio no saco de ouro. Em seguida, deslize a arruela e o anel em negrito da compressão sobre o tubo de amostragem de titânio.

Aperte os seis parafusos de olmo na mesma medida para garantir uma distribuição uniforme da pressão do chapéu de titânio na borda superior do saco de ouro na tampa de titânio. Esta é a superfície de vedação da célula de reação de titânio de ouro. Reinstalar a válvula de amostragem na parte superior do tubo de titânio.

Aperte bem a mão da conexão. Em seguida, certifique-se de fechar a válvula. Agora, a peça central do reator de alta pressão está totalmente montada e pode ser instalada no chapéu do reator.

Agora, a instalação do reator de alta pressão pode ocorrer. Isso vem com uma exposição muito curta da extremidade aberta do tubo de amostragem para a atmosfera circundante, pois a válvula de amostragem tem que ser removida para obter o tubo através da vedação do parafuso na cabeça do reator. Pare de remover a válvula de amostragem e os parafusos do tubo de amostragem.

Guie o tubo através da cabeça do reator, deslize o parafuso grande sobre o tubo e aperte a pequena tampa. Agora, o conjunto da célula de reação não pode deslizar para trás através da cabeça do reator e ambas as mãos estão livres para reinstalar a válvula de amostragem. Remova a cabeça do reator do vício do banco para instalá-la na nave do reator.

A cabeça do reator, incluindo o casal térmico, tem que ser cuidadosamente colocada no vaso do reator, para não danificar o saco de ouro ou o casal térmico. Finalmente, a tampa robusta, equipada com o anel dividido e parafusos de compressão, é fixada ao redor da cabeça e do vaso do reator para selar adequadamente o sistema. O reator de alta pressão é cuidadosamente montado no dispositivo de balanço para evitar possíveis lesões, especialmente contusões nos dedos.

O reator de alta pressão é fixado por dois grampos deslizados sobre um par de parafusos. Lavadoras e porcas de parafuso seguram os grampos no lugar. Conecte as unidades de controle para o casal térmico e o sensor de pressão.

É importante garantir o comprimento suficiente dos fios para o movimento de balanço, evitando que seu conteúdo aqueça suas superfícies. Por fim, deslize o elemento de aquecimento sobre a nave do reator e aperte a trava do parafuso. A água para pressurizar o sistema é retirada de um reservatório por uma bomba de alta pressão.

É transferido através de capilares de aço inoxidável para o reator de alta pressão. O balanço do reator de alta pressão garante uma mistura completa da célula de reação. Por exemplo, das fases de gás, fluido e/ou sólido nele.

A velocidade de balanço mais lenta é importante para evitar danos do saco de ouro por sólidos em movimento rápido, ou pela formação devido aos efeitos de gravidade sobre o ouro flexível a temperaturas elevadas. Nosso sistema é capaz de girar sobre o ângulo verde e amarelo marcado no indicador, que é perto de 180 graus. Os parâmetros experimentais são registrados simultaneamente por um software.

Para obter uma amostra, uma seringa de 5 mililitros é anexada à pequena interface de bloqueio da válvula de amostragem na parte superior do reator de alta pressão. Abra a válvula cuidadosamente. A amostra líquida é empurrada para dentro da seringa automaticamente pela pressão excessiva dentro da célula de reação.

Feche a válvula depois que o volume da amostra atingir um mililitro. Desprende a seringa. A amostra na seringa é imediatamente transferida para um tubo de dois mililitros para posterior processamento.

A determinação da redução microbiana do ferro férrico ao ferro ferroso na célula de reação é alcançada pela análise fotométrica. Uma série de soluções padrão ferroso de ferro contendo um complexo e indicador ferroso dependente de concentração roxa dependente de ferro, ferroceno de ferro, serve como agente de calibração. Os resultados do experimento do reator de alta pressão com células especiais de reação de titânio de ouro mostram que as bactérias oxidam enxofre e ferro férrico ao ferro ferro e que há um efeito significativo na pressão.

No número, o aumento das concentrações de ferroso ao longo do período de 22 dias é mostrado para o experimento realizado em pressões de uma barra e 100 bar. Aproximadamente, 31 e 13 milimoles de ferro ferro foram detectados nos ensaios em um bar e 100 bar, respectivamente. Isso demonstra claramente que as células microbianas estavam ativas mesmo em 100 bar, mas que sua atividade de redução de ferro férrico era significativamente menor em alta pressão.

A imagem do microscópio eletrônico de varredura mostra que as células em forma de vara crescem em experimentos a baixa e alta pressão. A célula flexível de reação de titânio de ouro desenvolvida por Seyfried e colegas de trabalho em 1979 tem o potencial de ser usada para uma variedade diversificada de investigações científicas, e todas elas, incluindo reações com gases e fluidos corrosivos. Uma aplicação poderia ser a determinação da solubilidade de ferros e gases em altas pressões e temperaturas.

Outra pode ser a determinação de reações acontecendo em um durante a formação de petróleo e gases. E o terceiro, como no estudo aqui, pode estar investigando reações microbianas a pressões e temperaturas elevadas.