Melhoria da biolixiviação de urânio em ambientes salobros por consórcio microbiano usando modelagem e otimização baseadas em RSM

Por que a água salgada e pequenos ajudantes importam

À medida que minérios de urânio de alta qualidade ficam mais difíceis de encontrar e a água doce se torna escassa, empresas de mineração procuram maneiras mais limpas e econômicas de extrair esse combustível crítico para usinas nucleares. Uma abordagem promissora é deixar que os micróbios façam o trabalho: certas bactérias conseguem dissolver lentamente metais do minério em um processo chamado biolixiviação. Mas há um problema—esses microrganismos geralmente não toleram água salobra, que muitas vezes é a única disponível em regiões mineradoras áridas. Este estudo explora uma solução inteligente: combinar uma bactéria tolerante ao sal com uma levedura para que juntas extraiam urânio de minério de baixo teor em condições salobras.

Deixando os micróbios minerarem a rocha

Em vez de usar altas temperaturas ou produtos químicos agressivos, a biolixiviação depende de microrganismos que obtêm energia transformando ferro e enxofre presentes no minério. Nesse processo, eles criam um ambiente ácido e oxidante que converte minerais sólidos de urânio em formas dissolvidas que podem ser recuperadas da solução. Os pesquisadores trabalharam com um minério de urânio de baixo teor do centro do Irã e cultivaram em laboratório uma bactéria halotolerante, Acidithiobacillus ferrooxidans cepa THA4, em um meio contendo quantidades controladas de sal, minério triturado e ar. Ao medir cuidadosamente quanto urânio foi para o líquido sob diferentes condições, conseguiram avaliar o desempenho dos micróbios na “mineração” da rocha.

Testando salinidade e carga de minério

Uma questão central foi quanto sal e material sólido as bactérias conseguiam tolerar antes que seu desempenho diminuísse. Usando uma abordagem estatística chamada metodologia de superfície de resposta (RSM), a equipe variou o nível de sal, a concentração de minério (densidade do polpa), o tempo de contato e a quantidade inicial de bactérias em dezenas de experimentos. Eles descobriram que maiores teores de sal e mais minério reduziram a recuperação de urânio: o sal impôs estresse osmótico às células, enquanto polpas densas limitaram o oxigênio e dificultaram o acesso das células às superfícies minerais. Aumentar o tempo de lixiviação ajudou até cerca de dez dias, dando tempo para as bactérias crescerem e produzirem agentes oxidantes, mas além desse prazo o desempenho caiu, provavelmente porque os nutrientes foram consumidos e os produtos residuais se acumularam.

Adicionando um parceiro para condições difíceis

Para melhorar a extração em água salobra, os pesquisadores introduziram um segundo micro-organismo: a levedura Rhodotorula toruloides cepa IR-1395, que tolera acidez e sal. Em vez de competir, as duas espécies desempenham papéis diferentes. A bactéria se alimenta de ferro e enxofre inorgânicos e depende de dióxido de carbono, enquanto a levedura usa matéria orgânica e libera dióxido de carbono de volta para o líquido. Quando ambas estavam presentes em quantidades cuidadosamente escolhidas, o sistema tornou-se mais robusto. A combinação otimizada de bactéria e levedura aumentou a recuperação de urânio em cerca de 24% em comparação com a bactéria isolada em condições salinas semelhantes, e a solução tornou-se mais oxidante e mais ácida—ambos favoráveis à dissolução do urânio.

Observando micróbios formarem comunidades mineradoras

A equipe também usou microscopia eletrônica de varredura acompanhada de análise elementar para observar diretamente como os organismos colonizavam o minério. Em poucos dias, observaram células bacterianas individuais aderindo aos grãos minerais. Após 16 dias, amostras com bactéria e levedura mostraram camadas microbianas densas—biofilmes—cobrindo a rocha, juntamente com crostas minerais como jarosita na superfície. Esses biofilmes ajudam a manter as células em contato próximo com o minério, onde podem produzir continuamente substâncias que atacam o mineral e mantêm o urânio em solução. A evidência visual apoiou as medições: o consórcio não apenas sobreviveu, mas remodelou ativamente a superfície rochosa no ambiente salobro.

O que isso significa para a recuperação futura de urânio

No geral, o estudo mostra que uma parceria bem planejada entre diferentes microrganismos pode superar um dos principais obstáculos da biolixiviação: a sensibilidade ao sal. Ao parear uma bactéria tolerante ao sal com uma levedura compatível e usar ferramentas estatísticas para ajustar finamente o nível de sal, a carga de minério, as doses microbianas e o tempo, os pesquisadores criaram um sistema eficiente de lixiviação de urânio que funciona em água salobra e com minério de baixo teor. Para o público em geral, a conclusão é que organismos minúsculos podem atuar como mineradores ecológicos, e que combiná-los adequadamente pode ajudar a recuperar metais valiosos onde água limpa e minérios ricos não estão mais disponíveis.

Citação: Shoja, M., Mohammadi, P., Tajer-Mohammad-Ghazvini, P. et al. Improved uranium bioleaching in brackish environments via microbial consortium using RSM based modelling and optimization. Sci Rep 16, 9697 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39700-3

Palavras-chave: biolixiviação, extração de urânio, água salina, consórcios microbianos, biomineração