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Article

1 - BIOLIXIVIATION DES MINERAIS SULFURÉS

2 - BIOTRAITEMENT DE MATIÈRES MINÉRALES NON SULFURÉES

3 - BIOEXTRACTION DES MÉTAUX

4 - BIODÉGRADATION DE RÉACTIF ORGANIQUE : LE CYANURE

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : M2238 v4

Biotraitement de matières minérales non sulfurées
Biotechnologies dans la métallurgie extractive - Microbiologie et extraction des métaux

Auteur(s) : Dominique MORIN

Relu et validé le 21 déc. 2020

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RÉSUMÉ

L’utilisation de micro-organismes pour extraire des métaux à partir de ressources minérales est désormais une discipline à part entière de la métallurgie extractive. Cet article décrit la variété d’applications en termes de technologies et de métaux concernés. La biolixiviation des minerais sulfurés constitue la part la plus importante des applications industrielles. D’autres procédés proposent le traitement de minerais non sulfurés comme des minerais de nickel ou de manganèse. D’autres encore permettent la récupération de métaux à partir d’effluents aqueux. La biodégradation de réactifs organiques utilisés en métallurgie est une pratique reconnue pour réduire son impact environnemental.

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ABSTRACT

Biotechnologies in extractive metallurgy - Microbiology and metal recovery

The use of microorganisms to extract metals from mineral resources is now a fully-fledged discipline of extractive metallurgy. This article describes the variety of applications in terms of the technologies and metals involved. The bioleaching of sulphide ores constitutes the most important part of industrial applications. Other methods propose the treatment of non-sulphidic ores such as nickel or manganese ores. Still others allow the recovery of metals from aqueous effluents. Finally, the biodegradation of organic reagents used in metallurgy is also a recognized practice for reducing its environmental impact.

Auteur(s)

  • Dominique MORIN : Docteur-Ingénieur - Responsable de la Valorisation, de l’Innovation et du Transfert, - BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières), Orléans, France

INTRODUCTION

L’utilisation de biotechnologies dans la métallurgie extractive est devenue une réalité industrielle irréversible. Elle est le fruit de la découverte de phénomènes majeurs relatifs à la transformation des matières minérales à l’interface entre biologie et géologie, et d’un transfert relativement rapide de l’exploitation de ces découvertes à un secteur industriel en mutation accélérée.

La connaissance des propriétés des micro-organismes, qui utilisent l’oxydation des formes réduites du fer et du soufre comme sources d’énergie nécessaires à leur métabolisme, a donné naissance à des procédés qui permettent d’extraire du cuivre, de l’uranium, de l’or et d’autres métaux d’intérêt économique significatif, à partir des minerais sulfurés qui recèlent la majeure partie des ressources de ces métaux. Ces procédés ont fait l’objet d’une mise en pratique quasiment naturelle du fait de leur apparente simplicité de mise en œuvre. D’ailleurs, la pratique existait il y a fort longtemps avant même que soit connu le rôle des micro-organismes : il s’agit de la biolixiviation.

La forme de ce traitement la plus répandue est la biolixiviation en tas. Elle consiste à fragmenter le minerai de façon plus ou moins grossière et à faire percoler une eau acide, qui est le milieu de croissance de micro-organismes accélérant la dissolution des minéraux sulfurés.

Lorsque les minéraux sulfurés à dissoudre sont de taille si réduite qu'elle impose une fragmentation poussée pour qu’une solution aqueuse y ait accès, la biolixiviation est pratiquée dans des cuves agitées et aérées. Le procédé est alors quelque peu plus complexe, mais sans nécessiter une technicité excessivement pointue sur le plan opérationnel.

Il n’est pas nécessaire d’être microbiologiste, ni même biologiste, pour être opérateur d’une installation de biolixiviation. En revanche, la récupération des métaux de la solution aqueuse générée par la biolixiviation pour en faire un ou des produits commerciaux, et la gestion des flux et des rejets liquides et solides, qui concernent des quantités pouvant aller de milliers à des centaines de milliers de tonnes et mètres cubes par jour dans des conditions environnementales optimales, représentent un défi en savoir-faire typique du domaine des ressources minérales.

Une autre forme d’application à la jonction entre microbiologie et métallurgie ayant abouti à des procédés commerciaux, est l’utilisation d’un processus exactement inverse à celui de la biolixiviation. Il s’agit de l’utilisation de la réduction de formes oxydées du soufre pour produire du sulfure qui combiné chimiquement aux métaux permet de les extraire d’une solution aqueuse par précipitation.

Dans cet article, est détaillée en premier lieu la description des procédés de biolixiviation des minerais sulfurés qui constituent les principales applications de ce domaine de traitement. On y aborde les éléments principaux des systèmes réactionnels mis en jeu et ensuite les diverses formes de mises en œuvre. Pour terminer, une revue des autres applications de la biohydrométallurgie est effectuée.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes utilisés.

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KEYWORDS

extractive metallurgy   |   biohydrometallurgy   |   sulphide ores

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v4-m2238


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2. Biotraitement de matières minérales non sulfurées

Deux types de minéraux correspondant à des options de procédés différentes sont envisagés et exposés ci-après. Il y a, d’une part les minéraux transformés pour être valorisés sous forme d’un composé différent du produit naturel et, d’autre part les minéraux rendus valorisables en éliminant les impuretés qui les pénalisent.

2.1 Sulfato-réduction

La sulfato-réduction est la propriété de nombreuses espèces bactériennes d’intervenir dans le cycle d’oxydo-réduction du soufre. Sont relevés ainsi :

  • les organismes sulfato-réducteurs comme ceux du genre Desulfovibrio ;

  • des organismes aérobies tels que Thiobacillus et divers hétérotrophes ;

  • diverses archaebactéries (des méthanogènes et des formes dépendant du soufre pour leur croissance).

La sulfato-réduction s’opère suivant deux modes :

  • l’assimilation du sulfate pour transformation en sulfure nécessaire au métabolisme de synthèse ;

  • la dissimilation du sulfate qui est un moyen de production d’énergie, le sulfate et autres composés du soufre (excepté le sulfure) servant d’accepteurs d’électrons dans des oxydations génératrices d’énergie ATP (adénosine triphosphate) effectuées à l’abri de l’air. C’est la dissimilation du sulfate qui fait excréter de grandes quantités de sulfure aux bactéries sulfato-réductrices.

Il existe des ressources considérables de sulfate sous forme de gypse issu de l’industrie phosphatière et, depuis les années 1970, il a été imaginé de transformer le sulfate du gypse en soufre élémentaire par voie biologique.

Le BRGM a particulièrement étudié, à la fin des années 1970, l’utilisation de divers substrats carbonés, lactosérums et mélasses, pour la bioconversion du phosphogypse en sulfure comme un intermédiaire à la production de soufre élémentaire. Le choix du système réactionnel lui-même et l’innocuité des rejets finaux du traitement sont des sources de difficultés pour rendre le procédé techniquement et économiquement viable.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RAWLINGS (D.E.), JOHNSON (D.B.) -   The microbiology of biomining : development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia.  -  Microbiology, 153, p. 315-324 (2007).

  • (2) - JOHNSON (D.B.) -   The Biogeochemistry of Biomining, in Geomicrobiology : Molecular and Environmental Perspective.  -  DOI 10.1007/978-90-481-9204-5_19, L.L. Barton et al. (eds.), © Springer Science + Business Media B.V., chapitre 19, p. 401-426 (2010).

  • (3) - PATTANAIK (A.), SUKLA (L.B.), PRADHAN (D.), SAMAL (D.P.K.) -   Microbial mechanism of metal sulfide dissolution.  -  Materials Today : Proceedings https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.01.615 (2020).

  • (4) - BIRD (L.J.), BONNEFOY (V.), NEWMAN (D.K.) -   Bioenergetic challenges of microbial iron metabolisms.  -  Trends in Microbiology, vol. 19, No. 7 (2011).

  • (5) - VERA (M.), SCHIPPERS (A.), SAND (W.) -   Progress in bioleaching : fundamentals and mechanisms of bacterial metal sulfide oxidation – part A.  -  Applied...

1 Outils logiciels

Outils de calculs bilantiels pour l’industrie minérale extractive (USIMPAC, BILCO, INVENTEO & ECHANT) – CASPEO : http://www.caspeo.net/

HAUT DE PAGE

2 Sites Internet

BioMinE, le film « Les mineurs invisibles » comme une introduction à la biohydrométallurgie et une visite de l’installation de KCC en Ouganda sur YouTube : https://www.youtube.com/watch?v=cKMkH1rcj38

Minerals Engineering Online : http://www.min-eng.com/index.html

Revue de biohydrométallurgie...

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