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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

Bioextraction des métaux
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.

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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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3. Bioextraction des métaux

3.1 Différents modes d'extraction microbiologique de métaux d'une solution aqueuse

La concentration biologique intervient de diverses façons.

  • Adsorption à la surface des cellules

    La surface des cellules, parce qu’elle est chargée négativement du fait de la présence de groupes carboxylate, hydryl et phosphate dans les polymères de la paroi cellulaire, capte les cations métalliques. Des groupes non chargés, comme les peptides azotés, peuvent se comporter en ligand pour compléter les sites de coordination du cation métallique.

    Des micro-organismes différents présentent des distributions de charge et de géométrie variées susceptibles de retenir sélectivement certains cations métalliques. La capacité de rétention du métal dépend aussi du pH du fait de la protonation de ces groupes.

    Les champignons et les levures sont connus pour accumuler des métaux à fortes concentrations à la surface comme à l’intérieur des cellules. Les organismes ont des parois constituées de chitine ou de chitosane, dont la glucosamine constitue le ligand pour les métaux, avec d’autres groupes fonctionnels tels que phosphate, carboxyl, amine, etc.

  • Pénétration et accumulation dans la cellule

    Plus lente que la fixation à la surface de la cellule, l’accumulation dépend du métabolisme et peut être bloquée par des changements de température ou la présence d’inhibiteur. En revanche, le potentiel de rétention est plus élevé.

  • Production de composés précipitant

    Des bactéries comme Desulfovibrio desulfuricans transforment le sulfate en sulfure excrété par la cellule. L’apparition de sulfure en solution provoque la précipitation de la plupart des métaux lourds sous forme de sulfure métallique. De même, les matières biologiques qui se dégradent dans les effluents industriels en l’absence d’oxygène libèrent des sulfures qui font précipiter les métaux. De tels phénomènes sont à l’origine de certains gisements sulfurés métalliques.

    On connaît aussi la précipitation d’oxalates métalliques à partir de l’acide oxalique produit par certains organismes et la production de phosphate extracellulaire qui provoque la précipitation de phosphate d’uranium (Citrobacter).

    Par...

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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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