Biolixiviation

Biolixiviation

La biolixiviation ou lixiviation biologique est une technique d'extraction de métaux dintérêts économiques d'une roche, mettant en jeu des micro-organismes capables de convertir ces métaux de la forme solide à la forme soluble, qui pourront ensuite être extraits. Cette méthode est également utilisée à des fins de purification de certains minéraux comme le quartz.

Sommaire

Historique[1]

En 1947, Colmer et Hinkle, en sintéressant à la pollution de la rivière Ohio (État-Unis) par les eaux de drainage de mines de charbon, notent lexistence dune énorme quantité dacide sulfurique. La présence dun tel acide nest pas surprenante dans les effluents miniers, et sexplique par loxydation atmosphérique de la pyrite (FeS2), espèce minérale contenue dans le charbon. La quantité dacide sulfurique présente est néanmoins trop importante pour provenir dune oxydation purement chimique, et soupçonnent une oxydation dorigine biologique. Ils mettent en effet en évidence la présence de bactéries, capables doxyder le fer ou des composés soufrés, telles que Acidithiobacillus ferrooxidans ou Thiobacillus ferrooxidans. Lindustrie voit rapidement un intérêt (économique et écologique), dans lutilisation de ce genre de micro-organismes pour lextraction de métaux à partir de minéraux sulfurés. Les premiers essais de cette nouvelle technique, appelée biolixiviation, furent menés dans le début des années 1990. Son utilisation véritablement industrielle vit le jour dans les années 1998-1999.

Principe

Le processus de dégradation des minéraux sulfurés par les bactéries, qui est à lorigine un phénomène naturel, constitue la base du procédé de biolixiviation. Ces micro-organismes, qui sont chimiolithoautotrophes (en), puisent leur source dénergie dans les phénomènes doxydation déléments chimiques minéraux, comme le fer ou le soufre, constituants majeurs de minerais sulfurés qui renferment dimportante quantité de métaux de grande valeur économique (cuivre, nickel, cobalt). La biolixiviation permet, par des installations industrielles de grandes envergures, de mettre à profit la capacité métabolique de certaines bactéries comme Sulfolobus metallicus, Thiobacillus ferrooxydans et thiooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, afin de libérer par des réactions doxydoréductions, les ions métalliques dintérêts. Les champignons comme Aspergillus niger ou Penicilium funiculosum sont également utilisés. La plupart de ces micro-organismes sont acidophiles (pH compris entre 1,5 et 3,5) et mésophiles ou thermophiles (température comprise entre 35°C à 70°C). Ils sont ainsi capables de tolérer une concentration importante dions métalliques dissous, et de se multiplier dans des conditions extrêmes de température et de pH. La biolixiviation est principalement utilisée en biohydrométallurgie, et permet par conséquent de récupérer de nombreux métaux dintérêts économiques, comme le cuivre, le zinc, le plomb, l'arsenic, l'antimoine, le nickel, l'or, l'argent, le manganèse, le cobalt.

Procédés

Les procédés mis en œuvre dans la technique de biolixiviation sont multiples, mais peuvent être regroupés en deux grandes familles : les procédés statiques et les procédés dynamiques, le but étant de récupérer le métal dintérêt sous forme dissoute, qui sera ensuite précipité par extraction sur solvant ou par électrolyse.

Statique

Procédé statique

Le principe est de faire transiter une solution acide, contenant les micro-organismes, à travers un minerai issu directement dune mine. Ces procédés sont surtout utilisés pour lextraction du zinc, du cuivre, du nickel et du cobalt. On retrouve trois modes dutilisation principaux parmi les procédés statiques. Le mode in situ, qui consiste à placer le minerai concassé dans des vallons aux parois imperméables. Lensemble est saturé par une solution acide (pH ̴ 2-3), sous aération, afin de récupérer le métal dissous à la base du vallon. Le mode « en amas » consiste à arroser la surface dun amas de minerai par une solution acide, puis de récupérer après percolation, la solution contenant le métal dintérêt. Le troisième mode, dit en « stalle noyée », repose sur linondation du minerai dans la solution bactérienne acide, ce qui augmente la surface de contact entre les bactéries et le minerai, mais au détriment dun mauvais échange gazeux dO2 et de CO2, nécessaires à loxydation des sulfures et à la croissance des bactéries[2].

Dynamique

Le minerai préalablement broyé et mélangé à la solution bactérienne, est mis sous agitation dans un réacteur, afin de faciliter les échanges gaz/liquide/solide.

Procédés dynamiques

Trois types de dispositifs sont utilisés. Le RPA (réacteur parfaitement agité), est le seul applicable à léchelle industrielle. Il sagit dun bioréacteur mis sous agitation mécanique, dans lequel de l'air est injecté au fond de la cuve pour aérer le milieu. Le réacteur « air-lift », formé de deux compartiments communiquant, permet de créer des mouvements de fluide, grâce à laération dun seul compartiment. Enfin, la « colonne à bulles » est un réacteur en forme de tube dans lequel le gaz est introduit par un distributeur. Le liquide est ensuite pompé vers le haut à la différence des réacteurs air-lift[3].

Applications

Les micro-organismes utilisés dans ces différents procédés peuvent agir suivant 2 voies : la voie directe, les réactions sont directement catalysées par les bactéries, et la voie indirecte, les réactions sont accélérées par lacidification due à la formation dacides organiques. La dégradation du minerai nest donc pas réalisée directement par les micro-organismes, mais par leurs produits, par la formation de complexes solubles entre les ions métalliques et les acides organiques. Le manganèse, sous forme réduite Mn(II) et Mn(III), est extrait à laide de ces deux voies. Dautres métaux comme le cobalt, le nickel ou le cuivre, sont extraits par voie indirecte. Le cuivre, composant majoritaire de la chalcopyrite (CuFeS2) est dissous grâce à lacide sulfurique excrété par Thiobacillus thiooxidans, ou par loxydation du fer ferrique (Fe3+) généré par loxydation du fer ferreux (Fe2+) de Leptospirillum ferrooxidans. Le Nickel, contenu dans la pentlandite ((Fe,Ni)9S8) est extrait grâce à lacide citrique ou lacide oxalique produits par les champignons Aspergillus niger ou du genre Penicillium, le nickel étant nocif pour certaines bactéries. Larsénopyrite (FeAsS), contenant l'or, est solubilisée par voie directe, grâce à loxydation de Thiobacillus ferrooxidans. L'or est ensuite complexé avec une solution de cyanure.

Enjeux

Lavantage majeur de la biolixiviation réside dans la possibilité de traiter et dextraire des métaux dintérêts économiques, à partir de déchets miniers et de ressources minérales que les techniques classiques (fonderie, pyrométallurgie), ne sont pas en mesure de revaloriser. Cette technique a par exemple permis datteindre un rendement de 90% pour lextraction dor par cyanuration, alors que celui-ci était inférieur à 10% avant lavènement de cette technique[2]. Environ 20% du cuivre exporté sur le marché mondial provient dune extraction par biolixiviation. Les procédés statiques permettent une extraction de gisements peu riches en métaux dintérêts, pour un coût relativement faible, mais le temps de réaction est lent. Les procédés dynamiques font intervenir des installations plus petites, sont plus rapides, mais sont aussi plus coûteux. Chaque technique comporte ses avantages et ses inconvénients, selon la localisation du gisement, lenvironnement en périphérie, et la teneur en métaux des minerais.

Notes et références

Sources


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Biolixiviation de Wikipédia en français (auteurs)

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