La biolixiviation, un domaine de biohydrométallurgie, est une solution écologiquement intéressante pour la récupération (extraction) des métaux.

ADIMAS porte de l’intérêt à cette technologie en tant qu’opérateur lui-même, de la valorisation des déchets d’industrie contenant des métaux précieux. 

Les micro-organismes sont courants, et leur activité métabolique affecte à la fois positivement et négativement l’environnement.

Ils soutiennent l’activité humaine dans de nombreux domaines, ne serait-ce que dans nos propres corps. Les micro-organismes sont utilisés dans des procédés technologiques réalisés, entre autres, en pharmacie, médecine, chimie et recyclage. 

Les processus de récupération (extraction) des métaux à partir des matières premières naturelles et secondaires avec la participation des micro-organismes ont été définis comme la biolixiviation, qui est ainsi devenu l’un des procédés biohydrométallurgiques.

Les bactéries des espèces Thiobacillus, Thiobacillus ferroxidans et Thiobacillus thiooxidans présentent une activité élevée dans les procédés de biolixiviation [1, 2].

On les trouve couramment sur les terrils de déchets miniers, dans les drainages miniers acides ou dans les grottes profondes. Ce sont des bactéries autotrophes, c’est-à-dire qui se nourrissent de minéraux. Leurs organismes effectuent la chimiosynthèse du CO2 en sucres simples, ce qui est démontré par la réaction 1. (ci-dessous). 

      1. CO2 +H2O + énergie   =   glucose + O2 

Ils tirent de l’énergie pour les processus vitaux de l’oxydation des composés ferreux contenus dans les minéraux naturels, par exemple la réaction de la pyrite 2. :

      2. 4FeS2 (piryt) + 1,5O2 +2H2O + [thiobacillus ferroxidans] = 2Fe2(SO4)3+2H2SO4 + énergie     

ou la chalcopyrite, ou de l’oxydation des composés soufrés inorganiques réduits de la réaction H2S, réaction 3. :

      3. H2S + 2O2 + [thiobacillus thiooxidans] = H2SO4 + énergie

ou de la réaction 4. du soufre :

      4. S +H2O +1,5 O2+ [thiobacillus thiooxidans] = H2SO4 + énergie                                              

À la suite du processus d’oxydation, de l’acide sulfurique et du sulfate ferrique Fe2SO4 se forment, comme le montrent les réactions 2. et 4. (ci-dessus).

Cette capacité d’oxydation des composés ferreux et des composés soufrés réduits par les bactéries Thiobacillus est utilisée dans la technologie de lixiviation du minerai de cuivre, de recyclage des catalyseurs usés et des cartes de circuits imprimés (PCB).                        

Dans les processus de biolixiviation présentés dans la suite de l’article, l’acide sulfurique et le sulfate ferrique sont utilisés comme agents d’extraction des métaux.

Ces deux agents d’extraction sont formés avec la participation de bactéries Thiobacillus.

Biolixiviation dans l’extraction de cuivre à partir de minerai 

Les processus chimiques se produisant lors de la biolixiviation de la chalcopyrite sont illustrés dans la Fig.1.

Fig 1. Processus chimiques lors de la biolixiviation de la chalcopyrite [3]

La chalcopyrite accompagne couramment les minerais de cuivre. Son composant principal est le sulfure de cuivre(II) et de fer(II).

La biolixiviation a lieu dans un environnement d’acide sulfurique en présence d’oxygène. Le procédé est initié par la réaction (1). Les produits de la réaction sont du soufre, des composés solubles de cuivre(II), de fer(II) et d’eau. Les composés de soufre et de fer (II), conformément aux réactions (2) et (3), fournissent aux bactéries Thiobacillus de l’énergie pour les processus vitaux et alimentent le processus de biolixiviation en acide sulfurique et en sulfate ferrique Fe2SO4.

Leur présence permet l’extraction du cuivre selon les réactions (1) et (4).

Extraction du vanadium à partir des catalyseurs usés

Les processus chimiques se produisant lors de la biolixiviation de vanadium à partir des catalyseurs sont illustrés à la Fig.2.

Fig 2. Processus chimiques lors de la biolixiviation de vanadium [3, 4]

Nous observons que le processus ne nécessite qu’une réaction d’acide sulfurique et d’oxygène (2).

L’acide sulfurique est formé par l’oxydation du soufre conduite par la réaction des bactéries Thiobacillus (1). Par conséquent, le processus de biolixiviation du vanadium, contrairement à la biolixiviation de la chalcopyrite, nécessite l’apport d’une quantité appropriée de soufre.

Extraction par biolixiviation du cuivre à partir des déchets de PCB

Les processus chimiques au cours de la biolixiviation des PCB sont illustrés par la Fig.3. 

Fig 3. Processus chimiques lors de la biolixiviation des PCB [3, 4]

Comme dans le cas du recyclage des catalyseurs, les déchets des PCB ne contiennent ni soufre ni composés de fer(II). 

Par conséquent, le processus de biolixiviation des PCB nécessite l’apport de soufre et de sulfate ferreux FeSO4, à partir desquels, à la suite des réactions (1) et (3) Fig.3, de l’acide sulfurique et du sulfate ferrique Fe2SO4 seront formés, permettant, selon les réactions (2) et (4), l’extraction du cuivre des PCB.

Les bactéries Thiobacillus, étant des organismes acidophiles, thermophiles et résistants aux fortes concentrations de métaux lourds, permettent des conditions favorables de biolixiviation : pH de 1,5 à 3,5 et températures entre 25 et 30 °C.

D’autres procédés biohydrométallurgiques utilisant des bactéries

Dans les procédés biohydrométallurgiques utilisés pour les minéraux non sulfurés contenus dans les minerais carbonatés ou latéritiques, on utilise des levures, des champignons et des bactéries hétérotrophes. Ces organismes, lorsqu’ils reçoivent les nutriments appropriés, sont capables de produire des acides organiques tels que l’acide citrique, l’acide tartrique et l’acide cyanique. Ces acides, du fait de leur pouvoir complexant, permettent la récupération (extraction) des métaux.

Les souches hétérotrophes de bactéries Bacillus sont parfaites pour éliminer les impuretés des matières premières minérales, par exemple le fer des argiles céramiques.

Bactéries cyanogènes pour la récupération d’or

Une attention particulière est portée à la recherche sur les souches pertinentes de bactéries cyanogènes hétérotrophes Chromobacterium et Pseudomonas. 

Ces bactéries, lorsqu’elles reçoivent les nutriments appropriés, sont capables de produire de l’acide cyanhydrique. La glycine permet un tel milieu. 

Les bactéries cyanogènes, à l’aide de leurs enzymes, décomposent successivement la glycine en imine, nitrile et enfin HCN et CO2 se forment. 

Ces processus se déroulent dans un environnement fortement alcalin à un pH d’environ 10. Dans ces conditions, le cyanure d’hydrogène qui se forme est neutralisé pour former le cyanure correspondant.

Ainsi, la capacité à former du cyanure par des bactéries cyanogènes est étudié fortement dans les recherches visant à remplacer le procédé traditionnel d’extraction de l’or, dans un environnement de cyanure par la biolixiviation.

Sources 

1. Rosalba Argumedo-Delira, Maria Esther Diaz-Martinez, Mario Javier Gomez-Martinez, Microorganisms and Plants in the Recovery of Metals from the Printed Circuit Boards of Computers and Cell Phones. Metals, 2020, 10,1120.
2. Klaus Bosecker, Bioleaching: Metal Solubilization by Microorganisms, FEMS Microbiology Reviews, Vol.20, Issue 3-4, July 1997, 591-604.
3. Zhao, F. Wang, Bioleaching of Electronic WasteUsing Extreme Acidophiles. In: Electronic Waste Management and 
4. M. V. Veliz, A.V. Leiva, P.M. Bellauge, Copper Bioleaching Operation in Chile, in: Biomining Technologies. Springer. Cham., November 2022.

Auteur 

Barbara avec la participation d’Élisabeth et Adrianne