Transcript Présentation PowerPoint exemple de réalisation

La Biolixiviation : des bactéries au
service de la production des métaux
Patrick d’Hugues
Responsable Unité Déchets et Matières Premières
Direction Eau/Environnement/Ecotechnologies
BRGM
Colloque Bioprocédés et Bioproduction
Environnement - Energie - Santé 10 Juillet 2013
Peut-on extraire des métaux par l’action de micro-organismes?
Lesquels? Dans quel contexte? Par quels types de procédés?
La biolixiviation : une réalité industrielle? Des besoins de R&D?
La recherche de “nouvelles” méthodes d’extraction des métaux estil un enjeux pour l’Europe?
Les déchets (Miniers) : problème environnemental uniquement?
La Biolixiviation, un processus « naturel »
L’activité microbienne joue un rôle important
- dans la « décomposition » de la matière minérale
- dans les grands cycles biogéochimiques pour le CO2, le fer, le soufre,…
Cycle du Soufre - Yellowstone N.P.
(UWB - Pr B. Johnson)
Cycle du fer : Rio Tinto (DMA)
Dégradation de la matrice sulfurée des roches par les bactéries ;
Oxydation du Fe2+ en Fe3+ (réactions d'oxydation = source d'énergie)
Libération ou solubilisation des métaux en milieu acide (H2SO4 =
produit du métabolisme bactérien)
Biolixiviation / Biooxidation : Chimie et Biologie
FeS2 + 7/2 O2 + H2O
FeSO4 + H2SO4
2 FeSO4 + 1/2 O2 + H2SO4
Fe2(SO4)3 + H2O
FeS2 + Fe2(SO4)3
3 FeSO4 + 2 So
2 So + 3 O2 + 2 H2O
2 H2SO4
T. Cabral, BRGM
Des bactéries et archéobactéries « extrêmophiles » :
- Acidophiles (pH <2) chimiolithotrophes autotrophes (et hétérotrophes) aérobies (et
anaérobies)
- Mésophiles (20 - 40°C), Thermotolérantes (40°C - 60°C), Thermophiles (60 - 80°C)
Acidithiobacillus (ferrooxidans)
Leptospirillum
Sulfobacillus sp.
Acidimicrobium
Ferroplasma
Sulfolobus
Acidianus
Metallosphaera
T. Cabral, BRGM
Biolixiviation : Interface Matière Organique / Matière Minérale
Research in Microbiology 157 (2006) 49–56
Wolfgang Sand ∗, Tilman Gehrke
Biolixiviation : Une solution en métallurgie extractive
Mineral Processing : Comminution / Concentration
Mining
Open Pit / Underground
Ore Oxide/Sulphides (0.5 – 2.0 % Cu)
Concentrate (20 – 30 % Cu)
(Bio)Hydrometallurgy
Pyrometallurgy
(Leaching / SX / EW)
Smelting/Refining
Contexte : La sécurisation de l’approvisionnement en métaux
Evolution historique de la production minière de cuivre jusqu'à 2011,
et prévisions pour les 40 prochaines années par extrapolation de la
tendance récente
50 Mt
Production minière historique de cuivre jusqu'à 2011 (taux de croissance
moyen de 1900 à 2011 : 3,18%)
40 Mt
Des produits manufacturés de plus en
plus complexes, contenant de nombreux
métaux
Ag, Au, Pd … (métaux précieux) et
Cu, Al, Ni, Zn … (métaux de base)
Simulation d'un taux de
croissance annuel de 2,85%,
calé sur la croissance
moyenne de la
consommation observée de
1960 à 2011
Extrapolation de la production minière de cuivre de 2012 to 2055 en
supposant un taux de croissance de 2,85%
30 Mt
2015
20 Mt
Cumul de la
nouvelle
production
minière de 2012
à 2036 (25 ans)
en
supposant un
Production minière
taux
de croissance
cumulée des
annuel de 2,85% :
origines à 2011:
Labbé and Villeneuve,
BRGM (2013)
10 Mt
Cumul de
la nouvelle
production
minière de
2037 à
2051 (15
ans) en
supposant
un taux de
croissance
annuel de
2,85% :
Achzet, B., Reller, A.:
Powering the Future (2011)
611 Mt
Cu
588 Mt Cu
590 Mt Cu
Des besoins
en métaux
qui
augmentent
et que le
recyclage ne
pourra
satisfaire !
2050
2045
2040
2035
2030
2025
2020
2015
2010
2005
2000
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
1960
1955
1950
1945
1940
1935
1930
1925
1920
1915
1910
1905
1900
1895
1890
1885
1880
1875
1870
1865
1860
1855
1850
0 Mt
Source UNEP
Contexte : Augmentation de la demande en métaux - dépendance de l’Europe
Contexte Economique et
Environnemental
 Augmentation de la demande mondiale
en métaux
 Diminution de la teneur en métaux des
gisements
 Raréfaction sur certains éléments et
certaines ressources
 Augmentation de la conscience
environnementale des entreprises
Contexte Européen
 Une activité minière essentiellement
basé sur la pyrométallurgie
 Une forte dépendance aux importations
 Des gisements complexes, de petites
tailles, des déchets historiques
Europe dépendante de l’importation des
métaux : déficit commercial 10 milliards
€ (SEC(2007)771) – Raw Material
Initiative (2008)
% of EU25 in global production / consumption
Mine production
Metallurgical production
Mintek,; BioMinE (2008)
Consumption
30%
20%
10%
Cu
Ni
 Besoin de procédés alternatifs pour traiter de nouvelles ressources
(déchets miniers, minerais à faible teneur, minerais complexes)
 Besoin de procédés flexible et à moindre impact environnemental
Zn
Biolixiviation : Une alternative et une réalité industrielle - 2 types de procédés
Statique : Heap (Dump) bioleaching for ores
(and concentrates) (low metal grade)
Dynamique : Stirred tank bioleaching
for concentrates (high metal grade)
• Faible CAPEX and OPEX
• Ressources à « faible teneur »
• Robustesse et fiabilité
• Taux récupération élevés
• Cinétiques lentes ; % récupération faibles
• Empreinte au sol importante
• CAPEX and OPEX + élevés
12 installations industrielles de Biooxidation / or
18 % du Cu mondial facilité par action
bactérienne
1 opération pour le Cobalt
Des procédés en développement !
Biolixiviation en tas
Escondida, Chili
1,300 M de tonnes de minerai à
faible teneur
Tas : 5000m/2000m/130m
Dump Leaching
Heap Leaching
Talvivaara Finlande
1ère opération Bioheapleaching en Europe
Ni (Zn/Cu/U)
 Les Verrous Techniques et Scientifiques
 Circulation des solutions lixiviantes
 Transferts de gaz et de chaleur
 Dynamique des populations
 Modéliser et Optimiser le design et le monitoring des tas ?
Biolixiviation en réacteur
Moderate thermophiles
Sansu plant, Ghana
BIOX technology, Gold Fields
Peñoles plant, Monterrey, Mexico
Mintek-BacTech technology
Extreme thermophiles
80°C
Chuquicamata, Chile
BioCOPTM prototype plant
BHP Billiton technology
 Une technologie maitrisée pour le pré-traitement des minerais d’or refractaires
 Gestion des mousses ! (et des EPS ?)
 Les Verrous Techniques et Scientifiques
 Limitation de la biolixiviation de la chalcopyrite
 Optimisation des transferts de gaz et de chaleur
 Nouveau type de bioréacteur?
 Dynamique des populations? « Designed consortia»?
Le Projet KCC : unique pour le Cobalt - un cas d’étude idéal pour le re-traitement des
résidus minéralurgiques (Procédé BRGM)
Continuous lab-scale plant at BRGM
Bacteria on the pyrite surface
Industrial agitation system
1 Mt - Pyrite Tailings in Uganda
1,3% Cobalt
 1989 Preliminary study of bioleaching BRGM
 1989 - 93 - Pre-feasibility study (testwork on
bioleaching)
 1992-96 - Feasibility Step - Basic engineering
 1996 - 1998 - Detailed engineering
 1998-1999 - Construction and start-up
 June 1999 - First cobalt cathode on site
On site pilot plant
BRGM :
P. Ollivier
D. Morin
J.M. Hau
P. d’Hugues
F. Battaglia
La Biolixivitation : une thématique de R&D Européenne
3 projets Européens des 6ème et
7ème PCRD (2004 – 2013)
Plusieurs thèmes de R&D
 Potentiel de la biohydrométallurgie comme méthode de traitement
des ressources européennes “non conventionnelles” : déchets
miniers, « minerais pauvres », minerais polymétalliques complexes.
 Développement de nouveaux procédés et nouveaux
bioréacteurs permettant d’optimiser l’application et la rentabilité de
la biolixiviation comme l’une des étapes clés de la production de
métaux.
 Sélection de nouvelles souches bactériennes et importance de
la dynamique des populations pour l’optimisation des procédés de
biolixiviation.
 Modélisation des processus biochimiques complexes
intervenant lors de l’oxydation biologiques des sulfures.
2014 : Projet Franco-Allemand ANR/BMBF Ecometals
Production de cuivre et métaux associés par biolixiviation
La Biolixivitation : un nouveau type de bioréacteur (Brevet déposé)
BRGM
Air Liquide
MILTON ROY Mixing
+
+
O2
N2
Bioleaching
Agitation Technologies
A.G. Guezennec, D. Morin
Y. Menard, P. d’Hugues
 Agitateurs Flottants pour injection
des gaz et mélange des solides :
Taux de solide élevé (> 40%)
Réacteurs de type bassin ;
maintenance facilitée
 Pas d’échangeur de chaleur
 Utilisation d’air enrichi en oxygène
Gestion de la température
Amélioration des transferts de gaz
F. Savreux
Gas supply and
injection into Liquids
D. Ibarra, M. Jaillet,
A. Pubill Melsio
Biolixiviation : le besoin d’une R&D pluridisciplinaire
50 µm
Biolixiviation : des axes de développement
bioleaching
P. Norris (UK)
B. Johnson (UWB) 2014
« biolixiviation»
anaérobie
Valorisation
déchets miniers
Mine Urbaine
Nouvelles
technologies
Merci pour votre attention
Pour en savoir plus :
email: [email protected]
site: www.brgm.fr
http://www.brgm.fr/projets/metaux-strategiquesvalorisation-matieres-premieres-secondaires