Procédé hydrométallurgique pour la valorisation du nickel contenu dans les plantes hyperaccumulatrices

Hydrometallurgical process for the valorization of nickel contained in hyperaccumulating plants

• Auteur / Autrice : Xin Zhang
• Direction : Marie-Odile Nicolas-Simonnot, Guillaume Echevarria
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 05/12/2014
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Morel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Petra Kidd
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Le Cloirec, Éric Van Hullebusch

Mots clés

Mots clés contrôlés

Brassicacées

Métallophytes

Plantes -- Teneur en nickel

Bioaccumulation

Nickel

Hydrométallurgie

Mots clés libres

Hyperaccumulateur

Alyssum murale

Phytomining

Nickel

Lixiviation

Cristallisation

Sel double sulfate de nickel et d’ammonium hexahydraté (ANSH)

Hyperaccumulator

Alyssum murale

Phytomining

Nickel

Leaching

Crystallization

Ammonium nickel sulfate hexahydrate (ANSH)

Résumé

Certaines plantes, dites hyperaccumulatrices, ont la capacité de se développer sur des sols riches en métaux et d’accumuler ces métaux à des concentrations élevées. L’incinération de la biomasse produit des cendres qui contiennent de 10 à 25% en masse de Ni. Ce travail s’inscrit dans la continuité d’une recherche menée par l’équipe depuis plusieurs années, qui a donné lieu notamment à un brevet sur la production du sel double sulfate de nickel et d’ammonium hexahydraté (ANSH) à partir de la biomasse d’Alyssum murale. Le manuscrit comprend d’abord une synthèse bibliographique sur la phytomine, allant des hyperaccumulateurs aux procédés de valorisation, essentiellement centrée sur le nickel. Ensuite, ont été comparées quinze plantes hyperaccumulatrices (des genres Alyssum, Leptoplax et Bornmuellera) provenant d’Albanie ou de Grèce, en vue de leur application pour la phytomine. Les teneurs en nickel ont été mesurées dans les différents organes des plantes et dans les cendres obtenues par combustion. Les trois genres ont de l’intérêt pour l’application, les plantes contiennent 1 à 3% en masse de nickel et les cendres 15 à 20 %. Le procédé hydrométallurgique de production d’ANSH a été étudié étape par étape en vue d’optimiser chaque étape pour produire un sel très pur tout en économisant matière et énergie et minimisant la production d’effluents et de déchets. Ce travail a conduit à l’amélioration du procédé de départ. Enfin, de nouvelles pistes ont été proposées pour conduire à de nouveaux procédés et produits du nickel. Les résultats obtenus et la dynamique actuelle autour de la phytomine montrent l’intérêt de cette approche et annoncent son développement imminent

Some plants, known as hyperaccumulators, are able to develop on metal containing soils and to accumulate these metals at high concentrations in shoots. Biomass incineration leads to ash containing 10 to 25 wt % nickels, greater than in some mineral ores. This work follows a research that has been carried out by the team for several years, which has resulted in a patent on the hydrometallurgical production of the double salt ammonium and nickel hexahydrate (ANSH) from the biomass of Alyssum murale. It aims at improving the synthesis method of this salt in order to upscale it at the pilot scale and explore new methods leading to new products. The manuscript begins with a bibliographic review on phytomining from hyperaccumulators to metal recycling processes, essentially focused on nickel. Then ca 15 hyperaccumulator plants (genus Alyssum, Leptoplax and Bornmuellera) collected in Greece or Albania have been compared, in the objective of phytomining. Nickel concentrations were measured in the plant organs and in the ashes after combustion. The three types of plants are of great interest for the technology, they contain 1 to 3 wt % of nickel and the ashes 15 to 20%. The hydrometallurgical process of ANSH production was investigated step by step to optimize each step to produce a salt of high purity, to decrease materials and energy consumption and to minimize effluent and waste production. The process was thus improved. Eventually, new ideas have been tested for new processes and nickel products. The obtained results and the current dynamics prove the interest of phytomining and announce its imminent development