Développement d'un procédé de biolixiviation innovant pour le traitement de latérites de nickel limonitiques

Development of an innovative bioleaching process for the treatment of limonitic nickel laterite

• Auteur / Autrice : Samir Daniel
• Direction : Eric Olmos, Anne-Gwénaëlle Guezennec
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Procédés Biotechnologiques
• Date : Inscription en doctorat le 06/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRGP - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe 3 - BIOPROMO - Bioprocédés Biomolécules

Mots clés

Mots clés libres

Latérite

Biolixiviation réductive

Nickel

Cobalt

Bioprocédés

Laterite

Reductive bioleaching

Nickel

Cobalt

Bioprocess

Résumé

Le BRGM (www.brgm.eu) est le principal établissement public dans le domaine des sciences de la Terre pour la gestion durable des ressources naturelles (y compris les ressources minérales) et des risques de surface et de sous-sol en France. Les différents rôles du BRGM peuvent être décrits comme suit : recherche et développement technologique et innovation ; soutien aux politiques publiques et information des citoyens ; recherche et développement en sciences de la Terre et en sciences de la vie, développement et innovation ; appui aux politiques publiques et l'information des citoyens ; coopération internationale et aide au développement ; sécurité et surveillance des anciens sites miniers. Le BRGM possède une forte expertise dans le domaine des biotechnologies pour le traitement des ressources minérales. Ses travaux s'appuient notamment sur différents moyens expérimentaux allant de l'échelle du laboratoire à l'échelle pilote. Le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) est l'un des principaux centres nationaux en génie des procédés. Dans ce domaine, l'axe de recherche ' Bioprocédés Biomolécules ' consacre depuis plus de 10 ans une partie de ses activités de recherche à la description des microenvironnements cellulaires dans les bioréacteurs par des approches de modélisation avancées. Le BRGM et le LRGP recherchent conjointement un doctorant pour contribuer au développement d'un procédé innovant de biolixiviation pour la récupération du cobalt et du nickel dans les déchets miniers de latérite. Dans le cadre des procédés hydrométallurgiques dédiés à la récupération des métaux, l'étape de lixiviation consiste à dissoudre des particules solides (minerais, déchets à recycler) dans une phase aqueuse. La biolixiviation extractive est un ensemble de technologies visant à lixivier (ou libérer) les métaux contenus dans les ressources minérales métallifères par des moyens biologiques. La biolixiviation est aujourd'hui principalement appliquée pour la récupération du cuivre et de l'or dans les minéraux sulfurés. Cette thèse vise le développement d'un procédé de traitement original et innovant basé non plus sur l'oxydation des sulfures métallifères mais sur la catalyse bactérienne de la dissolution de la goethite, pour la lixiviation des minerais oxydés. Ce mécanisme utilise la capacité de certains micro-organismes à respirer le fer, c'est-à-dire à tirer de la réduction du fer ferrique l'énergie nécessaire à leur développement. Ces micro-organismes sont acidophiles et autotrophes (ils utilisent le CO2 atmosphérique pour obtenir le carbone nécessaire à leur croissance, et n'ont donc pas besoin d'une source de carbone organique) et nécessitent des conditions opératoires beaucoup plus douces que celles utilisées dans les procédés classiques (température ambiante, pression atmosphérique et pH faiblement acide). La dissolution bactérienne de la goethite a été mise en évidence très récemment par l'équipe du Prof. Johnson de l'Université de Bangor (UK) et a suscité un grand intérêt de la part de l'industrie métallurgique. Néanmoins, les conditions opératoires optimales pour coupler activité biologique et réactions de dissolution chimique restent à déterminer. La thèse s'inscrit dans ce contexte et aura pour objectif l'intensification de ce procédé biologique et son utilisation pour le développement d'un procédé de lixiviation de latérites à nickel et à cobalt.

BRGM (www.brgm.eu) is the leading public institution in the Earth Science field for the sustainable management of natural resources (including mineral esources) and surface and subsurface risks in France. The various roles of BRGM can be described as follows: technological research and development and innovation; support for public policies and citizen information; international cooperation and development aid; safety and monitoring of former mining sites. The BRGM has a strongexpertise in the field of biotechnologies for the treatment of mineral resources. Its work is based in particular on various experimental means ranging from laboratory scale to pilot scale. The Laboratory Reactions and Process Engineering (LRGP) is one of the major national centers in process engineering. Within this area, the 'Bioprocesses Biomolecules' research axis has been edicating part of its research activities to describing cellular microenvironments in bioreactors for more than 10 years using advanced modeling approaches. The BRGM and the LRGP jointly seek a PhD student to contribute to the development of an innovative bioleaching process for the recovery of cobalt and nickel in laterite mining waste. In the context of hydrometallurgical processes dedicated to the recovery of metals, the leaching step consists in dissolving solid particles (ores, waste to be recycled) in an aqueous phase. Extractive bioleaching is a collection of technologies aiming at leaching (or liberating) metals contained in metalliferous mineral resources by biological means. Bioleaching is nowadays mainly applied for the recovery of copper and gold in sulfidic minerals. This thesis aims at the development of an original and innovative treatment process based no longer on the oxidation of metalliferous sulphides but on the bacterial catalysis of the dissolution of goethite, for the leaching of oxidized ores. This mechanism uses the ability of certain microorganisms to breathe iron, in other words to derive the energy necessary for their development from the reduction of ferric iron. These micro-organisms are acidophilic and autotrophic (they use atmospheric CO2 to obtain the carbon necessary for their growth, and therefore do not need a source of organic carbon) and require much milder operating conditions than those used in conventional processes (ambient temperature, atmospheric pressure and weakly acidic pH). The bacterial dissolution of goethite has been highlighted very recently by the team of Prof. Johnson of Bangor University (UK) and has raised great interest from the metallurgical industry. Nevertheless the optimal operating conditions for coupling biological activity and chemical dissolution reactions remain to be determined. The thesis is part of this context and will aim at the intensification of this biological process and its use for the development of a Ni and Co laterite leaching process.