L'ingénieur, 1 octobre 1973, Octobre

MSS!' mrmp™ HJf H îU TESZ M -181* i&i msm ISmmm •(ï'fc'W; ”***'¦$* {?>¦$?§.«*?W.O».J ^ggp ' i.¦****«• "â^Â OCTOBRE 1973 No 294 59 année Affranchissement en numéraire au tarif de la troisième classe Perm s No H Port de retour garanti : 2500, avenue Marie-Guyard, Montréal 250 •$n& ‘ç osqçno * r?rt-*c E«P sab LZ ui ‘u’üojo ;uSBfxo "Jt *Sm r, - ^ *A 4 Et l’équipement Flygt pour l’épuration des eaux d’égout peut vous aider à le faire.L’eau pure est une richesse qu’il faut conserver.Le matériel fabriqué par Flygt pour le pompage et l’épuration des eaux d’égout est conçu de façon à s’adapter facilement à vos exigences.Flygt fut la première compagnie à créer des stations p.r.f.préfabriquées pour le pompage des eaux d’égout.Nous offrons maintenant un choix complet de stations de pompage, en acier et en plastique renforcé de fibre de verre, et de stations d épuration par aération intensive, montées à l’usine.Au coeur de tous les systèmes de traitement des eaux d’égout fabriqués par Flygt, on 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ing.SECRET AIR F A D MI NI STR ATI V E Yolande G ING RAS REDACTRICE Madeleine G.LAMBERT COMITE CONSULTATIF DF REDACTION Jacques DE BROUX, ing.directeur Thomas AQUIN, ing.André BAZERGUI, ing.Bernard BÉLAND, ing.Pierre BELLEAU, ing.Lionel BOULET, ing.Jean CHARTRAND, ing.Marcel FRENETTE, ing.Joseph HODE KEYSER, ing.Robert MORISSETTE, ing.Thomas J.PAVLASEK, ing.Robert G.TESSIER, ing.Jean-Charles TREMBLAY, biochim • •'.- y;.;.;.;.;/.;.*.;.;.;.*.i SOMMAIRE ARTICLES 2 MISE EN SOLUTION DES MÉTAUX DE MINERAIS SULFURÉS PAR VOIÉ BACTÉRIENNE par Dr Arpad E.Torma ci Dr Martin Tabi Cette communication démontre que l'homme peut parvenir par une recherche soutenue à percer certains secrets de la nature et à exploiter, à l'aide des bactéries, les richesses minérales de la terre.15 L'INGÉNIEUR ET LE PRODUIT par Michel Caron, M.B.A.La survie de l'humanité est aujourd'hui menacée par les conséquences de l'incongruité des perceptions du produit détenues par trois groupes sociaux : le consommateur, l’homme d'affaires et l'ingénieur.Ce dernier doit en prendre conscience et, suivant l'exemple de ses collègues les plus illustres, il doit assumer sa part de responsabilité en contestant notre système économique actuel et en réclamant un système objectif et écologique.PUBLICITE JEAN SEGUIN & ASSOCIES INC.Courtiers en publicité 3578, rue Masson, Montréal 405, Qué Téléphone : 729-4387 RUBRIQUES 10 Doctorats honorifiques octroyés par l'Université de Montréal ÉDITEURS : L’Association des Diplômés de Polytechnique, en collaboration avec l’Ecole Polytechnique de Montréal.la Faculté des Sciences de l’Université Laval et la Faculté des Sciences appliquées de l’Université de Sherbrooke.Publication mensuelle.— Imprimeur : Les Presses Elite.ABONNEMENTS : Canada — $5.00 par année Autres pays $6.00 23 LE MOIS : Chroniques mensuelles 26 RÉPERTOIRE DES ANNONCEURS NBLR Nous prions tous ceux qui désirent collaborer à la revue de s'adresser à la rédaction pour connaître les normes de publication.DROITS D’AUTEURS : les auteurs des articles publiés dans L’INGENIEUR conservent l’entière responsabilité des théories ou des opinions émises par eux.Reproduction permise, avec mention de source ; on voudra bien cependant faire tenir à la Rédaction un exemplaire de la publication dans laquelle paraîtront ces articles.— L’Engineering Index et le Chemical Abstracts signalent les articles publiés dans L’INGÉNIEUR.Tirage certifié : membre de la Canadian Circulation Audit Bureau PHOTOS COUVERTURE (Gracieuseté de la Société de développement de la Baie James) 1) Route Matagami — LG2, millage 22, traversée de la rivière Waswanipi, construction du pont permanent, à droite de la photo pont temporaire, à gauche en premier plan, coffrage de la culée rive gauche, au fond les installations de l'entrepreneur.2) Route Matagami — LG2, millage 22, construction du pont permanent, ferraillage et coffrage de la culée rive gauche.ccab 3) Route Matagami LG2, millage 22.construction du pont permanent, à gauche pont temporaire, en premier plan battage de pieux pour assise des piliers du pont permanent.L’INGENIEUR OCTOBRE 1973 —1 MISE EN SOLUTION DES MÉTAUX DE MINERAIS SULFURÉS PAR VOIE BACTÉRIENNE par Dr Arpad E.Torma et Dr Martin Tabi Notices biographiques : Docteur Arpad E.Tonna obtint, en 1970, son doctorat en Sciences de l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver ; en 1962 sa maîtrise en Sciences de l'Université Laval à Québec; et en 1960 son diplôme en génie chimique de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Suisse à Zurich.En 1962, il se joint au service des laboratoires du ministère des Richesses naturelles (MRN) de la province de Québec.Il occupe actuellement le poste de chef de la division de métallurgie au Centre de Recherches minérales du MRN.Il est auteur de plusieurs publications scientifiques et techniques.Docteur Torma est membre actif de T Association canadienne-française pour l’Avancement des Sciences, de l’Institut de Chimie du Canada, de la Société canadienne de Génie chimique et de la Corporation des Ingénieurs du Québec.Docteur Martin Tabi, agronome, obtint son doctorat en Sciences en 1972 et sa maîtrise en Sciences en 1965 de l’Université Laval à Québec.Il œuvre actuellement au sein du Service de la recherche et de l'enseignement (ht ministère de l'Agriculture et de la Colonisation du Québec.De plus.Docteur Tabi est professeur invité au département des Sols de la faculté d’Agriculture et de l’Alimentation de l’Université Laval.Ses travaux de recherche portent principalement sur les problèmes relatifs à l’alimentation minérale des végétaux et à fa fertilité des sols.Il est auteur de plusieurs publications scientifiques et techniques.Docteur Tabi est membre de la Corporation des Agronomes de la province de Québec, fait partie de l’Association canadienne-! rançaise pour l'Avancement des Sciences et prend part aux activités de la Société canadienne de la Science du Sol.Introduction Le but de cet article est d'attirer l'attention des lecteurs sur l'importance d'une nouvelle méthode, la lixiviation bactérienne, qui est de plus en plus utilisée dans le domaine de l'hydrométallurgie extractive de minerais sulfurés.La lixiviation bactérienne est employée soit comme procédé principal, soit comme procédé complémentaire des méthodes d'extraction classique et traditionnelle.Elle est utilisée lors de la mise en valeur des minerais complexes ou pauvres en teneur métallique.D'après les estimations, à peu près 5 % de la production mondiale en cuivre métallique est imputable à l'action bactérienne.Bien que les minerais sulfurés se décomposent depuis des siècles à l'aide de microorganismes, l'utilisation d'une technique d'extraction se basant sur l’activité dirigée de bactéries est relativement récente dans le domaine de l'hydrométallurgie.En effet, les microorganismes participant à l'oxydation des sulfures n'ont été identifiés qu'en 1947.Les premières observations concernant la présence du cuivre dans les eaux provenant de mines remontent à l'époque des Phéniciens.Le même phénomène fut aussi observé par les anciens Romains., Arabes et Espagnols.Le premier rapport traitant l'application de la méthode de lixiviation en tas est paru en 1670.11 a été rédigé à Rio Tinto, en Espagne.Ce procédé fut aussi employé à l'échelle commerciale aux Etats-Unis d'Amérique, au début des années 1920, sans qu'on soupçonne le rôle important joué par les bactéries dans la transformation des minerais sulfurés.Cependant Rudolfs (55) et Rudolfs et Helbronner (36) n'ont pas tardé à démontrer l'intervention des bactéries dans l'oxydation des sulfures de zinc et du fer en réalisant des essais avec une souche non identifiée au laboratoire.Ces auteurs ont également tenté de prouver que l'extraction de métaux par la méthode de lixiviation bactérienne peut s’avérer économique.Leur suggestion n'a pas été immédiatement retenue.Mais vingt-cinq ans plus tard, cette idée a été reprise par Colmer et Hinkle (8) qui sont parvenus a identifier le Thiobacillus ferrooxiclans comme étant le responsable de l'oxydation des minerais sulfurés.Cette bactérie a la forme d'un bâtonnet et mesure environ 0.5 micron de large et 1.5 à 2.0 microns de long.11 est gram négatif et peut être constitué de cellules simples ou doubles (5).Du point de vue physiologique et morphologique, le T.ferrooxidans est considéré comme chimioautotrophe.En effet, il utilise l'énergie dérivée de l’oxydation de fer bivalent (18, 20) de composés inorganiques de soufre (40) et synthétise ses propres substances organiques 2 —OCTOBRE 1973 L INGÉNIEUR (cellules bactériennes) à partir de gaz carbonique (5).Pour couvrir scs besoins énergétiques, il peut également se servir de l'énergie dérivée de l'oxydation du cuivre (27) et du séléniure (48).Depuis la date de son identification, la littérature abonde en ouvrages indiquant l'importance de ce microorganisme (2, 12.14-/7.19, 25, 30, 31, 47.44.56) qui vit dans la nature où un environnement acide est maintenu en présence de minerais sulfurés.La technique de lixiviation bactérienne de minerais sulfurés est un processus d'oxydation au cours duquel les microorganismes jouent le rôle de catalyseur, comme il est indiqué dans l'équation suivante : T.ferrooxidans MS + 20_-?MSO (7) où M est un métal bivalent.Cette technique est déjà appliquée à l'échelle industrielle pour la récupération du cuivre (21, 25, 58), de l'uranium (13, 23, 24, 26, 55) et de terres rares (33).Cette méthode offre aussi des possibilités d'utilisation industrielle pour l'extraction du cobalt (45-47), et du nickel (45-47) et du zinc (6, 45, 52, 53) à partir de leurs minerais sulfurés respectifs ; étant donné que le T.ferrooxidans peut tolérer des concentrations très élevées en ions métalliques, comme l'indique le tableau 1.Tableau 1 Tolérance du Thiobacillus ferrooxidans aux concentrations en ions métalliques Métal Concentration g/l Référence Co+ + 30 47 Cu+ + 28 6 Fe+ + 160 7 Ni+ + 72 47 Zn+ + 119 53 U; CoS > ZnS > CdS.Pour obtenir les avantages économiques les plus favorables de la méthode de lixiviation bactérienne, une dimension optimale des particules du minerai doit donc être déterminée.350- 300- pH contrôlé Figure 3— Inlluenee du pH sur l'activité de Thiobacillus ferroo.xidans.Conditions expérimentales : température 35°C, densité de la pulpe 5.3%, composée d’un concentré de sulfure de zinc (Tonna (44)).4 — OCTOBRE 1973 L’INGENIEUR Représentation schématique de la production du métal Après avoir présenté le principe de la méthode de lixiviation bactérienne et les effets des principaux facteurs sur l'activité du Thiobacillus ferrooxidans, nous illustrons de façon schématique la production du cuivre métallique extrait de minerais sulfurés par l’action bactérienne.La figure 8 permet de distinguer deux possibilités : cémentation et électrolyse du cuivre.Le choix de récupération du métal est principalement conditionné par les facteurs économiques.375-IOOOg/l 300 g/l 0—0- 225 g/l — • 150 g/l y — V—V- 075 g/l 000 g/l O 20- 150 2( TEMPS (heures) Figure 4—Influence de l'azote sur l'activité de Thiobacillus ferrooxidans.Conditions expérimentales : température 35°C, pH 2.3 et densité de la pulpe 16%, composée d'un concentré de sulfure de zinc (Tor- ma et al.(52)).Avantages et inconvénients de la méthode de lixiviation bactérienne L'utilisation de la méthode de lixiviation bactérienne représente des avantages considérables vis-à-vis de l'emploi des procédés classiques non biologiques.En effet, contrairement aux méthodes conventionnelles, lors de l'extraction des métaux, l'application de la méthode de lixiviation bactérienne ne requiert ni température ni pression élevées et n'occasionne pas d'investissements considérables pour l'achat d'équipements coûteux.Cette méthode est particulièrement utile et efficace lorsqu’elle est appliquée en vue de la récupération des métaux provenant de minerais pauvres ou des rejets de procédés conventionnels (47).Grâce aux solubilités différentes de sulfates métalliques, la méthode de lixiviation bactérienne peut être utilisée pour fin d'extraction sélective, par exemple, pour extraire du zinc, du cuivre et du cadmium des concentrés de sulfure de plomb (51) ou de l'étain (32).De plus, par l'emploi de cette méthode on évite de polluer l'air atmosphérique.D'après certains auteurs (41).l'application de la méthode de lixiviation bactérienne sur les concentrés E 300 Q 200 CONCENTRATION INITIALE DU K2HP04(g/l) Figure 5 — Influence du phosphore sur l'activité de Thiobacillus ferrooxidans.Conditions expérimentales : température 35°C, pli 2.3 et densité de la pulpe 16%, composée d'un concentré de sulfure de zinc (Torma et al.(52)).• 0 03% CO; A 0 I 3% CO, x 0 2 3% CO, ?7 92% CO; DENSITÉ DE LA PULPE (%) Figure 6 — Influence de la densité de la pulpe et de la concentration du gaz carbonique sur l'activité de Thiobacillus ferrooxidans.Conditions expérimentales: température 35°(\ pli 2.3, pulpe composée d'un concentré de sulfure de zinc (Torma et al.(53)).de sulfures métalliques est particulièrement indiquée là où le gisement est peu considérable en étendue et, par le fait même, ne justifie pas les investissements coûteux exigés pour l'établissement d'usines de production conventionnelle.L INGÉNIEUR OCTOBRE 1973 — 5 50 INOCULUM x 2 0 x = Cd o = Zn .t 10 SURFACE TOTALE (m2/cm3) Figure 7 — Influence de la surface totale initiale des substrats (CdS, CoS, NiS et ZnS) sur l’activité de Thio-bacillus fcrrooxidans.Conditions expérimentales : température 35°C, pH 2.3 et la densité de la pulpe variant entre 1 et 14% (Torma et Legault (49)).Bien que le coût de production des métaux ne puisse être considéré comme seul critère de comparaison pour juger l’importance des méthodes de lixiviation bactérienne par rapport aux méthodes conventionnelles, nous pensons utile de présenter quelques données s’y rapportant.Shoemaker et Darrah (57), en appliquant la méthode de lixiviation en tas sur un matériel contenant de 0.5 à 1.0% du cuivre, sont arrivés par la voie de cémentation à produire une livre du cuivre métallique pour un coût variant entre $0.22 et $0.41, lorsque leur production journalière était de 60,000 livres.D'après les calculs de Bruynesteyn et Duncan (6), en respectant la production journalière des auteurs précédents, le coût de production du cuivre métallique peut être baissé à $0.06 si l'on extrait le cuivre d’un concentré de chalcopyrite contenant 30% du cuivre et si la technique d'électrolyse est utilisée pour la récupération du métal.En ce qui concerne le coût de production du cuivre établi à la suite de l’application des méthodes conventionnelles, il se situe entre $0.30 et $0.45 la livre, alors que le prix du marché actuel varie entre $0.52 et $0.55 la livre.Enfin, mentionnons l’expérience de Popoff (33) qui a démontré qu'en remplaçant la méthode conventionnelle par la méthode de lixiviation bactérienne, on peut MINERAIS SOLUTION NUTRITIVE LIXIVIATION REJET CEMENTATION F#*Cu - F«* Cu VERS LE MARCHE EXTRACTION LIQUIDE - LIQUIDE SULFURES ELECTROLYSE LIQUEUR RICHE Figure 8 — Représentation schématique de la lixiviation bactérienne de minerais sulfurés et production du cuivre métallique.baisser le coût de production de U O de $4.65 à $3.30 la livre.Le prix du marché actuel de ce produit est d'environ $6.00 la livre.En ce qui concerne les inconvénients de la méthode, mentionnons que le T.ferrooxidans, tout en contribuant à la mise en solution des métaux de minerais sulfurés, produit de l’acide sulfurique et du sulfate ferrique (2).Etant donné que ces effluents peuvent être la cause de corrosion des installations et représentent un danger réel pour l'écologie (destruction de la flore et de la faune aquatique, formation de dépôts de sulfates basiques) il faut les neutraliser, par exemple à la chaux.Diversité d'interventions bactériennes dans le domaine minéral L’activité des microorganismes n'est pas limitée uniquement à la biodégradation de minerais sulfurés.En effet, il existe des bactéries qui sont, par exemple, impliquées dans la biogenèse du manganèse (11, 43, 59), de l’or (28, 29) et des alu mi no-silicates (/, 57).Etant donné que la littérature touchant ce domaine est relativement pauvre, il est difficile de mesurer la portée de ce phénomène.Néanmoins, on peut supposer que l'action dirigée des bactéries pourrait considérablement influencer l’ensemble de l'industrie minérale.Résumé Cet article fait l'historique de la méthode de lixiviation bactérienne et montre le rôle important joué par le 6 —OCTOBRE 1973 L'INGÉNIEUR Thiobacillus ferrooxidans au cours de l'extraction de métaux provenant de minerais sulfurés.L'influence des principaux facteurs sur l'activité de cette bactérie agissant comme catalyseur dans le processus d’oxydation de minerais sulfurés y est traitée.Les auteurs présentent aussi un schéma montrant les liens qui peuvent exister entre la méthode de lixiviation bactérienne et les différents systèmes de production du cuivre métallique.Enfin, l'article fait, du point de vue économique et écologique, le parallèle entre la méthode de lixiviation bactérienne et les procédés conventionnels.¦ REFERENCES 1.ALEKSANDROV, G.et ZAK, G.A.1950.« Bacteria which decompose aluminosilicates (silicate bacteria) ».Mikrobiologiya, vol.16, pp.97-104.2.ANONYME.1970.« La géomicrobiologie ».Annales des Mines, vol.mai, pp.31-40.3.BECK, J.V.1967.« The role of bacteria in copper mining operations ».Biotechnology and Bioengineering, vol.9, pp.487-497.4.BECK, J.V.et SCHAFFIA, F.M.1964.« Effects of phosphate ion and 2:4 dimitrophenol on the activity of intact cells of Thiobacillus ferrooxidans ».Journal of Bacteriology, vol.88, pp.850-857.5.BREED, R.S., MURRAY, E.G.D., et SMITH.N.R.1957.Bergey’s manual of determinative bacteriology, The Williams and Wilkins Col., Baltimore, Md, 7