Influence de la granulométrie sur la biolixiviation

La granulométrie est un paramètre important dans la cinétique des réactions hétérogènes.

C’est un facteur qui influence la cinétique par l’augmentation de la surface de la réaction (interface solide-liquide). Le tamisage humide des concentrés sulfurés traités a indiqué que la

majorité des particules qui les composent ont des dimensions inférieures à 10 µm.

Pour étudier l’influence de ce facteur, la fraction de dimension supérieure a été séparée puis broyée au mortier à moins de 10 µm. Deux essais ont été effectués dans les mêmes conditions que l’essai 2 sur ce produit rebroyé et les résultats sont repris dans les tableaux 68 et 69.

La figure 72 montre l’évolution du pH et de l’Eh au cours de ces essais. Nous observons que le pH augmente les deux premiers jours de biolixiviation et ensuite diminue au cours du temps. Pour les deux essais sans ajout de fer (essai 2 non rebroyé et l’essai 12 rebroyé), la valeur du pH a varié entre 1,7 et 1,9. Par contre pour l’essai 13 avec ajout de 2,5 g/l de Fe²⁺, le pH est descendu à des valeurs plus acides. Comme observé dans les essais 9 et 10, ce phénomène peut être attribué à des précipitations des sels ferriques qui produisent de l’acide dans le milieu comme l’indiquent les résultats de l’évolution du fer total et de la concentration des ions K⁺ en solution au cours de la biolixiviation (figure 73).

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Tableau 68 - Biolixiviation en présences des bactéries mésophiles sans ajout de Fe²⁺ initial et une granulométrie de moins de 10 µm (Essai 12)

Biolixiviation en Erlenmeyer

1 g de concentré rebroyé à moins de 10µm (Campagne 1 : Cu 3,3 ; Zn 19,0 ; Fe 11,0) Volume solution = 100 ml (5 ml d’inoculum et 95 ml de MC mésophile 9K) pH initial 1,7

Tableau 69 - Biolixiviation en présences des bactéries mésophiles avec ajout de 2,5 g/l de Fe²⁺ initial et une granulométrie de moins de 10 µm (Essai 13)

Biolixiviation en Erlenmeyer

1 g de concentré rebroyé à moins de 10 µm (Campagne 1 : Cu 3,3 ; Zn 19,0 ; Fe 11,0) Volume solution = 100ml (5 ml d’inoculum et 95 ml de MC mésophile 9K) pH initial 1,7 granulométrie. Le potentiel initial est plus faible quand la granulométrie est plus fine. Il est de 350 mV au lieu de 455 pour l’essai 2. Il diminue ensuite très légèrement pendant trois jours de biolixiviation jusqu’à un minimum de 330 mV, puis il augmente rapidement pour se stabiliser après 6 jours à des valeurs comprises entre 580-620 mV. Ce comportement s’explique par une vitesse plus grande de la réduction du Fe³⁺ par les minéraux sulfurés, réaction qui dépend de la surface spécifique.

167

Figure 72 - Evolution du pH et du Eh au cours de la biolixiviation de concentré rebroyé à une granulométrie de - 10 µm

(a) (b)

Figure 73 - Variation de la concentration en solution des ions Fe total (a) et des ions K⁺ (b) au cours de la biolixiviation (bactéries mésophiles, température 33°C, densité 1% ; 120 tr/min, d<10µm) 1,3

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

300

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

Temps de biolixiviation, jours Temps de biolixiviation, jours

pH Eh, mV

Temps de biolixiviation, jours Temps de biolixiviation, jours

K+ mg/l

Fe total, g/l

168 La figure 74 montre l’évolution des rendements de dissolution des métaux au cours de la biolixiviation. Nous constatons que la réduction granulométrique a une influence positive sur la dissolution du zinc mais n’en a que peu sur celle du cuivre.

Figure 74 - Influence de la granulométrie sur la biolixiviation des métaux (bactéries mésophiles, température 33°C, densité 1% ; 120 tr/min, d<10µm)

La réduction granulométrique améliore la cinétique de la lixiviation bactérienne du fait de l’augmentation de la surface réactionnelle, contact entre les grains et la solution. De plus, elle permet la libération de certains minéraux sulfurés bloqués dans des matrices insolubles. En effet, un sulfure qui serait entouré totalement par les minéraux de la gangue ne se lixiviera pas tant que ces minéraux ne sont pas poreux. Le broyage permet sa libération et facilite ainsi son contact avec la solution et les bactéries.

Le rendement final de dissolution du cuivre est légèrement amélioré par la réduction granulométrique. Outre l’effet d’une meilleure libération des minéraux cuprifères, cela peut également être dû à une surface spécifique plus grande de la chalcopyrite et donc d’une lixiviation du cuivre un peu plus importante avant la passivation de ce minéral.

L’influence du rebroyage est très importante pour la lixiviation du zinc. Nous constatons par rapport à l’essai où le concentré n’est pas rebroyé, dans les 15 jours de lixiviation, la quantité de zinc biolixiviée par jour après rebroyage est presque doublée. Cependant, il semble que la biolixiviation après rebroyage soit limitée ensuite à des paliers d’extraction du zinc inférieurs

0

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

Essai rebroyé avec ajout de 2,5 g/l de Fe2+

Temps de biolixiviation, jours Temps de biolixiviation, jours

Zn dissous (%)

Cu dissous (%)

169 à ceux observés précédemment. Ce phénomène peut être attribué ici aussi à la passivation due au soufre élémentaire qui n’est pas éliminé rapidement de la surface des minéraux par oxydation bactérienne. Son dépôt s’accroit progressivement au cours du temps et finit par inhiber totalement la biolixiviation.

7.3.5. Conclusions

Les tests de biolixiviation en Erlenmeyer à faible densité de pulpe ont démontré la capacité des bactéries mésophiles et thermophiles modérées à lixivier les sulfures des tailings de Kipushi à des températures plus faibles que celles requises pour la lixiviation chimique. Ces sulfures étant partiellement altérés, on observe d’abord la dissolution chimique des minéraux oxydés présents. Cette lixiviation dissout environ 30 à 35 % de cuivre et 10 % de zinc, ce qui permet d’apporter rapidement des ions ferreux qui sont nécessaires pour la biolixiviation.

L’étude de l’influence des paramètres tels que le pH, le fer (II) initial et la granulométrie nous a permis de comprendre les phénomènes qui gouvernent la biolixiviation des sulfures des rejets de Kipushi. On a trouvé que le pH n’a pas une grande influence sur cette biolixiviation lorsqu’il est maintenu à une valeur inférieure à 2 pour éviter la précipitation d’ions ferriques.

La dissolution des minéraux de cuivre se ferait principalement par le mécanisme de contact direct avec les bactéries tandis que le ZnS se lixivierait essentiellement suivant un mécanisme indirect qui est fort influencé par les facteurs qui augmentent la cinétique de la réaction chimique entre le minéral et les ions Fe³⁺.

L’interprétation de la lixiviation du cuivre est compliquée du fait qu’il est présent sous forme de divers minéraux. Les paramètres opératoires étudiés influencent peu la dissolution du cuivre. La vitesse de cette lixiviation dépend surtout de la formation de précipités à la surface des grains et le rendement global est limité par la passivation de la chalcopyrite. A l’exception de la chalcopyrite, tous les autres sulfures peuvent être totalement lixiviés. Par contre, la chalcopyrite se passive fortement et limite la récupération du cuivre à 80 %. La réduction granulométrique du concentré traité n’améliore que peu la dissolution des minéraux de cuivre.

L’ajout de fer (Fe²⁺) gêne la biolixiviation du cuivre car il provoque une plus grande précipitation d’hydroxydes ferriques et de jarosites qui limite la diffusion des espèces

170 chimiques entre la solution et la surface des grains et empêche l’attachement des bactéries avec les grains.

La dissolution de la sphalérite est principalement contrôlée par sa réaction chimique avec le Fe³⁺. A des pH de 1,5 à 1,9, cette réaction n’est thermodynamiquement possible qu’à des potentiels oxydo-réducteurs élevés (supérieurs à 400-450 mV). Les paramètres qui améliorent la cinétique de cette réaction chimique (concentration initiale de Fe²⁺, température, granulométrie) peuvent contribuer à l’amélioration du rendement de dissolution du zinc. Le concentré n’apporte par la lixiviation de la goethite et la biolixiviation de la pyrite que très peu d’ions fer (0,2 à 0,4 g/l). Un ajout de fer améliore la dissolution du zinc mais, s’accompagne de précipitations d’hydroxydes ferriques et de jarosites qui gênent la lixiviation des minéraux de cuivre. L’oxydation bactérienne du soufre élémentaire est lente comparée à la cinétique de la réaction chimique du Fe³⁺ avec le ZnS. Un film de soufre élémentaire croit donc progressivement et peut aller jusqu’à l’inhibition totale de lixiviation bactérienne.

L’utilisation de températures plus élevées avec les bactéries thermophiles accélère l’oxydation du soufre élémentaire, ce qui diminue les phénomènes de passivation de grains et permet ainsi une bonne récupération.

Avec les bactéries mésophiles, la lixiviation du ZnS est lente et n’est pas complète en 30 jours. Par contre avec les bactéries thermophiles, la lixiviation est rapide et presque totale en 20 jours.