Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory du Département américain de l'énergie ont développé une méthode pour récupérer sélectivement le manganèse, le magnésium, le dysprosium et le néodyme des appareils électroniques usagés.
Grâce à une simple solution à base d’eau salée mélangée et à leur connaissance des propriétés des métaux, l’équipe a pu séparer les minéraux critiques dans des chambres de réaction à écoulement continu.
La méthode, détaillée dans deux articles de recherche complémentaires et présentée lors de la réunion de printemps 2024 de la Materials Research Society (MRS) à Seattle, est basée sur le comportement de différents métaux lorsqu'ils sont placés dans une chambre de réaction chimique où deux liquides différents s'écoulent ensemble en continu. L’équipe de recherche a exploité la tendance des métaux à former des solides à différents rythmes au fil du temps pour les séparer et les purifier.
Le groupe a signalé pour la première fois en février 2024 la séparation réussie de deux éléments essentiels des terres rares, le néodyme et le dysprosium, à partir d’un liquide mélangé. Les deux solides séparés et purifiés se sont formés dans la chambre de réaction en quatre heures, contre les 30 heures généralement nécessaires pour les méthodes de séparation conventionnelles.
Les deux minéraux essentiels sont utilisés, entre autres, dans la fabrication d’aimants permanents présents dans les disques durs des ordinateurs et les éoliennes. Jusqu’à présent, séparer ces éléments aux propriétés très similaires était un défi. La possibilité de les récupérer économiquement à partir des déchets électroniques pourrait ouvrir un nouveau marché et une nouvelle source de ces minéraux clés.
Déchets miniers et eau salée comme source de magnésium
La récupération des minéraux des déchets électroniques n’est pas la seule application de cette technique de séparation. L’équipe de recherche explore la récupération du magnésium à partir de l’eau de mer ainsi que des déchets miniers et des saumures des lacs salés.
« Ensuite, nous modifions la conception de notre réacteur pour récupérer efficacement une plus grande quantité de produit », a déclaré le chercheur principal Qingpu Wang dans un communiqué aux médias.
En utilisant une technique complémentaire, Wang et son collègue Elias Nakouzi ont également montré qu'ils pouvaient récupérer du manganèse presque pur (> 96 %) à partir d'une solution qui imite les déchets dissous des batteries lithium-ion. Le manganèse de qualité batterie est produit par une poignée d’entreprises dans le monde et est principalement utilisé dans la cathode, ou pôle négatif de la batterie.
Dans cette étude, l’équipe de recherche a utilisé un système à base de gel pour séparer les matériaux en fonction des différents taux de transport et de réactivité des métaux présents dans l’échantillon.
« La beauté de ce processus réside dans sa simplicité », a déclaré Nakouzi. « Plutôt que de nous appuyer sur des matériaux spécialisés ou coûteux, nous nous sommes limités à la réflexion sur les bases du comportement des ions. Et c'est là que nous avons trouvé l'inspiration.
L'équipe élargit la portée de la recherche et intensifiera le processus grâce à une nouvelle initiative du PNNL, Non-Equilibrium Transport Driven Separations (NETS), qui développe de nouvelles séparations respectueuses de l'environnement pour fournir une chaîne d'approvisionnement nationale robuste en minéraux critiques. et des éléments de terres rares.
« Nous espérons que cette approche sera largement pertinente pour les séparations chimiques à partir de flux d'alimentation complexes et de produits chimiques divers, permettant ainsi une extraction et un traitement plus durables des matériaux », a déclaré Nakouzi.
