La demande de métaux des terres rares monte en flèche, nous créons donc un moyen plus sûr et plus propre de les récupérer à partir d’anciens téléphones et ordinateurs portables
Les métaux des terres rares sont essentiels à la société de haute technologie dans laquelle nous vivons en tant que composant essentiel des téléphones mobiles, des ordinateurs et de nombreux autres appareils de tous les jours. Mais l’augmentation de la demande et l’offre mondiale limitée nous obligent à trouver d’urgence un moyen de récupérer efficacement ces métaux à partir des produits mis au rebut.
Les métaux des terres rares sont actuellement extraits ou récupérés via le recyclage traditionnel des déchets électroniques. Mais il y a des inconvénients, notamment des coûts élevés, des dommages environnementaux, la pollution et des risques pour la sécurité humaine. C’est là qu’intervient nos recherches en cours.
Notre équipe en collaboration avec le centre de recherche Tecnalia en Espagne a développé un moyen d’utiliser des produits chimiques respectueux de l’environnement pour récupérer les métaux des terres rares. Il s’agit d’un processus appelé «électrodéposition», dans lequel un faible courant électrique provoque le dépôt des métaux sur une surface souhaitée.
Ceci est important car si nous déployons notre processus à grande échelle, nous pouvons alléger la pression sur l’offre mondiale et réduire notre dépendance à l’égard de l’exploitation minière.
La demande croissante de métaux des terres rares
Les métaux des terres rares est le nom collectif d’un groupe de 17 éléments: 15 de la «série des lanthanides» dans le tableau périodique, ainsi que les éléments scandium et yttrium. Ces éléments ont des propriétés catalytiques, métallurgiques, nucléaires, électriques, magnétiques et luminescentes uniques.
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Le terme «rare» fait référence à leur répartition uniforme, mais rare, dans le monde, notée après leur découverte à la fin du 18e siècle.
Ces minéraux sont des composants essentiels des appareils électroniques et vitaux pour de nombreuses technologies vertes; ils sont dans les aimants pour les éoliennes et dans les batteries pour les véhicules hybrides électriques. En fait, jusqu’à 600 kilogrammes de métaux des terres rares sont nécessaires pour faire fonctionner une seule éolienne.
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La demande annuelle de métaux des terres rares a doublé pour atteindre 125 000 tonnes en 15 ans, et la demande devrait atteindre 315 000 tonnes en 2030, en raison de l’adoption croissante des technologies vertes et des progrès de l’électronique. Cela crée une énorme pression sur la production mondiale.
Ne pouvons-nous pas simplement exploiter des métaux plus rares?
Les métaux des terres rares sont actuellement extraits par l’exploitation minière, ce qui présente un certain nombre d’inconvénients.
Premièrement, c’est coûteux et inefficace car l’extraction même d’une très petite quantité de métaux des terres rares nécessite l’exploitation de grandes surfaces.
Deuxièmement, le processus peut avoir d’énormes impacts environnementaux. L’exploitation minière des terres rares génère d’importants volumes de matières toxiques et radioactives, du fait de la co-extraction de thorium et d’uranium, des métaux radioactifs qui peuvent poser des problèmes pour l’environnement et la santé humaine.
Image AAP / Fourni par Granville Harbour Wind Farm
Troisièmement, la plupart des mines de métaux des terres rares se produisent en Chine, qui produit plus de 70% de l’offre mondiale. Cela soulève des inquiétudes quant à la disponibilité à long terme, en particulier après que la Chine a menacé de restreindre son approvisionnement en 2019 pendant sa guerre commerciale avec les États-Unis.
Le recyclage des déchets électroniques n’est pas la réponse complète
Grâce au recyclage des déchets électroniques, les métaux des terres rares peuvent être récupérés à partir de produits électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables et les batteries de véhicules électriques, une fois qu’ils atteignent la fin de leur vie.
Par exemple, leur récupération à partir de batteries de véhicules électriques implique des procédés hydrométallurgiques traditionnels (traitement des milieux corrosifs) et pyrométallurgiques (traitement thermique). Mais ceux-ci présentent plusieurs inconvénients.
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La pyrométallurgie est gourmande en énergie, impliquant plusieurs étapes qui nécessitent des températures de travail élevées, autour de 1000 ℃. Il émet également des polluants tels que le dioxyde de carbone, les dioxines et les furanes dans l’atmosphère.
Pendant ce temps, l’hydrométallurgie génère de grands volumes de déchets corrosifs, tels que des substances hautement alcalines ou acides comme l’hydroxyde de sodium ou l’acide sulfurique.
Des procédés de récupération similaires sont également appliqués à d’autres technologies de stockage d’énergie, telles que les batteries lithium-ion.
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Pourquoi notre recherche est différente
Face à ces défis, nous avons cherché à trouver une méthode durable pour récupérer les métaux des terres rares, par électrodéposition.
L’électrodéposition est déjà utilisée pour récupérer d’autres métaux. Dans notre cas, nous avons conçu une composition respectueuse de l’environnement à base de systèmes liquides ioniques (à base de sel).
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Nous nous sommes concentrés sur la récupération du néodyme, un métal des terres rares important en raison de ses propriétés magnétiques exceptionnelles, et dont la demande est extrêmement élevée par rapport aux autres métaux des terres rares. Il est utilisé dans les moteurs électriques des voitures, des téléphones portables, des éoliennes, des disques durs et des appareils audio.
Les liquides ioniques sont très stables, ce qui signifie qu’il est possible de récupérer du néodyme sans générer de produits secondaires, ce qui peut affecter la pureté du néodyme.
La nouveauté de nos recherches utilisant des liquides ioniques pour l’électrodéposition est la présence d’eau dans le mélange, ce qui améliore la quantité de néodyme métal final récupéré.
Contrairement aux méthodes précédemment rapportées, nous pouvons récupérer le néodyme métallique sans utiliser d’atmosphère contrôlée, et à une température de travail inférieure à 100 ℃. Ce sont des considérations essentielles à l’industrialisation d’une telle technologie.
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À ce stade, nous avons une preuve de concept à l’échelle du laboratoire en utilisant une solution de liquide ionique avec de l’eau, récupérant le néodyme sous sa forme métallique la plus chère en quelques heures. Nous cherchons actuellement à intensifier le processus.
Une première étape importante
Avec le temps, notre méthode pourrait éviter d’avoir à exploiter les métaux des terres rares et minimiser la génération de déchets toxiques et nocifs. Il promet également de contribuer à augmenter les rendements économiques des déchets électroniques.
Il est important de noter que cette méthode pourrait être adaptée pour récupérer les métaux dans d’autres applications en fin de vie, telles que les batteries lithium-ion, car un rapport de 2019 prévoyait une croissance de 11% par an de la production en Europe.
Notre recherche est un premier pas important vers l’établissement d’une filière de traitement propre et durable pour les métaux des terres rares et l’atténuation des pressions sur ces éléments critiques.