Un nouveau procédé extrait les terres rares des déchets

Un nouveau procédé extrait les terres rares des déchets

Vue d’ensemble des procédés d’extraction par fluide supercritique des terres rares à partir de CFA solides. (a) Préparer l’extracteur TBP-HNO3. (b) Extraire les REE des CFA à l’aide de TBP-HNO3 dans des conditions SCF et obtenir le TBP-HNO réagi contenant des ETR3. (c) Recueillir les ETR et les séparer des principales impuretés grâce à un processus de décapage en plusieurs étapes. Crédit: Durabilité de la SRC (2023). DOI : 10.1039/D2SU00033D

Les éléments de terres rares (REE), un groupe de 17 éléments métalliques, sont présents dans presque toutes les technologies, y compris les téléphones portables, les téléviseurs, les ordinateurs et presque toutes les pièces d’un véhicule. La demande pour ces éléments augmente chaque année, mais l’offre est limitée géopolitiquement et est extraite avec des pratiques écologiquement non durables.

Young-Shin Jun, professeur de génie énergétique, environnemental et chimique à la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, et son équipe ont créé une solution de preuve de concept : extraire les ETR des cendres volantes de charbon, une fine, Déchet pulvérulent de la combustion du charbon.

“Nous voulions utiliser un processus plus écologique pour extraire les ETR que les processus traditionnellement plus nocifs”, a déclaré Jun. “Puisque le charbon a déjà été utilisé, ce processus est finalement une voie vers la réduction et l’assainissement des déchets.”

Jun et son ancien étudiant au doctorat, Yaguang Zhu, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université de Princeton, ont développé ce nouveau procédé d’extraction utilisant un fluide supercritique, couramment utilisé pour décaféiner le café, afin de récupérer ces ETR indispensables à partir de matériaux qui auraient autrement été jetés dans une décharge. . Un fluide supercritique est une substance à une température et une pression supérieures à son point critique avec des propriétés entre un liquide et un gaz. Avec plus de 79 millions de tonnes métriques de cendres volantes de charbon générées aux États-Unis chaque année, l’équipe de Jun a rapporté que la valeur potentielle des terres rares qui pourraient être extraites des cendres volantes de charbon aux États-Unis est estimée à plus de 4 milliards de dollars par an.

Leur travail, qui apparaît dans Durabilité de la SRC, est le premier à montrer que les fluides supercritiques courants et accessibles, y compris le dioxyde de carbone, l’azote et l’air, étaient capables d’extraire les ETR et de séparer les impuretés très efficacement. De plus, grâce à des expériences utilisant des cendres volantes de charbon, ils ont découvert que le dioxyde de carbone supercritique diminuait les concentrations d’impuretés dans le produit REE final. En fin de compte, leurs produits finaux contenaient jusqu’à 6,47 % d’ETR, contre 0,0234 % dans la source initiale de cendres volantes de charbon.

“La particularité de notre travail n’est pas seulement d’utiliser le CO supercritique2mais montrant également que l’air et l’azote supercritiques, avec une température et une pression bien inférieures à celles requises pour le CO2peut extraire efficacement les terres rares », a déclaré Jun, qui dirige le laboratoire de nanochimie environnementale.

“Nous pouvons utiliser des températures et des pressions plus basses avec de l’azote ou de l’air pour extraire les éléments de terres rares des cendres volantes de charbon, ce qui signifie un coût énergétique inférieur. Bien sûr, le CO supercritique2 fonctionne mieux, mais l’air ou l’azote supercritique pourrait faire un bien meilleur travail par rapport à l’ébullition traditionnelle à haute température avec des acides et des solvants organiques pour l’extraction des terres rares.”

Le processus d’extraction de l’équipe de Jun impliquait deux étapes : premièrement, les ions métalliques dans les cendres volantes de charbon, y compris les ETR et les impuretés, s’échappent des cendres volantes de charbon et réagissent avec l’acide nitrique pour former des nitrates métalliques ; et deuxièmement, les nitrates métalliques réagissent avec le phosphate de tributyle (TBP). Ils ont découvert qu’avec le dioxyde de carbone supercritique, l’azote ou l’air, les ETR formaient des complexes qui pouvaient être extraits des cendres volantes de charbon.

Après extraction, leur processus de décapage en plusieurs étapes a collecté les ETR et a diminué la concentration d’impuretés. L’acide nitrique et le TBP utilisés dans le processus peuvent être entièrement recyclés plusieurs fois sans sacrifier l’efficacité, ce qui minimise leurs problèmes d’élimination.

La méthode de Jun élimine également le besoin de griller les matières premières à des températures extrêmement élevées, ou supérieures à 500 C, et le besoin d’extraire les ETR avec des acides forts et une grande quantité de solvants organiques toxiques, qui deviennent également un déchet dans les processus d’extraction traditionnels. .

“Le fluide supercritique est considéré comme un solvant plus vert, est moins invasif pour l’environnement et nous permet d’extraire les ETR directement des déchets solides sans lixiviation ni torréfaction des matières premières, donc moins d’énergie est nécessaire pour notre nouveau procédé, qui produit également moins de déchets”, dit Jun. “Nous recherchons un processus plus respectueux de l’environnement pour le recyclage et la récupération des éléments critiques à partir de matériaux auparavant considérés comme des déchets.”

Plus d’information:
Yaguang Zhu et al, L’extraction supercritique de dioxyde de carbone/azote/air avec décapage en plusieurs étapes permet la récupération sélective des éléments de terres rares à partir des cendres volantes de charbon, Durabilité de la SRC (2023). DOI : 10.1039/D2SU00033D

Fourni par l’Université de Washington à St. Louis

Citation: Un nouveau procédé extrait des éléments de terres rares à partir de déchets (2023, 24 mars) récupéré le 24 mars 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-03-rare-earth-elements.html

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