Extraire les terres rares hors de Chine et... proprement !

La production mondiale de terres rares est un marché annuel de 4 milliards d'euros. Ce marché continue de croître à mesure que de nouveaux produits électroniques, des moteurs pour les avions, les navires de guerre, les automobiles électriques, les aimants et d'autres produits essentiels sont développés et ont besoin de terres rares pour fonctionner. La valeur des produits fabriqués avec des terres rares, et principalement les néodymes, est estimée à plus de 4 000 milliards d'euros par an.

Le défi actuel est qu'un seul pays, la Chine, détient le marché de l'extraction et de la purification de cette ressource essentielle, alors que d'autres pays du monde, dont les États-Unis, sont riches en ces métaux. L'impact environnemental néfaste de la séparation et de la purification actuelles des terres rares à base d'acide interdit à la plupart des entreprises du monde entier d'entrer sur le marché.

Les nouvelles technologies respectueuses de l'environnement promettent de changer la donne dans ce domaine et de permettre aux États-Unis et d'autres pays de créer une source locale plus stable et plus fiable. Il est démontré que les procédés d'extraction et de purification brevetés par l'université de Purdue, utilisant la chromatographie assistée par ligands, permettent d'éliminer et de purifier ces métaux des cendres de charbon, des aimants recyclés et du minerai brut de manière sûre, efficace et pratiquement sans impact nuisible sur l'environnement.

Méthode de chromatographie assistée par ligands respectueuse de l'environnement

Le graphique illustre une méthode écologique de chromatographie assistée par ligand pour aider à produire des métaux de terres rares purifiés, entre autres néodymes et samarium-cobalt, à partir de déchets magnétiques afin d'assurer un approvisionnement solide en matériaux essentiels pour l'électronique. Crédit : Illustration fournie par Linda Wang

"C'est un défi pour la chaîne d'approvisionnement qui a de larges implications sur l'économie américaine et la sécurité nationale. Nous avons un produit dont nous avons un besoin critique et une source dominante pour ce produit. Ce nouveau procédé breveté promet de permettre l'indépendance des États-Unis par rapport au quasi-monopole chinois", a déclaré Dan Hasler, fondateur de Hasler Ventures. "Cette technologie a été recherchée et développée à l'université de Purdue pendant plus d'une décennie et s'est avérée polyvalente et robuste".

Hasler Ventures a obtenu de la Fondation de recherche Purdue les droits qui lui permettent de commercialiser la propriété intellectuelle de cette technologie.

La technologie - développée et brevetée dans le laboratoire de Nien-Hwa Linda Wang, professeur de génie chimique Maxine Spencer Nichols de Purdue - a montré avec succès qu'elle permettait de séparer les métaux des terres rares sans les effets dévastateurs sur l'environnement des méthodes conventionnelles à base d'acide, avec un rendement et une pureté élevés.

Une partie de cette technologie a été publiée le 31 mars 2020 dans la publication Green Chemistry de la Royal Society of Chemistry. La source de financement de cette recherche comprend le ministère de la défense.

"Environ 60% des métaux des terres rares sont utilisés dans des aimants qui sont nécessaires dans la vie quotidienne de presque tout le monde. Ces métaux sont utilisés dans l'électronique, les avions, les voitures hybrides et même les éoliennes", a déclaré M. Wang. "Nous avons actuellement une source étrangère dominante pour ces métaux et si l'offre devait être limitée pour une raison quelconque, cela serait dévastateur pour la vie des gens. Ce n'est pas que la ressource n'est pas disponible aux États-Unis, mais que nous avons besoin d'un moyen meilleur et plus propre pour traiter ces métaux de terres rares".

Selon Wang, après que la Chine ait réduit les quotas d'exportation de métaux de terres rares en 2010, le coût des aimants de terres rares pour une éolienne est passé de 80 000 à 500 000 dollars. Après que la Chine ait assoupli les restrictions à l'exportation 18 mois plus tard, les prix sont revenus à des niveaux plus bas qu'en 2010.

"Les méthodes conventionnelles de production d'éléments de terres rares de haute pureté font appel à des méthodes d'extraction liquide-liquide à deux phases, qui nécessitent des milliers d'unités de mélangeurs-décanteurs en série ou en parallèle et génèrent de grandes quantités de déchets toxiques", a déclaré M. Wang. "Nous utilisons un système de chromatographie de déplacement assisté par ligands à deux zones avec une nouvelle méthode de séparation par zones qui produit des métaux de haute pureté (>99%) avec des rendements élevés (>99%)".

La méthode de Wang assistée par ligand offre la possibilité de purifier efficacement et de manière écologique les métaux des terres rares provenant de toutes les sources de recyclage, comme les aimants usagés et les sources à base de minerai, et contribue à transformer le traitement des terres rares en un processus circulaire et durable.

"Nous continuons à travailler avec diligence en laboratoire pour apprendre à adapter le système assisté par ligands aux nombreuses variations que nous constatons dans les matériaux de base et nous sommes enthousiastes à l'idée de collaborer avec des partenaires potentiels et d'évaluer leur aptitude à utiliser les matériaux de base, qu'il s'agisse d'aimants et de piles recyclés, de cendres de charbon ou de minerai extrait dans le pays.

Joe Pekny, professeur de génie chimique à Purdue, a déclaré que l'innovation de Wang permet aux États-Unis de réintégrer le marché des métaux des terres rares de manière significative et durable.

"Ce qui est passionnant, c'est que les États-Unis disposent des métaux de terres rares nécessaires pour répondre aux demandes croissantes du marché américain et d'autres marchés dans le monde entier, et qu'ils réduisent notre dépendance à l'égard des sources étrangères", a déclaré M. Pekny. "La méthode de Linda remplace un processus très inefficace et le remplace par un processus d'extraction sûr et respectueux de la terre".

Référence : Chromatographie de déplacement assisté par ligand à deux zones pour produire du praséodyme, du néodyme et du dysprosium de grande pureté avec un rendement élevé et une productivité élevée à partir de mélanges bruts dérivés de déchets magnétiques par Yi Ding, David Harvey et Nien-Hwa Linda Wang, 31 mars 2020, Green Chemistry.

Source: Scitechdaily.com