Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Cet article décrit la preuve de concept de l’utilisation d’une solution de lixiviation sous forme de mousse pour dissoudre le cuivre, avec comme application visée le traitement des déchets d'équipements électriques et électroniques. Sur un échantillon modèle, la réactivité de l’oxygène de l’air présent dans les bulles permet de s’affranchir de l’ajout d’un oxydant chimique. De plus, le faible rapport liquide/gaz permet de réduire de façon notable le volume d’effluents et de concentrer le métal dissous. Enfin, le choix d’un tensioactif ayant des propriétés de ligands envers le cuivre accélère la lixiviation.
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This paper describes the proof of concept of the use of a leaching solution in the form of a foam to dissolve copper, with the targeted application of the treatment of waste electrical and electronic equipment. On a model sample, the reactivity of the oxygen in the air present in the bubbles makes it possible to dispense with the addition of a chemical oxidant. Moreover, the low liquid/gas ratio allows to reduce significantly the volume of effluents, and to concentrate the dissolved metal. Finally, the choice of a surfactant with ligand properties towards copper accelerates the leaching.
Auteur(s)
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Cécile MONTEUX : Directrice de Recherche au CNRS - Université PSL-Sorbonne Université, ESPCI-CNRS, - Laboratoire Sciences et Ingénierie de la Matière Molle, Paris, France
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Grégory LEFEVRE : Directeur de Recherche au CNRS - Université PSL, Chimie ParisTech-CNRS, - Institut de Recherche de Chimie Paris, Paris, France
INTRODUCTION
La récupération d’une grande variété de métaux dans les DEEE (parfois nommés D3E) (déchets d’équipements électriques et électroniques), également appelés « e-déchets », est un enjeu majeur dans la préservation des ressources naturelles et simultanément dans le traitement d’une importante quantité de déchets. L’hydrométallurgie, basée sur des solutions de lixiviation contenant des oxydants ou des acides pour extraire des métaux, traditionnellement utilisée dans l’industrie minière pour le traitement du minerai, est également une voie prometteuse pour la récupération de métaux à partir des DEEE (tels que les métaux du groupe du Pt, Au, Ag, Cu). En outre, en choisissant soigneusement les lixiviants, il est possible d’obtenir un procédé sélectif maximisant la récupération des métaux précieux tout en minimisant l’extraction des éléments accessoires. Néanmoins, les procédés hydrométallurgiques peuvent générer de grands volumes d’effluents polluants tels que les cyanures ou l’acide sulfurique.
Pour résoudre ce problème, des procédés respectueux de l’environnement sont nécessaires pour traiter les DEEE. Ils peuvent reposer sur des lixiviants plus écologiques (acide formique ou persulfate de potassium) ou des méthodes de biolixiviation basées sur des micro-organismes éventuellement associés à des chélatants. Une approche récemment investiguée propose une autre voie pour réduire les quantités de réactifs et d’effluents en développant des mousses aqueuses de lixiviation. Les mousses consistent en un assemblage de bulles stabilisées par des molécules tensioactives, et contiennent au minimum 75 % de phase gazeuse. Elles sont déjà utilisées dans différents procédés, pour le traitement des eaux usées ou pour la flottation des minerais, car elles ont la capacité de concentrer les particules, les ions, et certaines molécules comme les protéines. Le rapport gaz/liquide élevé permet de viser une réduction du volume de liquide de 75 à 99 % par rapport à des procédés basés sur des solutions, conduisant à des gains substantiels en termes de volume de réactifs et d’effluents. Par ailleurs, le tensioactif peut associer d’autres fonctions, comme celle de ligand pour améliorer la sélectivité de l’extraction. La phase gazeuse peut également être contrôlée pour ajuster son potentiel oxydant, en utilisant des pressions partielles d’oxygène différentes, ou de l’ozone.
L’étude présentée dans cet article illustre une preuve de ce concept, en dissolvant du cuivre métallique par une mousse constituée d’air, d’acide chlorhydrique diluée et de tensioactifs non ioniques de type alkyl polyoxyéthylène éther. L’oxygène de l’air présent dans les bulles réagit très rapidement avec le cuivre métallique pour le dissoudre en présence d’acide non oxydant, contrairement aux expériences témoin réalisées sans mousse. L’utilisation d’un tensioactif anionique jouant le rôle de ligand des ions cuivriques promeut ce phénomène.
Ces résultats ouvriraient la voie à des procédés plus respectueux de l’environnement, en permettant de traiter les volumes importants de déchets électroniques générés annuellement et actuellement sous-valorisés.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes utilisés.
Domaine : hydrométallurgie
Degré de diffusion de la technologie : émergence
Technologies impliquées : dissolution acide, fabrication de mousses, analyses élémentaires
Domaines d’application : lixiviation de métaux
Contact : [email protected], [email protected]
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
copper | lixiviation | foam | WEEE
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Perspectives et évolutions
Cet article présente une preuve de concept sur un substrat modèle de l’utilisation d’une mousse lixiviante en hydrométallurgie. Ces recherches peuvent être poursuivies dans deux directions à partir de ce premier résultat.
Tout d’abord, il serait nécessaire de se rapprocher de l’application en étudiant les possibilités de lixivier un substrat avec une géométrie proche des déchets broyés. La solution la plus directe, le mélange de ces broyats avec la mousse, présente plusieurs inconvénients. On peut notamment citer un risque de dispersion incomplète, avec des résidus qui sédimenteraient et se retrouveraient dans la phase liquide sous la mousse, et d’autres qui resteraient en surface, de façon similaire à ce qui est observé en flottation. La stabilité de la mousse en présence de ces broyats est un autre facteur qui peut s’avérer problématique. Même en l’absence de ces difficultés, la nécessité d’agiter la mousse pour accélérer la réaction de lixiviation devrait être l’objet d’expérimentations pour faire progresser cette approche.
Une autre géométrie de procédé serait d’injecter la mousse à travers une colonne de broyats. Une analogie peut être effectuée avec des procédés de décontamination du sable par des tensioactifs, mais les réactions chimiques sont différentes. Il serait donc nécessaire de suivre l’avancée de la dissolution et de la consommation des réactifs tout au long de la colonne. Une dernière difficulté pourrait être l’évolution de la porosité si les broyats étaient attaqués dans leur épaisseur. Dans ce cas, la diminution de la taille des particules entraînerait un effondrement de la colonne et une réduction de la porosité. Le problème serait alors de suivre l’avancée de la mousse dans une colonne au comportement dynamique.
Au niveau fondamental, le choix des molécules tensioactives est un autre axe de recherche à développer. Il est possible en effet d’accélérer la dissolution par l’utilisation de tensioactifs jouant également le rôle de ligands pour le métal cible. Une illustration de cet effet est donnée dans cet article avec deux molécules usuelles, mais le développement de nouvelles molécules conçues dans ce but serait une voie d’optimisation.
Par ailleurs, une limitation de l’utilisation de tensioactifs réside dans leur stabilité physico-chimique....
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Perspectives et évolutions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CIACCI (L.), VASSURA (I.), PASSARINI (F.) - Urban Mines of Copper: Size and Potential for Recycling in the EU, - Resources, vol. 6, p. 6 (2017).
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(2) - THOMAS (C.) - Recyclage des cartes électroniques : un aperçu de l’état de l’art, - Annales des Mines – Responsabilité et environnement, vol. 82, pp. 57-61 (2016).
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(3) - HUBAU (A.) - Conception d’un procédé de biolixiviation pour la valorisation des métaux contenus dans les déchets de cartes électroniques, - Thèse de Doctorat, Université Paris Sciences et Lettres (2019).
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(4) - TRINH (P.), MIKHAILOVSKAYA (A.), ZHANG (M.), PERRIN (P.), PANTOUSTIER (N.L.G.), MONTEUX (C.) - Leaching foams: toward a more environmentally-friendly process for the recovery of critical metals from electronic wastes, - ACS Sustainable Chemistry & Engineering, vol. 9, pp. 14022-14028 (2021).
-
(5) - FOURNEL (B.), FAURE (S.), POUVREAU (J.), DAME (C.), POULAIN (S.) - Decontamination using foams: a brief...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Bureau des ressources géologiques et minières (BRGM) http://www.brgm.fr/fr
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