Extraction et enrichissement des terres rares contenues dans des résidus miniers par liquides ioniques fonctionnalisés

L’essor des technologies avancées en lien avec le développement durable telles que les véhicules électriques et les systèmes de transformation d’énergie renouvelable (éoliennes, cellules solaires) est intimement lié aux matériaux requis pour leur fabrication et leur fonctionnement. Les moteurs des voitures électriques par exemple sont basés sur des aimants de haute performance qui nécessitent des éléments comme les éléments de terres rares (ETR). Ces éléments sont en fait des éléments plutôt communs qui se retrouvent à faibles quantités dans différents types de minerais. Leur exploitation est donc généralement coûteuse et certains pays comme la Chine en exercent un quasi-monopole, limitant ainsi l’accès à de précieuses ressources nécessaires pour le domaine des hautes technologies. 

Afin de diversifier les sources d’approvisionnement en éléments de terres rares, plusieurs scientifiques et industries se sont tournés vers la récupération des ETR lors de l’exploitation et la transformation de différents minerais. Par exemple, la bauxite utilisée dans l’industrie de l’aluminium et les boues rouges, un produit de transformation, contiennent de faibles teneurs de terres rares qui peuvent être exploitées. Les principaux défis à cette voie d’exploitation sont reliés à la teneur à l’état de trace (quelques parties par million) des ETR et la concentration élevée d’éléments tels que le fer, le silicium et l’aluminium. Des méthodes innovantes hautement efficaces et sélectives doivent donc être développées afin de pouvoir tirer profit de ces sources.

Le projet que nous avons mené visait à développer des phases liquides permettant la récupération sélective des ETR à partir de solutions aqueuses trouvées dans le procédé de purification de l’alumine haute pureté. En purifiant l’alumine, la solution aqueuse acide en retire les impuretés, incluant les ETR. L’extraction des ETR de ces solutions acides est effectuée traditionnellement en utilisant des solvants organiques non miscibles avec l’eau contenant un extractant pouvant se lier aux ETR ciblés. L’utilisation de ces solvants pose problème au niveau de l’émission de composés volatils toxiques nécessitant la récupération des vapeurs et rendant difficile la réutilisation (recyclage) de la phase d’extraction. Afin de pallier à ce problème, nous avons développé des phases non volatiles à base de liquides ioniques dont la structure a été modifiée avec un groupement extractant. Nous avons démontré que ces phases permettaient une extraction hautement efficace (>95% d’extraction des ETR) et pouvaient être réutilisées pour effectuer plusieurs cycles. Le projet a également permis de mieux comprendre la formation des complexes ETR-extractant dans ces phases et de proposer des ions sans fluor afin de diminuer l’impact environnemental. En plus de ces retombées scientifiques, le projet a mené au dépôt d’une demande de brevet sur les nouvelles structures développées.