27.09.2022 - Pacific Northwest National Laboratory

Un procédé simple permet d'extraire un précieux sel de magnésium de l'eau de mer

Cette méthode joue un nouveau tour avec un vieux procédé.

Depuis l'Antiquité, l'homme extrait des sels, comme le sel de table, de l'océan. Si le sel de table est le plus facile à obtenir, l'eau de mer est une source riche de différents minéraux, et les chercheurs cherchent à savoir lesquels ils peuvent extraire de l'océan. L'un de ces minéraux, le magnésium, est abondant dans la mer et de plus en plus utile sur terre.

Le magnésium a des applications émergentes liées à la durabilité, notamment dans le captage du carbone, le ciment à faible teneur en carbone et les batteries potentielles de nouvelle génération. Ces applications suscitent un regain d'intérêt pour la production nationale de magnésium. Actuellement, le magnésium est obtenu aux États-Unis par un processus à forte intensité énergétique à partir de saumures de lacs salés, dont certaines sont en danger en raison des sécheresses. Le département de l'énergie a inclus le magnésium dans sa liste récemment publiée des matériaux critiques pour la production nationale.

Un article publié dans Environmental Science & Technology Letters montre comment des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) et de l'université de Washington (UW) ont trouvé un moyen simple d'isoler un sel de magnésium pur, matière première du magnésium métal, à partir de l'eau de mer. Leur nouvelle méthode consiste à faire circuler deux solutions côte à côte dans un long courant. Appelé "méthode du co-courant laminaire", le procédé tire parti du fait que les solutions qui s'écoulent créent une frontière en constante réaction. De nouvelles solutions s'écoulent, sans jamais permettre au système d'atteindre l'équilibre.

Cette méthode joue un nouveau tour avec un vieux procédé. Au milieu du 20e siècle, les entreprises chimiques ont réussi à créer une charge de magnésium à partir de l'eau de mer en la mélangeant à de l'hydroxyde de sodium, communément appelé soude. Le sel d'hydroxyde de magnésium obtenu, qui donne son nom à l'antiacide lait de magnésie, a ensuite été transformé pour fabriquer du magnésium métal. Cependant, le processus aboutit à un mélange complexe de sels de magnésium et de calcium, qu'il est difficile et coûteux de séparer. Ces travaux récents produisent du sel de magnésium pur, ce qui permet un traitement plus efficace.

"Normalement, les gens font avancer la recherche sur les séparations en développant des matériaux plus compliqués", a déclaré Chinmayee Subban, chimiste au PNNL et professeur affilié de science et de génie des matériaux à l'UW. "Ce travail est très intéressant car nous adoptons une approche complètement différente. Nous avons trouvé un processus simple qui fonctionne. Une fois mis à l'échelle, ce processus pourrait contribuer à la renaissance de la production de magnésium aux États-Unis en générant une matière première primaire. Nous sommes entourés d'une ressource énorme, bleue et inexploitée."

De l'eau de Sequim au sel solide

Subban et l'équipe ont testé leur nouvelle méthode en utilisant l'eau de mer du campus PNNL-Sequim, ce qui a permis aux chercheurs de profiter des installations du PNNL dans tout l'État de Washington.

"En tant que membre du personnel des sciences côtières, j'ai simplement appelé un membre de notre équipe de chimie de Sequim et demandé un échantillon d'eau de mer", a déclaré Subban. "Le lendemain, nous avons fait livrer une glacière à notre laboratoire de Seattle. À l'intérieur, nous avons trouvé des packs de froid et une bouteille d'eau de mer réfrigérée de Sequim." Ce travail est représentatif de la collaboration qui peut exister entre les campus Richland, Seattle et Sequim du PNNL.

Dans la méthode du flux laminaire, les chercheurs font couler de l'eau de mer à côté d'une solution d'hydroxyde. L'eau de mer contenant du magnésium réagit rapidement pour former une couche d'hydroxyde de magnésium solide. Cette fine couche agit comme une barrière au mélange de la solution.

"Le processus d'écoulement produit des résultats radicalement différents du simple mélange de solutions", a déclaré Qingpu Wang, chercheur postdoctoral au PNNL. " La barrière initiale d'hydroxyde de magnésium solide empêche le calcium d'interagir avec l'hydroxyde. Nous pouvons produire sélectivement de l'hydroxyde de magnésium solide pur sans avoir besoin d'étapes de purification supplémentaires. "

La sélectivité de ce procédé le rend particulièrement puissant. La production d'hydroxyde de magnésium pur, sans aucune contamination par le calcium, permet aux chercheurs d'éviter les étapes de purification coûteuses et gourmandes en énergie.

Durabilité pour l'avenir

Ce nouveau procédé doux a le potentiel d'être hautement durable. Par exemple, l'hydroxyde de sodium utilisé pour extraire le sel de magnésium peut être produit sur place à l'aide d'eau de mer et d'énergie marine renouvelable. L'élimination du magnésium est un prétraitement nécessaire au dessalement de l'eau de mer. En couplant ce nouveau procédé aux technologies existantes, il pourrait être plus facile et moins coûteux de transformer l'eau de mer en eau douce.

L'équipe est particulièrement enthousiaste quant à l'avenir du procédé. Leurs travaux constituent la première démonstration de la méthode du co-flux laminaire pour les séparations sélectives. Cette nouvelle approche a de nombreuses autres applications potentielles, mais il reste encore du travail à faire pour comprendre la chimie sous-jacente du processus. Ce manque de connaissances offre de nouvelles possibilités et orientations de recherche pour alimenter l'économie bleue.

"Nous voulons faire passer ces travaux du stade empirique au stade prédictif", a déclaré Elias Nakouzi, spécialiste des matériaux au PNNL. "Il existe une opportunité passionnante de développer une compréhension fondamentale du fonctionnement de ce processus tout en l'appliquant à des problèmes importants comme la création de nouveaux matériaux énergétiques et la réalisation d'une séparation sélective d'ions difficiles à séparer pour le traitement de l'eau et la récupération des ressources."

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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