Des taux de recyclage de 92% possibles pour le lithium
Récupération plus efficace du lithium dans les scories de fusion grâce à une substance naturelle issue du grenadier
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Les batteries lithium-ion envahissent notre quotidien : elles alimentent en électricité sans fil les ordinateurs portables, les smartphones, les voitures électriques et bien d'autres choses encore. L'utilisation croissante de ces batteries exige des méthodes de recyclage durables. Mais la récupération du lithium est actuellement encore coûteuse et peu rentable. Des chercheurs de l'Université technique de Clausthal ont trouvé, avec la substance naturelle punicine et ses dérivés (composés dérivés), un moyen qui, appliqué au procédé de séparation par flottation, permet d'atteindre des taux élevés de récupération du lithium. Les chercheurs en ont rendu compte dans une récente publication Open Access.
La punicine est le nom de la substance chimique qui a été isolée en 1994 à partir des feuilles d'un grenadier et qui a fait l'objet de nombreuses recherches à l'université technique de Clausthal dans le groupe du professeur Andreas Schmidt de l'institut de chimie organique. La particularité de cette substance naturelle simple (composée d'une hydroquinone et d'un noyau de pyridinium) est sa commutabilité : ainsi, sa charge peut être réglée du simple positif au double négatif par la valeur du pH. Sous irradiation, la punicine forme déjà des radicaux avec la lumière du jour normale, de sorte qu'elle a d'autres propriétés à la lumière qu'à l'obscurité. La simplicité de sa structure ouvre des possibilités de modifier chimiquement la punicine naturelle selon le principe modulaire et de produire une multitude de dérivés, par exemple aussi des molécules tensioactives commutables.
La technique de flottation, utilisée depuis longtemps dans le traitement des minerais, est désormais appliquée avec succès dans de nouveaux procédés de recyclage du lithium, puisqu'elle permet de collecter des minéraux de lithium artificiels (appelés EnAM - engineered artificial minerals) extraits des scories pyrométallurgiques. Dans le cadre du programme prioritaire SPP 2315 de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), le groupe du professeur Schmidt effectue des recherches sur les optimisations structurelles et les mécanismes de la punicine, afin d'enrichir le lithium ainsi que d'autres matières premières critiques pour le recyclage en séparant les matériaux sans valeur (matériaux de gangue).
Les collecteurs de punicine se lient à la surface des particules minérales telles que l'aluminate de lithium, rendant ainsi les surfaces de ces particules hydrophobes. Ainsi, les précieux minéraux contenant du lithium sont transportés à la surface par des bulles d'air, tandis que les matériaux de gangue ne sont pas flottés. Autre point fort : la possibilité de "commuter" les propriétés des punicines par la lumière en combinaison avec les valeurs de pH permet de rendre l'interaction de surface plus sélective et d'améliorer la flottation.
"Nous avons maintenant produit, caractérisé et testé plus de 50 punicines différentes dans le recyclage du lithium. Nous parvenons à obtenir des taux de récupération allant jusqu'à 92% lorsque les paramètres de flottation sont optimisés avec de nouvelles punicines", explique le doctorant Max Fischer. C'est pourquoi on étudie actuellement la possibilité d'utiliser les dérivés de la punicine pour récupérer d'autres EnAM de lithium comme les manganates de lithium ainsi que d'autres minéraux de valeur comme le cuivre ou le tantale.
"Le recyclage du lithium est une tâche exigeante qui ne peut être menée à bien qu'en collaboration avec de nombreux collègues d'autres disciplines", explique le professeur Schmidt. C'est pourquoi les chercheurs en chimie organique travaillent dans ce projet à l'Université technique de Clausthal avec les groupes du professeur Ursula Fittschen (Institut de chimie inorganique et analytique), du professeur Michael Fischlschweiger (Institut de technologie des procédés énergétiques et de technologie des combustibles), du professeur Alfred Weber et du docteur Annett Wollmann (Institut de technologie des procédés mécaniques) ainsi que du docteur Thomas Schirmer (Institut de géotechnologie et de matières premières minérales) et d'autres chercheurs externes de l'Université technique de Bergakademie Freiberg, de la TH Nürnberg et de la RWTH Aachen.
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