Développement d'un procédé hydro-pyrométallurgique pour le recyclage d'aimants permanents

Les activités humaines sont à l'origine de graves problèmes environnementaux tels que le changement climatique et la pollution. La transition vers les sources d'énergie renouvelables et l'électrification des transports sont essentielles pour réduire les émissions de carbone. L'énergie éolienne et les véhicules électriques jouent un rôle crucial dans cette transition et nécessitent des aimants permanents fabriqués à partir de terres rares telles que le néodyme et le dysprosium. Toutefois, l'approvisionnement en ces métaux est limité par des questions géopolitiques et environnementales. Le développement d'une chaîne de recyclage des aimants usagés en Europe est essentiel pour garantir un approvisionnement durable, réduire les dépendances externes et soutenir les technologies vertes et la stabilité économique. Ce rapport étudie deux voies de recyclage : L'extraction de métal liquide et un processus hydrométallurgique axé sur les étapes de lixiviation et de purification. Dans le processus d'extraction du métal liquide, les aimants NdFeB sont immergés dans du magnésium liquide, ce qui permet aux éléments des terres rares de se diffuser dans le métal liquide. Le dispositif expérimental comprend un système de chauffage et un réacteur à capsule scellée pour assurer un contrôle optimal de la température. La zone de diffusion, où les éléments de terres rares se sont diffusés dans le métal liquide, est analysée à l'aide du SEM-EDS. L'analyse de la composition élémentaire est effectuée à l'aide de l'EPMA pour déterminer la teneur en éléments de terres rares dans les zones appauvries des aimants. L'étude a permis d'extraire 88,07 % du néodyme après 50 minutes de traitement. La voie hydrométallurgique implique un processus de lixiviation détaillé. Les aimants NdFeB usagés subissent une oxydation thermique pour préparer le matériau à la lixiviation, ce qui améliore la sélectivité en modifiant la composition chimique. La poudre oxydée est ensuite immergée dans de l'acide dans des conditions contrôlées. La caractérisation est effectuée par SEM-EDS et XRD, et les résultats sont analysés par MP-AES pour déterminer l'efficacité de la lixiviation. Le processus de lixiviation a produit une solution de liqueur prégnante contenant 18,51 g/L de néodyme dans les conditions suivantes : concentration de HCl = 0,5 mol.L-1, température de lixiviation = 93 °C, température de grillage = 850 °C pendant 6 heures ; S/L = 100 g/L, agitation = 500 tours/minute. L'étape de purification utilise l'extraction liquide-liquide, transférant les ions métalliques de la phase aqueuse à la phase organique. L'étude a porté sur différents extractants et conditions. Des extractants uniques et des solvants synergiques ont été testés, ce qui a donné une faible efficacité d'extraction du néodyme (~10%) mais des efficacités élevées pour le dysprosium et le gadolinium (>80%). La stratégie finale visait à conserver le néodyme dans le raffinat, produisant 16,03 g/L de néodyme avec un minimum d'impuretés en utilisant les conditions suivantes : 1 mol.L-1 D2EHPA+TBP (rapport molaire 1) dilué dans du kérosène, à pH d'équilibre, rapport volumétrique phase organique/phase aqueuse = 1, temps d'agitation = 30 minutes, température d'agitation = 25°C. Le rapport est complété par une évaluation du cycle de vie comparant les impacts environnementaux des processus de recyclage hydrométallurgique et pyrométallurgique des aimants NdFeB. La voie pyrométallurgique s'est révélée être la meilleure option pour produire du néodyme métallique à partir d'aimants recyclés, avec des impacts six fois inférieurs à ceux de la voie conventionnelle et 3,4 fois inférieurs à ceux de la voie hydrométallurgique. Toutefois, cette étude a fourni des informations préliminaires et une évaluation complète du cycle de vie est nécessaire pour obtenir des résultats précis.