Réseau scientifique MCS : résultats de recherche, enjeux mondiaux MCS, circuits imprimés, défense et séparation des terres rares

Le procédé d’Innord constitue une approche innovante d’extraction et de recyclage dédiée principalement à la récupération des terres rares, telles que Ce, Pr, La, Nd et Sc, à partir d’un minerai ou d’un résidu minier, ainsi que de l’acide chlorhydrique (HCl) à partir de chlorures métalliques en utilisant un acide protique peu coûteux et régénérable. Le procédé a ensuite été optimisé en optant pour des conditions plus simples et plus avantageuses sur le plan économique. Ainsi, notre procédé optimisé est plus facile à mettre à l’échelle et plus rentable que les procédés de régénération existants.

Le Québec produit environ 2,8 Mt d’aluminium par an, soit 90 % de la production canadienne. Cette activité génère des résidus industriels, dont les brasques usées composées de blocs de carbone graphitisé (cathodes) et de briques réfractaires contaminés par les bains d’électrolyse.

L’usine de Rio Tinto à Jonquière peut traiter jusqu’à 80 000 tonnes de brasques par an, produisant des sous-produits inertes et valorisables. Des essais pilotes ont montré qu’un traitement par flottation permettrait d’atteindre des taux de graphite proches de 90 %, en complément du procédé actuel.

Ce projet vise à purifier ce matériau flotté par des procédés hydrométallurgiques ou pyrométallurgiques afin d’obtenir du graphite de qualité batterie. Avec l’appui financier du CRITM, Rio Tinto collabore avec des groupes de recherche canadiens spécialisés dans la purification du graphite et les tests de performance en batterie. L’Université du Québec à Chicoutimi analyse également les scénarios de purification sous l’angle du cycle de vie, en les comparant aux filières existantes.

Ce sous-produit, avec un potentiel annuel de plusieurs milliers de tonnes de graphite synthétique, pourrait devenir un complément intéressant à l’exploration et à l’extraction du graphite naturel au Québec.

Le recyclage des batteries Li-ion en fin de vie, ainsi que des rebuts de production, constitue un levier stratégique pour bâtir une véritable économie circulaire. Jusqu’à présent, les efforts de développement des procédés de recyclage se sont principalement concentrés sur la récupération des métaux contenus dans la masse noire produite par les recycleurs. Pourtant, la valorisation du graphite usé constitue à la fois un défi technologique de taille et une opportunité stratégique pour l’industrie. Grâce à notre procédé de purification GraphRenew^TM, nous avons démontré qu’on peut éliminer efficacement les impuretés présentes dans le graphite usé issu de plusieurs sources de masse noire et atteindre des niveaux de pureté compatibles avec les exigences des batteries Li-ion. Nous présenterons les propriétés physico-chimiques des graphites usé et purifié, ainsi que leur performance électrochimique évaluée en pile bouton. Enfin, nous exposerons nos principales conclusions et les orientations futures visant à optimiser la régénération du graphite.

La filière de production des MCS engendre plusieurs sous-produits qui devront être éventuellement enfouis, traités ou transformés. Cette étude s’intéresse au sulfate de sodium provenant de la neutralisation des lixiviats d’acide sulfurique qui sont produits par plusieurs procédés hydrométallurgiques, dont ceux des partenaires du projet. Bien qu’une partie des centaines de milliers de tonnes récupérées annuellement puisse être revalorisée (détergents en poudre en Amérique du Sud ou industries textiles asiatiques), la production mondiale de cette substance est excédentaire et n’a que peu de valeur économique. Cette étude a investigué différentes saumures de sulfate de sodium qui ont abord été purifiées en amont, puis séparées en acide et bases par électrolyse membranaire. Les diverses saumures étudiées présentent des profils de contaminants différents, nécessitant la mise au point d’un procédé de purification préalable à l’utilisation de la technologie d’électrolyse membranaire mise au point par Technologie Aepnus. L’électrolyse membranaire permet de séparer les ions (sulfate et sodium) par transfert d’électrons pour fabriquer de l’hydroxyde de sodium et de l’acide sulfurique d’une pureté supérieure à celle du marché. Plus de 3000 heures d’expérimentation, réparties entre des essais de 100 heures visant l’amélioration continue des composantes et des études de vieillissement de plus de 1000 heures, ont été réalisées pour obtenir les données nécessaires à la mise à l’échelle. À terme, le procédé étudié donnera aux producteurs de sulfate de sodium québécois un débouché pour ce sous-produit qui pourra être transformé de nouveau en réactifs chimiques nécessaires à leurs procédés grâce à l’utilisation de l’électricité comme intrant.

La désinformation autour des ressources minérales constitue un enjeu stratégique majeur dans le cadre de la compétition mondiale pour le contrôle des MCS. Ce type de comportement fait partie de la guerre économique que se livrent les états en vue d’attirer des investissements étrangers, de renforcer leur poids stratégique et leur discours national, de protéger leur sécurité et leur souveraineté ou encore de masquer des pratiques de corruption. La faiblesse des organismes de gestion au sein des états y contribue souvent en laissant la place à des approches exclusivement politiques. La désinformation peut s’exprimer par une surestimation, une sous-estimation ou une opacité volontaire entourant les ressources minérales et/ou des investissements associés. La puissance de l’auto-intoxication par les réseaux sociaux, la rareté des sources objectives et la collusion des intérêts privés et publics conduisent ainsi à des comportements toxiques des gouvernements, tant sur le plan environnemental que social. A l’opposé, la transparence confine parfois à la naïveté. De nombreux exemples illustrent ce phénomène, notamment dans les zones de conflits récents : Afghanistan, Ukraine, Afrique occidentale et centrale… L’information géologique est donc une arme stratégique et devrait donc s’accompagner de règles éthiques.

L3 Développement de Procédés collabore avec ses clients afin d’innover et de commercialiser des procédés de récupération de métaux technologiques. L’accent est mis sur le développement durable et l’efficacité énergétique par l’utilisation de notre approche « Scrum » pour la réalisation de projets. Cette conférence décrira une série d’études de cas portant sur des projets passés afin d’illustrer notre approche appliquée à la mise au point de schémas de séparation des éléments de terre rares (ETR).

La présentation introduira d’abord la structure et les capacités de L3 Développement de Procédés. Nous discuterons du processus typique suivi par un projet de développement que nous pourrons ensuite comparer avec l’approche employée par L3.

L’approche « Scrum » de développement de procédés, telle qu’appliquée par L3 au développement de schémas de séparation des ETR, sera ensuite présentée en utilisant une série d’études de cas, depuis la conception jusqu’au pilotage.

L’expertise de L3 dans les ETR s’est développée depuis 2012 et se poursuit avec de multiples clients, tels que Niocorp, Aclara, Commerce Resources et le Département de l’Énergie des États-Unis. Nous sommes impliqués dans les aspects d’extraction, de séparation et de métallisation de la chaîne d’approvisionnement de ces éléments. L3 est également engagé dans la recherche scientifique touchant de nouvelles technologies de traitement des ETR en collaboration avec Virginia Tech et la West Virginia University.