Les nanoparticules magnétiques tirent des éléments précieux des sources d’eau


Les nanoparticules magnétiques tirent des éléments précieux des sources d'eau

Sources potentielles de lithium provenant de l’eau produite dans opérations minières et pétrolières, exprimées en concentration (parties par million). Données de l’US Geological Survey, Produced Water Database. Crédit photo: Pacific Northwest National Laboratory

Une idée intelligente d’utiliser des nanoparticules pour extraire des matériaux de la saumure s’est transformée en projets pilotes à l’échelle industrielle qui pourraient aider à transformer les États-Unis en un producteur de minéraux critiques utilisés dans l’électronique et la production d’énergie. Aujourd’hui, la plupart de ces minéraux proviennent de sources internationales, dont beaucoup sont des régions en conflit.

La en instance de brevet, développée au Pacific Northwest National Laboratory du département américain de l’Énergie, a été exclusivement autorisée par Moselle Technologies, une start-up qui teste la technologie à plusieurs endroits aux États-Unis et dans le monde.

Ensemble, PNNL et Mosel se sont battus avec succès pour le financement du développement technologique, y compris deux prix de recherche et développement coopératifs et un prix DOE Advanced Manufacturing Office 2021 pour faire avancer le processus de capture d’éléments stratégiquement importants à partir de sources d’eau.

La nanoparticule centrale est constituée d’une forme d’oxyde de fer, mieux connue sous le nom de magnétite. Cette particule centrale est utilisée pour ancrer la coque adsorbante, qui lie sélectivement les composés d’intérêt. C’est la clé de la technologie brevetée. Les nanoparticules peuvent être introduites dans la saumure à partir de systèmes géothermiques, d’eau de production, d’eaux usées minérales et d’eau de mer, où elles se fixent à des composés cibles flottant librement. Lorsque le noyau de fer de la nanoparticule est exposé à un aimant, il se comporte comme de la limaille de fer dans une expérience scientifique classique – ils migrent vers l’aimant avec le matériau critique auquel ils sont liés et peuvent être filtrés hors de la solution saline. La technologie est en cours d’adaptation pour capturer le lithium, un métal léger polyvalent qui est peut-être mieux connu pour son rôle dans la technologie des batteries.

«Les approches actuelles de l’extraction du lithium à partir de l’eau, par exemple, nécessitent une étape de traitement qui pompe de grandes quantités d’eau, des milliers de gallons par , à travers un système de filtre à échange d’ions, ce qui le rend à la fois énergivore et coûteux», a déclaré Pete McGrail, Collègue du laboratoire PNNL et expert reconnu des terres rares – technologie de récupération. «Notre processus nanotechnologique nous permet de tout miniaturiser et élimine le besoin de séparateurs massifs d’échange d’ions qui sont nécessaires pour d’autres processus. C’est très simple. En quelques minutes, pratiquement tout le lithium a été retiré de la solution par des collisions moléculaires avec notre le sorbant peut ensuite être retiré avec un aimant où il peut être facilement collecté et nettoyé. « 

«Les gens ont perdu beaucoup d’argent en essayant de récolter du lithium», a déclaré Jerry Mills, PDG de Moselle Technologies. «Nous avons besoin d’un autre moyen de le faire. Nous recherchions la technologie la plus rentable pour fabriquer des éléments de terres rares et des éléments stratégiquement importants comme le lithium. Pour beaucoup d’entre eux, les États-Unis ont peu ou pas de production. Nous ferons la nôtre.  » Nous croyons que cette technologie nous permettra de surmonter la barrière des coûts. « 

Obtenir des minéraux critiques à la maison

Le lithium, le nickel, le cobalt et les éléments de terres rares sont très demandés par les fabricants de semi-conducteurs et d’éoliennes, ainsi que de batteries utilisées dans les véhicules électriques et d’autres technologies énergétiques respectueuses de l’environnement. À l’heure actuelle, cependant, la chaîne d’approvisionnement mondiale de ces éléments dépend fortement de processus d’extraction obsolètes qui consomment beaucoup d’énergie, consomment beaucoup d’eau et génèrent des déchets toxiques. Selon le ministère de l’Énergie, qui a donné la priorité aux approvisionnements nationaux, les importations représentent 100% des approvisionnements américains pour 14 des 35 matières critiques et plus de la moitié des 17 autres. Cette technologie PNNL, en développement en laboratoire depuis plusieurs années, est désormais prête à être testée sur le terrain.






Les projets pilotes débuteront au printemps 2021

L’un des projets pilotes prévus combine les ressources de l’industrie pétrolière et gazière avec la technologie PNNL.

«Les saumures de pétrole et de gaz sont une ressource nationale de lithium inexploitée», a déclaré McGrail.

La production de pétrole et de gaz aux États-Unis et au Canada pompe l’eau souterraine à la surface dans le cadre du processus de production. Le lithium est présent dans une grande partie de cette eau à divers endroits. Les scientifiques du PNNL estiment que si seulement 25 pour cent du lithium produit par l’exploration pétrolière et gazière était collecté dans l’eau, cela équivaudrait à la production mondiale annuelle actuelle. Pour tester cette possibilité, PNNL, Moselle Technologies, Canada Natural Resources Limited et Conoco Phillips Corporation effectueront un test prolongé sur le campus de PNNL à Richland, Washington. Là, l’équipe va tester la technologie en la soumettant à un test de cycle prolongé avec le système de séparateur magnétique, une étape nécessaire pour une production industrielle complète.

« En utilisant les nanoparticules magnétiques pour se lier aux particules de lithium en solution, nous nous attendons à ce que le concentré résultant soit sous une forme plus pure, réduisant le coût du traitement ultérieur », a déclaré Mills. « Et cela coûtera plus de la moitié du coût. »

Un deuxième projet, annoncé en janvier à la suite d’un processus de candidature concurrentiel, est financé par un prix du DOE Advanced Manufacturing Office pour l’exercice 20. Dans ce projet, Enerplus Corporation, Prairie Lithium Corporation, Enertopia Corporation et Dajin Lithium Corporation étudieront la technologie pour une application possible dans les mines de lithium au Nevada et au Canada. Les travaux ont été approuvés et débuteront au printemps 2021.

Plus que du lithium

La technologie propre et respectueuse de l’environnement pourrait également être utilisée pour récupérer d’autres matériaux critiques. Un troisième projet de recherche collaboratif étudiera cette possibilité.

«Nous avons développé des matériaux absorbants spécifiques à de nombreux éléments», déclare McGrail. «Sur ce projet, nous travaillerons avec la société géothermique néo-zélandaise Geo40, qui a identifié le césium présent dans ses saumures. Dans ce projet, l’équipe étendra les travaux de récupération du lithium pour inclure de nouveaux sorbants à haute sélectivité pour le césium. Le groupe souhaite construire avec succès une usine pilote en Nouvelle-Zélande.


Processus de récupération des métaux des batteries sous licence de Momentum Technologies


Fourni par le Pacific Northwest National Laboratory

Citation: Les nanoparticules magnétiques tirent des éléments précieux des sources d’eau (2021, 10 mai), extrait de https://phys.org/news/2021-05-magnetic-nanoparticles-valuable-elements-sources.html le 10 mai 2021

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