Nouvelle méthode respectueuse de l’environnement pour l’extraction et la séparation des éléments des terres rares


Nouvelle méthode respectueuse de l'environnement pour l'extraction et la séparation des éléments des terres rares

Les sources d’éléments de terres (ETR) à faible teneur, telles que les déchets industriels, contiennent généralement de nombreux éléments de terres rares et d’autres métaux en commun. Une nouvelle d’extraction et de séparation est basée sur une protéine appelée Lanmoduline (LanM), qui se lie d’abord à tous les éléments des terres rares de la source. Ensuite, les autres métaux sont drainés et retirés. En modifiant les conditions de l’échantillon, par exemple en modifiant la teneur en acide ou en ajoutant des composants appelés chélateurs, des types individuels d’éléments de terres rares ne sont plus liés et peuvent être collectés. Même si un échantillon contient de très petites quantités de terres rares, cette nouvelle méthode extrait et sépare avec succès les terres rares lourdes avec une grande pureté. Source : Dong et al. 2021, ACS Science centrale

Une nouvelle méthode améliore l’extraction et la séparation des éléments des terres rares – un groupe de 17 éléments essentiels aux technologies telles que les smartphones et les batteries de voitures électriques – à partir de sources non conventionnelles. Une nouvelle recherche, dirigée par des scientifiques de Penn State et du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), montre comment une protéine isolée de bactéries peut fournir un moyen plus écologique d’extraire ces métaux et de les des autres métaux. À terme, la méthode pourrait être étendue pour permettre le recyclage d’un approvisionnement domestique en éléments de terres rares provenant de déchets industriels et électroniques.

« Pour répondre à la demande croissante d’éléments de terres rares à utiliser dans les technologies émergentes d’énergie propre, nous devons relever plusieurs défis de la chaîne d’approvisionnement », a déclaré Joseph Cotruvo Jr., professeur adjoint et professeur de chimie en développement de carrière Louis Martarano à la Penn University State, un membre du Penn State’s Center for Critical Minerals, et les auteurs correspondants de l’étude. « Cela inclut l’amélioration de l’efficacité et la réduction de l’impact environnemental des processus d’extraction et de séparation de ces métaux. Dans cette étude, nous démontrons une nouvelle méthode prometteuse qui utilise une protéine naturelle qui pourrait être mise à l’échelle pour extraire des éléments de terres rares à partir de sources de faible qualité, y compris les déchets industriels. »

Les États-Unis importent actuellement la plupart des éléments de terres rares dont ils ont besoin, un nouvel objectif s’est déplacé vers la création d’un approvisionnement national à partir de sources non conventionnelles, y compris les déchets industriels provenant de la combustion du charbon et d’autres mines de métaux, ainsi que les déchets électroniques des téléphones portables et de nombreux plus de matériaux. Ces sources sont énormes, mais sont considérées comme « de faible qualité » car les terres rares sont mélangées à de nombreux autres métaux et la quantité de terres rares présentes est trop faible pour que les méthodes conventionnelles fonctionnent correctement. De plus, les processus actuels d’extraction et de séparation reposent sur des produits chimiques agressifs, demandent beaucoup de travail, impliquent parfois des centaines d’étapes, créent un volume élevé de déchets et sont coûteux.

La nouvelle méthode utilise une protéine bactérienne appelée lanmoduline, précédemment découverte par l’équipe de recherche, qui se lie aux éléments des terres rares près d’un milliard de fois mieux qu’aux autres métaux. Un article décrivant le processus paraîtra en ligne dans le magazine le 8 octobre ACS Science centrale.

La protéine est d’abord immobilisée sur de minuscules sphères à l’intérieur d’une colonne – un tube vertical couramment utilisé dans les procédés industriels – à laquelle la matière première liquide est ajoutée. La protéine se lie alors aux éléments de terres rares dans l’échantillon, ce qui signifie que seules les terres rares peuvent être retenues dans la colonne et le liquide restant peut être évacué. En modifiant les conditions, par exemple en modifiant la teneur en acide ou en ajoutant des ingrédients supplémentaires, les métaux se détachent de la protéine et peuvent être drainés et collectés. En changeant soigneusement les conditions un par un, les éléments individuels des terres rares pourraient être séparés.

« Nous avons montré pour la première fois que la méthode est exceptionnellement efficace pour séparer les éléments des terres rares des autres métaux, ce qui est essentiel lorsqu’il s’agit de sources inférieures, qui sont initialement un méli-mélo de métaux », a déclaré Cotruvo. « Même dans une solution très complexe où moins de 0,1% des métaux sont des terres rares – une quantité extrêmement faible – nous avons extrait avec succès un groupe de terres rares plus légères, puis les avons séparés d’un groupe de terres rares plus lourdes en une seule étape La séparation est une étape de simplification indispensable, car les terres rares doivent être décomposées en éléments individuels afin de pouvoir s’écouler dans les technologies. »

L’équipe de recherche a séparé l’yttrium (Y) du néodyme (Nd) – tous deux abondants dans les gisements primaires de terres rares et les sous-produits du charbon – avec une pureté supérieure à 99%. Ils ont également séparé le néodyme du dysprosium (Dy) – un appariement crucial courant dans les déchets électroniques – avec une pureté supérieure à 99,9 % en un cycle ou deux, selon la composition initiale du métal.

« La grande pureté du néodyme et du dysprosium récupérés est comparable à d’autres méthodes de séparation et a été obtenue en autant ou moins d’étapes sans l’ de solvants organiques agressifs », a déclaré Ziye Dong, postdoctorant au LLNL et auteur principal de l’étude. « Parce que la protéine peut être utilisée sur de nombreux cycles, elle offre une alternative attrayante et respectueuse de l’environnement aux méthodes actuellement utilisées. »

Les chercheurs ne pensent pas que leur méthode remplacera nécessairement le processus d’extraction liquide-liquide actuel couramment utilisé pour la production en série d’éléments de terres rares plus légers à partir de sources de haute qualité. Au lieu de cela, il permettra une utilisation efficace de sources inférieures et, en particulier, l’extraction et la séparation des terres rares lourdes les plus rares et généralement beaucoup plus précieuses.

« D’autres méthodes plus récentes sont capables d’extraire les terres rares de sources inférieures, mais elles s’arrêtent généralement à un produit « tout-en-un » où toutes les terres rares sont regroupées, de valeur relativement faible, puis mises en place de manière plus conventionnelle. destiné à une purification plus poussée des éléments de terres rares individuels « , a déclaré Dan Park, chercheur au LLNL et auteur correspondant de l’étude.  » La valeur réside vraiment dans la production de terres rares individuelles et en particulier des éléments les plus lourds. « 

« Notre processus est particulièrement pratique car ces métaux de haute qualité peuvent être nettoyés en premier de la colonne », a ajouté Cotruvo.

Les chercheurs prévoient d’optimiser la méthode afin que moins de cycles soient nécessaires pour obtenir les produits de la plus haute pureté et qu’elle puisse être étendue pour une utilisation industrielle.

« Si nous pouvions développer des dérivés de la protéine lanmoduline avec une plus grande sélectivité pour certains éléments, nous pourrions récupérer et séparer les 17 éléments des terres rares en relativement peu d’étapes même des mélanges les plus complexes et sans solvants organiques ou produits chimiques toxiques », ce qui serait un très gros « , a déclaré Cotruvo. » Notre travail montre que cet objectif doit être réalisable.


Un nouveau capteur détecte le précieux terbium des terres rares provenant de sources non traditionnelles


Plus d’information:
Ziye Dong et al., Faire le pont entre l’hydrométallurgie et la biochimie : un processus à base de protéines pour la récupération et la séparation des éléments de terres rares, ACS Science centrale (2021). DOI : 10.1021 / accscentsci.1c00724

Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie

Citation: Nouvelle méthode respectueuse de l’environnement pour l’extraction et la séparation des éléments des terres rares (2021, 8 octobre), consulté le 8 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-environmentally-friendly-method-rare -.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire