Biolixiviation des cartes électroniques
A. HUBEAU¹², A. CHAGNES¹, A.G. GUEZENNEC², M. MINIER¹
¹ Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris, Paris, France
² Bureau de Recherches Géologiques et Minières, Orléans, France
De par leurs compositions et les flux qu’ils représentent, les Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques sont une ressource qu’il devient indispensable de valoriser. En particulier, les cartes électroniques contiennent de nombreux métaux de base, stratégiques et précieux. La technique actuelle de recyclage, la pyrométallurgie, souffre de plusieurs inconvénients (forte consommation d’énergie, rejets gazeux toxiques, etc.). Il est donc nécessaire de développer de nouveaux procédés. Parmi les technologies alternatives, la biolixiviation, c’est-à-dire la mise en solution assistée par des micro-organismes, pourrait être combinée à d’autres techniques hydrométallurgiques dans le but de récupérer les métaux. L’objectif de notre étude a été de déterminer et d’optimiser les taux et vitesses de mise en solution de différents métaux issus de déchets de cartes électroniques à l’aide d’une culture acidophile de bactéries ferro-oxydantes.
La variabilité des déchets rend complexe la constitution d’échantillons reproductibles et représentatifs à partir d’un large lot initial. Un protocole de préparation, d’échantillonnage et de caractérisation a été développé au préalable pour obtenir des échantillons utilisés dans la suite de l’étude. La variabilité des teneurs en métaux entre les échantillons a été déterminée et ce protocole a été validé.
Dans le but de réduire l’impact de la toxicité des métaux contenus dans les cartes électroniques vis-à-vis des bactéries, un réacteur à double étage a été mis au point. Ce dernier permet de découpler la croissance des micro-organismes, résultant de la bio-oxydation de Fe(II), de la biolixiviation des échantillons de cartes électroniques broyées. Les performances de ce réacteur ont été étudiées en batch et en continu. Dans le premier étage, la mise en lumière de phénomènes de précipitation du Fe(III) a permis de déterminer des conditions opératoires permettant une production de solution lixiviante avec des caractéristiques stables dans le temps. Dans le second étage, les résultats ont montré une adaptation de la culture bactérienne au cours du temps, ce qui a permis d’atteindre des vitesses élevées de mise en solution à différentes concentrations en cartes électroniques. A 1%(m/v) de cartes électroniques, les rendements maximaux de mise en solution atteignent 96% du Cu, 85% du Zn, 73% du Ni et 93% du Co. A partir de ces résultats, de nouvelles perspectives s’ouvrent sur l’utilisation de la biolixiviation pour la récupération de certains métaux dans nos déchets. Diminuer le temps de séjour ou augmenter la concentration en solide sont des pistes à étudier pour optimiser le processus.
Récupération sélective assistée plasma des éléments stratégiques
J. CRAMER, O. LESAGE, F. PRIMA, D. MORVAN, F. ROUSSEAU
Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Recherche de Chimie Paris, Paris, France
Projet PERSE (Plasma Enhanced Recovery of Strategic Elements) : La révolution technologique des dernières décennies a profondément changé la société et les appareils électroniques sont maintenant largement utilisés à travers le monde. La production en ressources primaires peine parfois à répondre à la demande croissante en appareils électroniques, et à faire preuve de réactivité industrielle. De nouveaux procédés de recyclages sont donc nécessaires pour résoudre ce risque d’approvisionnement. Ce projet de recherche a pour objectif d’étudier les potentialités offertes par le milieu plasma afin d’extraire sélectivement des éléments critiques contenus dans une matrice métallique issue de déchets électroniques. Ainsi, une étude expérimentale a été menée sur des matrices de compositions types « cartes de circuits imprimés » pour montrer l’apport du plasma pour des opérations élémentaires d’extraction pyrométallurgiques. En parallèle, une étude théorique via des outils de simulation a permis d’augmenter le niveau de compréhension en vue d’optimiser le procédé. En combinant ces deux approches, il a été possible de traiter des matrices binaires CuSn26%m sous atmosphère oxydante pour en extraire le Sn avec une grande sélectivité (>90%). Un mécanisme d’extraction permettant de calculer des paramètres cinétiques a également été proposé. De l’indium a également pu être extrait à partir de matrices CuSn26%m. + In (150 ppm.) et récupéré avec un facteur d’enrichissement de concentration allant de 30 à 400. Enfin, des condensateurs au tantale ont été pyrolysés et ont subi des traitements thermochimiques par le plasma afin de récupérer, en voie sèche, le tantale à de grandes puretés (>99%).
Développement d’un laboratoire sur puce innovant pour le captage des métaux stratégiques en milieu très dilué en vue de leur analyse et recyclage¹
J. GOUYON, S. GRIVEAU, F. D’ORLYE, F. BEDIOUI, A. VARENNE
Chimie ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut de Chimie pour les Sciences de la Vie et de la Santé, Paris, France
Dans le domaine des métaux, il existe différentes méthodes d’analyse avant et après recyclage avec des technologies classiques (ICP-AES, ICP-OES, XRD, fluorescence de rayons X). Nous proposons dans ce projet d’apporter une contribution innovante dans ce domaine en développant un laboratoire sur puce pouvant intégrer le traitement et l’analyse de solutions diluées de métaux. En vue d’une détection spécifique et sensible, le traitement intégré de l’échantillon effectuera le captage de ces métaux de la matrice, en exploitant le phénomène dynamique de confinement des traces métalliques dans une zone définie du microcanal. Ce système devrait permettre de concentrer les espèces dans des volumes très réduits. Ce phénomène de captage pourra aussi être mis à contribution pour envisager le recyclage de ces traces. Ainsi, le processus de confinement/relargage des métaux pourra être répété en continu pour l’analyse sur site, la dépollution des solutions et le captage de ces métaux en vue de leur recyclage/valorisation.
¹ Projet cofinancé par l’ADEME.