FR3150198A1

FR3150198A1 - Procede d’extraction selective du bore par un solvant organique a partir de solutions issues de l’attaque acide d’aimants permanents comprenant des terres rares

Info

Publication number: FR3150198A1
Application number: FR2306492A
Authority: FR
Inventors: Bertrand BRAIBANT; Alain Leveque; Zeinab CHOUR
Original assignee: Caremag SAS
Current assignee: Caremag SAS
Priority date: 2023-06-22
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-12-27

Abstract

Ce procédé d’extraction du bore contenu dans une solution aqueuse comprenant des éléments terres rares, consiste à mettre en contact et à mélanger ladite solution aqueuse avec un solvant organique, ledit solvant organique comprenant au moins un composé d’extraction constitué d’un alcool, comportant une chaîne de 6 à 18 atomes de carbone, aliphatique ou aromatique, linéaire ou ramifiée, la mise en contact et le mélange de la solution aqueuse et du solvant organique entraînant le transfert du bore de ladite solution aqueuse vers ledit solvant organique.

Description

PROCEDE D’EXTRACTION SELECTIVE DU BORE PAR UN SOLVANT ORGANIQUE A PARTIR DE SOLUTIONS ISSUES DE L’ATTAQUE ACIDE D’AIMANTS PERMANENTS COMPRENANT DES TERRES RARES

Domaine de l’invention

L’invention s’inscrit dans le domaine général du recyclage du bore, issu notamment d’aimants permanents usagés ou rebutés. Plus précisément, elle concerne un procédé d’extraction par solvant du bore contenu dans une solution issue de l’attaque acide d’aimants permanents comprenant des éléments terres rares.

Etat antérieur de la technique

L’usage des aimants à base de terres rares est en hausse du fait de leur application dans les moteurs de voitures électriques, les trottinettes électriques ou bien les éoliennes. Parmi les aimants à base de terre rares les plus exploités, figurent les aimants permanents néodyme-fer-bore (NdFeB). Toutefois, la rareté des éléments chimiques constitutifs de ces aimants et la pollution émise lors de leur extraction ont fait de leur recyclage un enjeu critique.

Ainsi, la récupération des terres rares entrant dans la constitution des aimants en fin de vie ou encore présentes dans les chutes de production de ces aimants, est un élément déterminant au regard de la raréfaction des sources traditionnelles d’approvisionnement en terres rares.

En vue de récupérer ces terres rares, il est essentiel de les séparer du bore lors des opérations de retraitement des aimants. Le recyclage du bore suivi par sa remise sur le marché, est donc une opération importante. De plus, le bore étant un élément toxique, cette opération évite la gestion coûteuse de résidus classés comme toxiques qui le contiennent et qui sont produits lors du recyclage des aimants.

Les techniques actuelles de recyclage se basent essentiellement sur deux procédés :
– d’une part un procédé dit en boucle courte, procédé dans lequel les aimants permanents sont réduits en poudre puis reformés directement à partir de cette poudre,
– d’autre part, un procédé dit en boucle longue, qui consiste en la dissolution des aimants puis la séparation des différents éléments constitutifs de l’aimant.

La présente invention s’inscrit dans le cadre de cette seconde catégorie de procédé.

Pour commencer, le recyclage débute par la démagnétisation des aimants permanents récupérés à partir d’appareils en fin de vie, en les chauffant à une température supérieure à leur température de Curie. Ils sont par la suite broyés en poudre, puis oxydés thermiquement.

La poudre oxydée est alors attaquée à l’aide d’un acide, par exemple l’acide nitrique, l’acide chlorhydrique ou l’acide sulfurique, faisant passer tout ou partie des éléments en solution.

La solution acide d’attaque ainsi obtenue comprend les constituants des aimants permanents, à savoir dans le cas d’aimants NdFeB, le néodyme, le fer, le bore et ses traces d’autres constituants mineurs, par exemple d’autres éléments terres rares et/ou des éléments comme le fer, l’aluminium, le cobalt, le cuivre, le zinc.

A partir de cette solution, la récupération du bore est basée sur la technique d’extraction liquide-liquide.

Ce procédé de dissolution est décrit, par exemple, dans le document WO 96/00698, dans lequel l’aimant est oxydé par traitement thermique, puis dissous dans une solution d’acide chlorhydrique.

D’autre part, il est connu de l’état de la technique actuel des procédés dans lesquels le bore est extrait de solutions aqueuses exemptes de terres rares, à l’aide d’un solvant organique composé d’au moins un alcool, ou d’un diol, dilué dans un mélange liquide d’hydrocarbures.

Un tel procédé est par exemple décrit dans le document « Boron extraction from aqueous medium using novel hydrophobic deep eutectic solvents », Almustafa et al., 2020, qui détaille l’extraction de bore à partir de solutions aqueuses issues d’eaux usées, exemptes de terres rares et de fer, à l’aide de solvants eutectiques comprenant un diol et un monoalcool.

De la même manière, dans le document « Recovery of boron from unacidified salt lake brine by solvent extraction with 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol », Peng et al., 2021, l’extraction de bore est réalisée à partir d’une solution aqueuse issue de saumure exempte de terres rares et de fer, à l’aide de 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol.

Un tel système extractant à base de diol a été appliqué au retraitement des aimants. Après la mise en solution, il est décrit une étape d’extraction du bore qui est précédée par la récupération des terres rares présentes dans la solution d’attaque des aimants.

Ce procédé est exposé dans le document « Recovery and separation of rare earths and boron from spent Nd-Fe-B magnets », Liu et al., 2020, qui décrit l’extraction du bore à l’aide d’un solvant composé de 2-ethyl-1,3-hexanediol et de kérosène sulfoné, après précipitation totale des terres rares en solution sous forme d’oxalate.

Ainsi, tous les procédés d’extraction de bore connus à ce jour s’appliquent à des solutions ne contenant pas de terres rares.

Il existe donc un besoin de mettre au point un procédé permettant d’extraire sélectivement le bore à partir d’une solution aqueuse résultant de l’attaque d’aimants et contenant principalement des terres rares, avec quelques traces d’autres éléments.

Selon l’invention, le bore est extrait à partir d’une solution d’attaque contenant les terres rares, ce qui donne toute liberté dans le choix des procédés mis en œuvre par la suite pour récupérer et séparer les terres rares sans les perturbations possibles qui seraient dues à la présence du bore. En effet certains des procédés de l’art antérieur peuvent présenter un risque de contamination des terres rares par le bore et par ailleurs l’acide borique a dans ces solutions une solubilité faible comparé aux sels de terres rares ce qui peut limiter les paramètres de mise en œuvre de tels procédés.

L’invention, en éliminant le bore réputé toxique, permet une gestion plus aisée des résidus solides qui sont générés par le recyclage des aimants à base de terres rares. Elle contribue ainsi davantage au respect des contraintes écologiques.

L’invention concerne donc un procédé d’extraction du bore contenu dans une solution aqueuse comprenant des éléments terres rares, dans lequel ladite solution aqueuse est mise en contact et mélangée avec un solvant organique comprenant au moins un composé d’extraction constitué d’un alcool, comportant une chaîne de 6 à 18 atomes de carbone, aliphatique ou aromatique, linéaire ou ramifiée, la mise en contact et le mélange de la solution aqueuse et du solvant organique entraînant le transfert du bore de ladite solution aqueuse vers ledit solvant organique.

La présente invention n’est réalisable qu’avec des composés comprenant un nombre d’atomes de carbone supérieur ou égal à 6, ou inférieur ou égal à 18. En effet, en dessous de 6 atomes de carbone, les hydrocarbures sont gazeux, tandis qu’au-dessus de 18 atomes de carbones, ce sont des cires ou des goudrons solides.

Les étapes de mise en contact et de mélange de la solution aqueuse et du solvant organique entraînent le transfert du bore de ladite solution aqueuse vers ledit solvant organique.

Au sens de l’invention, on désigne par « alcool » tous les composés comprenant au moins une fonction alcool, ceci inclut les monoalcools et les diols.

De préférence, le composé d’extraction est choisi dans le groupe comprenant :
– les 1-3 diols, de préférence parmi le 2-éthyl-1,3-hexanediol (EHD), 2-butyl-2-éthylpropane-1,3-diol (BEPD), 2,2,4-triméthyl-1,3-pentanediol (TMPD), 2-chloro-4-(1,1,3,3-tétraméthylbutyl)-6-méthylol-phénol (CTMP), et leurs mélanges ;
– les monoalcools de 6 à 18 atomes de carbone, à chaîne aliphatique ramifiée ou linéaire, de préférence parmi le 2-éthylhexanol (2-EH), 2-propylheptanol (2-PH), 2-butyloctanol, isodecanol, octanol, et leurs mélanges.

Par « 1-3 diol », on désigne un composé chimique qui comprend deux fonctions alcool portées par deux atomes de carbone séparés l’un de l’autre par un autre atome de carbone. Ces composés sont également nommés «β-diols ».

Par « monoalcool », on désigne un composé chimique qui comprend une seule fonction alcool.

Outre le composé d’extraction, le solvant organique peut comprendre également au moins un composé diluant. Le composé diluant est de préférence constitué d’une chaîne hydrocarbonée de 6 à 18 atomes de carbone, aliphatique ou aromatique.

De préférence, le composé diluant est choisi dans le groupe comprenant : le décane et ses isomères, le dodécane et ses isomères, le kérosène, le toluène, les hydrocarbures ayant entre 6 et 18 atomes de carbones, aliphatiques ou aromatiques, et leurs mélanges. Comme composé diluant, on peut citer par exemple, le Shellsol^®D70 (hydrocarbure aliphatique), le Solvesso^®150 (hydrocarbure aromatique).

Préférentiellement, le composé diluant est une substance liquide dans lequel le composé d’extraction est dissous.

Selon un mode de réalisation, le solvant organique comprend en outre un composé modificateur, différent du composé d’extraction. Le composé modificateur est de préférence constitué d’un alcool comportant une chaîne aliphatique de 6 à 18 atomes de carbone.

De préférence, le composé modificateur est choisi dans le groupe comprenant les monoalcools, de préférence parmi le decan-1-ol, l’octan-1-ol, l’isodecan-1-ol, l’hexan-1-ol, le dodecan-1-ol, le 2-propylheptanol, le 2-éthylhexanol, et leurs mélanges.

Au sens de l’invention, on désigne par « composé modificateur » une espèce chimique autre que le composé d’extraction et le composé diluant, susceptible de modifier certaines propriétés du solvant organique.

Par exemple, le composé modificateur peut retarder l’apparition d’une troisième phase ou aider à la décantation du solvant organique et de la solution aqueuse.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le solvant organique comprend :
– 10% à 100% d’au moins un composé d’extraction,
– 0% à 90% d’au moins un composé diluant,
– 0% à 70% d’au moins un composé modificateur,
en poids par rapport au poids total du solvant organique, le total étant égal à 100%.

Selon un mode de réalisation, le solvant organique comprend au moins 5%, voire 20%, voire 30%, voire 40%, voire 50%, d’au moins un composé d’extraction. Le solvant organique peut comprendre au plus 90%, voire 80%, voire 70%, voire 60% d’au moins un composé d’extraction.

Selon un mode de réalisation, le solvant organique comprend au moins 5%, voire 20%, voire 25%, voire 30%, voire 40%, voire 50%, d’au moins un composé diluant. Le solvant organique peut comprendre au plus 95%, voire 80%, voire 70%, voire 60%, voire 55% d’au moins un composé diluant.

Selon un mode de réalisation, le solvant organique comprend au moins 5%, voire 10%, voire 20%, voire 25%, voire 30%, voire 40%, d’au moins un composé modificateur. Le solvant organique peut comprendre au plus 80%, voire 70%, voire 60%, voire 50% d’au moins un composé modificateur.

Selon l’invention, le solvant organique est mis en contact avec la solution aqueuse comprenant des éléments terres rares et du bore.

Selon l’invention, cette solution aqueuse est une solution issue de l’attaque acide d’aimants permanents néodyme-fer-bore (NdFeB) démagnétisés ou de déchets d’usinage résultant de la fabrication d’aimants permanents, réduits en poudre et oxydés. De préférence, elle a un pH compris entre 0.5 et 3.5.

Par « solution issue de l’attaque acide d’aimants », on désigne une solution obtenue à la suite de la dissolution d'une poudre d'aimants, notamment d’aimant NdFeB, dans une solution d’acide, par exemple l’acide nitrique, l’acide chlorhydrique ou l’acide sulfurique. Cette poudre résulte de la démagnétisation, du broyage et de l’oxydation d’aimants permanents.

Par « déchets d’usinage » on désigne les chutes de matières créées lors de la fabrication d’aimants permanents. Ils comprennent les mêmes constituants que les aimants, c’est-à-dire du fer, du bore et des éléments terres rares.

En particulier on trouve majoritairement en masse du Nd (de 14% à 26%), puis du Pr (de 0% à 9%), du Dy (de 0% à 6%), du Tb (de 0% à 1 %), du Ce (de 0% à 6%). On ne retrouve pas de Sc, Y, Tm, Yb, Lu, dans les aimant NdFeB. Une composition typique d’un aimant NdFeB est par exemple, en masse, est : 65% de Fe, 24% de Nd, 2.5% de Pr, 4.25% de Dy, 1% de B, 5% de Co.

Cette solution aqueuse comprend de préférence :
– de 20 à 450 g/L d’ éléments terres rares sous forme de sel dissous,
– de 1 à 9 g/L de bore sous forme d’acide borique,
– de 0 à 20 g/L de fer sous forme de sel dissous, et
– de 0 à 5 g/L d’éléments métalliques sous forme de sel dissous appartenant au groupe comprenant le cobalt, l’aluminium, le zinc, le cuivre, le manganèse et le nickel.

Selon l’invention, ces éléments terres rares sont choisis dans le groupe comprenant : lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, et leurs mélanges.

En particulier, la solution peut comprendre entre 0 g/L et 1 g/L de cobalt, entre 0 g/L et 1 g/L de cuivre, entre 0 g/L et 1 g/L d’aluminium et/ou entre 0 g/L et 0.5 g/L de zinc sous forme de sel dissous.

En particulier, les sels dissous d’éléments terres rares appartiennent au groupe comprenant les nitrates de terres rares, les chlorures de terres rares, les sulfates de terres rares, et leurs mélanges.

Idéalement, le procédé selon l’invention comprend donc une étape de mise en contact du solvant organique et de la solution aqueuse, de préférence avec un rapport entre leurs volumes respectifs compris entre 1 et 10.

La mise en contact et le mélange sont mis en œuvre dans un appareil d’extraction liquide-liquide. De préférence, la durée du mélange est comprise entre 1 et 15 minutes, préférentiellement entre 3 et 5 minutes.

Le mélange est suivi par une étape de séparation faite, par exemple, par décantation de la solution aqueuse et du solvant organique.

La mise en contact et le mélange sont préférentiellement réalisés à une température comprise entre 20°C et 70°C, de préférence entre 40°C et 60°C.

On obtient ainsi un solvant enrichi en bore et un raffinat aqueux appauvri en bore.

Avantageusement, la concentration du bore dans ce solvant est comprise entre 1 g/L et 14 g/L.

La sélectivité de l’extraction du bore est telle que les concentrations en terres rares, fer, aluminium, cobalt, cuivre et zinc y sont inférieures à 10 mg/L.

Cette opération d’extraction est avantageusement réalisée à contre-courant sur plusieurs étages, dans des batteries de mélangeurs-décanteurs ou bien dans des colonnes agitées ou pulsées.

Après le transfert du bore, la concentration en bore dans le raffinat aqueux est typiquement inférieure à 30 mg/L. Ceci correspond à un taux d’extraction du bore supérieur à 95%. Les quantités de terres rares, fer, aluminium, cobalt, cuivre et zinc sortant dans le raffinat sont égales à celles entrant dans la solution aqueuse initiale. La teneur résiduelle en bore visée est choisie en fonction de contraintes environnementales.

Au besoin, le procédé peut être adapté de sorte à avoir une teneur plus faible que 30mg/L de bore dans le solvant aqueux.

En outre, le procédé comprend, après le transfert du bore, une étape de réextraction du bore compris dans le solvant organique. De préférence, cette étape de réextraction du bore est réalisée par mise en contact d’une base de Brönsted avec ledit solvant, la base étant avantageusement choisie dans le groupe comprenant : NaOH, KOH, LiOH, NH₄OH, et leurs mélanges. Le bore peut alors être valorisé sous forme de borate alcalin obtenu à partir de ces solutions.

Généralement, la base a une concentration comprise entre 0.1 et 2 mol/L.

Au sens de l’invention, on désigne par « réextraction », une extraction liquide-liquide permettant de transférer du solvant organique vers une phase aqueuse le bore déjà extrait à l’aide dudit solvant.

Ici, le bore contenu dans le solvant organique est transféré vers la phase aqueuse contenant la base. Ainsi, le solvant récupéré est quasiment exempt de bore. De préférence, il a une concentration en bore inférieure à 10 mg/L.

Exemples de réalisation de l’invention

Les exemples 1 à 14 visent à mettre en évidence différents modes de réalisation de l’invention. Ils exposent les données de base servant à la réalisation d’un procédé d’extraction du bore selon l'invention, en présence de terres rares en solution.

Les exemples 15 et 16 montrent une mise en œuvre plus complète du procédé.

Exemple 1 : Extraction du bore par un solvant EHD/octan-1-ol

Dans un flacon de 50 mL, on introduit 20 mL d’une solution aqueuse issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés dans l’acide nitrique, la solution ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 110 g/L, en praséodyme de 27 g/L, en dysprosium de 7 g/L, en cérium de 3 g/L, et en autres terres rares à moins de 1 g/L, pour un total de 150 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

La solution aqueuse est préparée en démagnétisant des aimants permanents néodyme-fer-bore NdFeB, en les broyant en poudre et enfin en les oxydant thermiquement. La poudre oxydée est alors dissoute dans une solution d’acide nitrique.

On introduit dans ce même flacon 20 mL d’un solvant organique d’extraction composé de 30% en masse de 2-éthyl-1,3-hexanediol (EHD), comme composé d’extraction, et 70 % en masse d’octan-1-ol, comme composé diluant.

Le rapport volumique entre la phase aqueuse et la phase organique est donc de 1.

Le milieu est agité vigoureusement à 60°C pendant 15 minutes. Après quoi, les phases aqueuse et organique sont séparées par décantation.

On obtient alors une concentration du bore en phase aqueuse de 0.25 g/L, en phase organique de 4.25 g/L et donc un coefficient de partage du bore égal à 17.

Les concentrations finales en terres rares totales, fer, aluminium, cobalt, cuivre et zinc dans le solvant sont inférieures à 10 mg/L, de sorte que le coefficient de partage du néodyme est inférieur à 10^- ⁴ tandis que le coefficient de partage du cuivre est inférieur à 0.05.

Exemple 2 : Extraction du bore par un solvant EHD/octan-1-ol

Le procédé d’extraction de l’exemple 1 est réitéré, mais en introduisant cette fois-ci dans un flacon, 40 mL de la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 1, et 10 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 1.

Le rapport volumique entre la phase aqueuse et la phase organique est donc de 4.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 5.

Les concentrations en terres rares totales, fer, aluminium, cobalt, cuivre et zinc dans le solvant sont inférieures à 10 mg/L, si bien que le coefficient de partage du néodyme est inférieur à 10^- ⁴tandis que le coefficient de partage du cuivre est inférieur à 0.05.

Exemple 3 : Extraction du bore par un solvant EHD/Solvesso^®150/2-EH

Dans un flacon de 100 mL, on introduit 60 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, la solution ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 110 g/L, en praséodyme de 27 g/L, en dysprosium de 7 g/L, en cérium de 3 g/L, et en autres terres rares de moins de 1 g/L, pour un total de 150 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

On introduit dans ce même flacon 10 mL d’un solvant organique d’extraction composé de 30% en masse de 2-éthyl-1,3-hexanediol (EHD), qui comme composé d’extraction, de 50% en masse de Solvesso^®150, qui comme composé diluant, et de 20% en masse de 2-éthylhexanol (2-EH) comme composé modificateur.

Le rapport volumique entre la phase aqueuse et la phase organique est donc de 6.

Le milieu est agité vigoureusement à 60°C pendant 15 minutes. Après quoi, et les phases aqueuse et organique sont séparées par décantation.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 6.

Les concentrations en terre rare total, fer, aluminium, cobalt, cuivre et zinc dans le solvant sont inférieures à 10 mg/L, si bien que le coefficient de partage du néodyme est inférieur à 10^- ⁴tandis que le coefficient de partage du cuivre est inférieur à 0.05.

Exemple 4 : Extraction du bore par un solvant EHD/Solvesso^®150/2-EH

Le procédé d’extraction de l’exemple 3 est réitéré, mais en introduisant cette fois-ci dans un flacon, 50 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 3, et 50 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 3.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 32.

Exemple 5 : Extraction du bore par un solvant TPMD/kérosène/décanol

Dans un flacon de 100 mL, on introduit 50 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 110 g/L, en praséodyme de 27 g/L, en dysprosium de 7 g/L, en cérium de 3 g/L, et en autres terres rares de moins de 1 g/L, pour un total de 150 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

On introduit dans ce même flacon 10 mL d’un solvant organique d’extraction composé de 15% en masse de 2,2,4-triméthyl-,1,3-pentaediol (TPMD), comme composé d’extraction, 25% en masse de kérosène, comme composé diluant, et 60% en masse de décanol, comme composé modificateur.

Le rapport volumique entre la phase aqueuse et la phase organique est donc de 5.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 1.7.

Exemple 6 : Extraction du bore par un solvant TPMD/kérosène/décanol

L’extraction de l’exemple 5 est réitérée mais en introduisant cette fois-ci dans un flacon, 50 mL de la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 5, et 50 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 5.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 18.

Exemple 7 : Extraction du bore à l’aide d’un solvant BEPD/kérosène/décanol

On introduit dans ce même flacon 10 mL d’un solvant organique d’extraction composé de 15% en masse 2-butyl-2-éthylpropane-1,3-diol (BEPD), comme composé d’extraction, de 25% en masse de kérosène comme composé diluant, de 60% en masse, de décanol, comme composé modificateur.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 1.2.

Exemple 8 : Extraction du bore par un solvant BEPD/kérosène/décanol

L’extraction de l’exemple 7 est réitérée mais en introduisant dans un flacon, 50 mL de la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 7, et 50 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 7.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 4.

Exemple 9 : Extraction du bore par un solvant 2-PH/kérosène

Dans un flacon de 100 mL, on introduit 50 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, la solution ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 110 g/L, en praséodyme de 27 g/L, en dysprosium de 7 g/L, en cérium de 3 g/L, et en autres terres rares de moins de 1 g/L, pour un total de 150 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

On introduit dans ce même flacon 10 mL d’un solvant organique composé de 60% en masse de 2-propylheptanol (2-PH), comme composé d’extraction, et de 40% en masse de kérosène, comme composé diluant.

Le milieu est agité vigoureusement à température ambiante pendant 15 minutes. Après quoi, et les phases aqueuse et organique sont séparées par décantation.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 0.6.

Exemple 10 : Extraction du bore par un solvant 2-PH/kérosène

L’extraction de l’exemple 9 est réitérée, mais en introduisant dans un flacon 50 mL de la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 9, et 50 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 9.

Le rapport volumique entre la phase aqueuse et la phase organique est donc de 1. On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 0.6.

Exemple 11 : Extraction du bore par un solvant de 2-PH pur

On introduit dans ce même flacon 10 mL d’un solvant organique d’extraction composé à 100% en masse de 2-propylheptanol (2-PH), comme composé d’extraction.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 0.56.

Exemple 12 : Extraction du bore par un solvant de 2-PH pur

Le procédé d’extraction de l’exemple 11 est réitéré, mais en introduisant dans un flacon 50 mL de la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés de l’exemple 11, et 50 mL du solvant organique d’extraction de l’exemple 11.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 0.58.

Exemple 13 : Extraction du bore par un solvant de 2-PH pur à partir d’une solution aqueuse ayant une concentration en terres rares de 250 g/L

Dans un flacon de 100 mL, on introduit 50 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 183 g/L, en praséodyme de 45 g/L, en dysprosium de 12 g/L, en cérium de 5 g/L, et en autres terres rares de moins de 5 g/L, pour un total de 250 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

Le milieu est agité vigoureusement à 60°C pendant 15 minutes. Après quoi, le mélange est centrifugé, et les phases aqueuse et organique sont séparées par décantation.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 0.65.

Exemple 14 : Extraction du bore par un solvant de 2-PH pur à partir d’une solution aqueuse ayant une concentration en terres rares de 400 g/L

Dans un flacon de 100 mL, on introduit 50 mL d’une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en néodyme de 293 g/L, en praséodyme de 72 g/L, en dysprosium de 19 g/L, en cérium de 8 g/L, et en autres terres rares de moins de 8 g/L pour un total de 400 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

On introduit dans ce même flacon 50 mL d’un solvant organique d’extraction composé à 100% en masse de 2-propylheptanol (2-PH), comme composé d’extraction.

On obtient alors un coefficient de partage du bore égal à 3.

L’exemple 15 qui suit, montre l’intérêt d’opérer sur des solutions concentrées en terres rares. L’exemple 16 donne un exemple d’opération en batterie de mélangeurs-décanteurs comprenant l’extraction du bore et le recyclage du solvant.

Exemple 15 : Extraction du bore à l’aide d’un solvant de 2-PH pur

La solubilité du bore dans les solutions d’attaque est limitée, et pour bénéficier de cet effet concentration (exemples 12, 13, 14), il convient d’opérer l’extraction en deux étapes, tout d’abord sur la solution d’attaque à environ 150g/l terres rares puis sur la solution partiellement épuisée en bore et reconcentrée à environ 400 g/l.

Dans un réacteur, on introduit à une température de 50°C :
– 300 mL d’un solvant organique composé de 2-propylheptanol pur, comme composé d’extraction ;
– 75 mL d’une solution aqueuse issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, la solution ayant une concentration en bore de 4.5 g/L, en neodyme 110g/L, praséodyme 27g/L, Dysprosium 7g/L, Cerium 3g/L, et autres terres rares à moins de 1g/L pour un total de 150 g/L de terre rare, en fer de 2 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, en cuivre de 0.2 g/L et comprenant des traces de zinc. Elle a un pH de 2.

Après mélange 15mn et décantation des phases on récupère :
– 300 mL d’un solvant organique dont la concentration en bore est de 0.8 g/L ;
– 75 mL d’une phase aqueuse comprenant des terres rares, la solution ayant une concentration en bore de 1.27 g/L, en neodyme 110g/L, praséodyme 27g/L, Dysprosium 7g/L, Cerium 3g/L, et autres terres rares à moins de 1g/L pour un total de 150 g/L de terre rare, en fer de 1 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L et comprenant des traces de zinc.

Le taux d’extraction du bore pour cette première étape est de 71.1 %.

Dans une seconde étape, la phase aqueuse précédente est concentrée par distillation pour obtenir une concentration en terres rares de 400 g/L soit une concentration en bore de 3.40 g/L, en neodyme de 293g/L, en praséodyme de 72g/L, en dysprosium 19g/L, en cerium de 8g/L, et autres terres rares à moins de 3g/L, en fer de 2.6 g/L, en aluminium de 1.3 g/L, en cobalt de 1.3 g/L et comprenant des traces de zinc et un volume de solution de 28 mL.

Puis dans un second réacteur on introduit à une température de 50°C :
– 56 mL d’un solvant organique composé de 2-propylheptanol pur, comme composé d’extraction ;
– 28 mL de la solution concentrée obtenue précédemment

On récupère :
– 56 mL d’un solvant organique dont la concentration en bore est de 1.37 g/L ;
– 28 mL d’une phase aqueux comprenant des terres rares, la solution ayant une concentration en bore de 0.62 g/L, en neodyme 293g/L, en praséodyme de 72g/L, en dysprosium de 19g/L, en cerium de 8g/L, et autres terres rares à moins de 3g/L, en fer de 2.6 g/L, en aluminium de 1.3 g/L, en cobalt de 1.3 g/L et comprenant des traces de zinc.

Avec cet enchaînement d’opérations extraction-concentration-extraction la phase aqueuse a été épuisée en bore et le taux global d’extraction par rapport à la solution initiale est de 95%.

Exemple 16 : Extraction du bore par un solvant BEPD/kérosène/décanol dans une batterie de mélangeurs-décanteurs

Cet exemple est un mode de réalisation de l’invention mise en œuvre dans batterie d’extraction à contre-courant.

Mise en contact d’une solution aqueuse et d’un solvant organique

Dans une batterie de six mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on introduit :
– à l’étage 1 : un solvant organique à un débit de 145 mL/h, le solvant étant composé de 15 % en masse de BEPD, comme composé d’extraction, 25 % en masse de kérosène, comme composé diluant, et 60 % en masse de décanol, comme composé modificateur ;
– à l’étage 5 : une solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants permanents oxydés, à un débit de 145 mL/h, la solution ayant une concentration en bore de 4.60 g/L, en néodyme de 110 g/L, en praséodyme de 25 g/L, en dysprosium de 6 g/L, en cérium de 3 g/L, et en autres terres rares de moins de 1 g/L, pour un total de 137 g/L de terres rares. La solution a une concentration en fer de 1 g/L, en aluminium de 0.5 g/L, en cobalt de 0.5 g/L, et elle comprend des traces de zinc. Elle a un pH de 1.5 ;
– à l’étage 6 : de l’eau à un débit de 7 mL/h.

On récupère :
– à l’étage 1 : un raffinat aqueux de terres rares à un débit de 152 mL/h, le raffinat ayant une concentration en bore de 16 mg/L, en terres rares de 131 g/L, en fer de 0.95 g/L, en aluminium de 0.48 g/L, en cobalt de 0.48 g/L et comprenant des traces de zinc ;
– à l’étage 6 : un solvant organique chargé en bore à un débit de 145 mL/h, le solvant ayant une concentration en bore de 4.58 g/L.

Le taux d’extraction du bore est donc de 99.6 %. Ce taux correspond à la masse de bore récupérée dans le solvant sur la masse de bore totale introduite à l’alimentation.

Le procédé permet de transférer la majeure partie du bore contenu initialement dans la solution aqueuse vers le solvant organique.

Le raffinat aqueux ainsi obtenu, comprend une quantité de bore inférieure à 30 mg/L.

Les terres rares, le fer et les autres impuretés ne sont pas présents dans le solvant, ils sont récupérés dans le raffinat aqueux.

Réextraction du bore à partir du solvant chargé en bore

Dans une seconde batterie de quatre mélangeurs-décanteurs fonctionnant à contre-courant, à une température de 50°C, on alimente :
– à l’étage 1 : le solvant organique chargé en bore, récupéré à la sortie de l’étage 6 lors de l’étape précédente de mise en contact, à un débit de 145 mL/h, le solvant étant composé de 15 % en masse de BEPD, 25 % en masse de kérosène, 60 % en masse de décanol, et ayant une concentration en bore de 4.58 g/L ;
– à l’étage 4 : une solution aqueuse de NaOH, à un débit de 79 mL/h, la solution ayant une concentration de 0.40 mol/L.

On récupère :
– à l’étage 1 : une solution basique, à un débit de 79 mL/h, ayant une concentration en bore de 8.35 g/L et en sodium de 9.2 g/L, soit un rapport molaire sodium bore de 0.52 ;
– à l’étage 4 : un solvant organique, à un débit de 145 mL/h, le solvant ayant une concentration en bore de 30 mg/L.

Le taux de réextraction du bore est de 99.3%. Ce taux correspond à la masse de bore récupérée dans la solution basique sur la masse de bore contenue dans le solvant organique chargé.

Le taux de récupération du bore est de 98.9%. Ce taux correspond à la masse de bore récupérée dans la solution basique sur la masse de bore contenue dans la solution aqueuse acide issue de la dissolution d’une poudre d’aimants (soit la masse de bore introduite dans le procédé).

Le solvant ainsi régénéré, présente une faible concentration en bore, inférieure à 30 mg/L, il est recyclé à l’extraction.

Claims

Procédé d’extraction du bore contenu dans une solution aqueuse comprenant des éléments terres rares, dans lequel ladite solution aqueuse est mise en contact et mélangée avec un solvant organique, ledit solvant organique comprenant au moins un composé d’extraction constitué d’un alcool, comportant une chaîne de 6 à 18 atomes de carbone, aliphatique ou aromatique, linéaire ou ramifiée, la mise en contact et le mélange de la solution aqueuse et du solvant organique entraînant le transfert du bore de ladite solution aqueuse vers ledit solvant organique.
Procédé d’extraction du bore selon la revendication 1, dans lequel le composé d’extraction est choisi dans le groupe comprenant :
– les 1-3 diols, de préférence parmi le 2-éthyl-1,3-hexanediol (EHD), 2-butyl-2-éthylpropane-1,3-diol (BEPD), 2,2,4-triméthyl-1,3-pentanediol (TMPD), 2-chloro-4-(1,1,3,3-tétraméthylbutyl)-6-méthylol-phénol (CTMP), et leurs mélanges ;
– les monoalcools de 6 à 18 atomes de carbone, à chaîne aliphatique ramifiée ou linéaire, de préférence parmi le 2-éthylhexanol (2-EH), 2-propylheptanol (2-PH), 2-butyloctanol, isodecanol, octanol, et leurs mélanges.
Procédé d’extraction du bore selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le solvant organique comprend en outre au moins un composé diluant constitué d’une chaîne hydrocarbonée de 6 à 18 atomes de carbone, aliphatique ou aromatique.
Procédé d’extraction du bore selon la revendication 3, dans lequel le composé diluant est choisi dans le groupe comprenant : le décane et ses isomères, le dodécane et ses isomères, le kérosène, le toluène, les hydrocarbures ayant entre 6 et 18 atomes de carbones, aliphatiques ou aromatiques, et leurs mélanges.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le solvant organique comprend en outre, un composé modificateur différent du composé d’extraction, le composé modificateur étant constitué d’un alcool comportant une chaîne aliphatique de 6 à 18 atomes de carbone.
Procédé d’extraction du bore selon la revendication 5, dans lequel le composé modificateur est choisi dans le groupe comprenant les monoalcools, de préférence parmi le decan-1-ol, l’octan-1-ol, l’isodecan-1-ol, l’hexan-1-ol, le dodecan-1-ol, le 2-propylheptanol, le 2-éthylhexanol, et leurs mélanges.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le solvant organique comprend :
– 10% à 100% d’au moins un composé d’extraction,
– 0% à 90% d’au moins un composé diluant,
– 0% à 70% d’au moins un composé modificateur,
en poids par rapport au poids total du solvant organique, le total étant égal à 100%.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 7 dans lequel la solution aqueuse comprend :
– de 20 à 450 g/L d’ éléments terres rares sous forme de sel dissous,
– de 1 à 9 g/L de bore sous forme d’acide borique,
– de 0 à 20 g/L de fer sous forme de sel dissous, et
– de 0 à 5 g/L d’éléments métalliques appartenant au groupe comprenant le cobalt, l’aluminium, le zinc, le cuivre, le manganèse et le nickel.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les sels dissous d’éléments terres rares appartiennent au groupe comprenant les nitrates de terres rares, les chlorures de terres rares, les sulfates de terres rares, et leurs mélanges.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la mise en contact et le mélange sont réalisés à une température comprise entre 20°C et 70°C, de préférence entre 40°C et 60°C.
Procédé d’extraction du bore selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le procédé comprend en outre après le transfert du bore, une étape de réextraction du bore compris dans le solvant organique.
Procédé d’extraction du bore selon la revendication 11, dans lequel la réextraction du bore est réalisée par mise en contact d’une base de Brönsted avec ledit solvant, la base étant choisie dans le groupe comprenant : NaOH, KOH, LiOH, NH₄OH, et leurs mélanges.