Recyclage du lithium issu des batteries usagées par extraction liquide-liquide dans un milieu liquide ionique

Recycling of lithium from used batteries by liquid-liquid extraction in an ionic liquid medium

• Auteur / Autrice : Abderrazak Masmoudi
• Direction : Dominique Trebouet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 02/12/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Strasbourg ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Hubscher-Bruder
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Meyer, Aminou Mohamadou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Liquides ioniques

Extraction (chimie)

Recyclage

Lithium

Mots clés libres

Lithium

Batteries

Hydrométallurgie

Extraction Liquide-liquide

Liquides ioniques

Lithium

Batteries

Hydrometallurgy

Liquid-Liquid Extraction

Ionic liquids

Résumé

L’approvisionnement durable en lithium est indispensable pour le développement des appareils électriques modernes. Ces appareils sont basés sur les batteries lithium-ion (BLI) dont l’élément clé est le lithium. Le recyclage est un axe stratégique sur lequel repose l’approvisionnement en lithium d’une manière écologiquement et économiquement durable. Dans ce cadre, au cours de ce projet de thèse, nos efforts étaient dirigés vers l’étude du recyclage du lithium par extraction liquide-liquide (ELL). Des liquides ioniques (LIs) ont été utilisés pour remplacer les solvants organiques toxiques. Le présent travail possède un double objectif pratique et théorique : (i) le développement d’un nouveau système d’ELL du lithium en combinant extractant et LI et (ii) la compréhension des mécanismes d'extraction du lithium à partir de milieux aqueux (acides et basiques) par différents types d’extractants (neutres et acides) dilués dans des LIs. Nos résultats ont mis en évidence qu’il est relativement difficile de concevoir un système d’ELL capable d’extraire directement le lithium d’un lixiviat de BLI. Pour cela, nous avons proposé d’extraire le lithium à un pH alcalin, où la majorité des cations présents dans le lixiviat sont déjà éliminés. Le solvant d’extraction optimal dans ces conditions est : β-dicétone/LI. Nous avons démontré que ce système satisfait la plupart des exigences d’un système idéal pour l'extraction du lithium faisant intervenir un LI.

A sustainable supply of lithium is essential for the development of modern electrical devices. These devices are based on lithium-ion batteries (LIB), the key element of these LIB is lithium. Recycling is a strategic axis on which the supply of lithium is based in an environmentally and economically sustainable manner. In this context, during this thesis project, our efforts were directed towards the study of lithium recycling by liquid-liquid extraction (LLE). Ionic liquids (ILs) have been used to replace toxic organic solvents. The present work has two practical and theoretical objectives: (i) the development of a new LLE system for the extraction of lithium by combining extractant and IL and (ii) the understanding of the mechanisms of lithium extraction from aqueous media (acids and bases) in an IL medium with different types of extractants (neutrals and acids). Our results showed that it is relatively difficult to design a LLE system capable of directly extracting lithium from a LIB leachate. For this reason, we proposed to extract lithium at alkaline pH, where most of the cations present in the leachate are already removed. The optimal extraction system under these conditions is that using β-diketone in LI. We have demonstrated that this extraction solvent meets most of the requirements of an ideal system for lithium extraction involving IL.