Thèse soutenue

Conception, développement et mise au point d'un procédé hydrométallurgique de récupération du cobalt (II) issu de mines secondaires par précipitation

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Auteur / Autrice : Neïla Djoudi
Direction : Hervé MuhrMarie Le Page Mostefa
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
Date : Soutenance le 29/01/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
Jury : Président / Présidente : Alexandre Chagnes
Examinateurs / Examinatrices : Hervé Muhr, Marie Le Page Mostefa, Béatrice Biscans, Daniel Meyer, Fabien Burdet
Rapporteurs / Rapporteuses : Béatrice Biscans, Daniel Meyer

Résumé

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Le cobalt fait partie des cinquante métaux stratégiques, considérés comme essentiels pour l’industrie et qui sont au cœur d’enjeux économiques et géopolitiques mondiaux. C’est pourquoi, la recherche portant sur la récupération de ce métal critique, à partir de déchets industriels ou urbains, est particulièrement importante pour les années à venir. L’objet de la thèse porte sur le développement d’un procédé hydrométallurgique permettant de récupérer le cobalt à partir d’un lixiviat de batterie Li-ion par précipitation. La première partie de ces travaux s’est portée sur le choix de l’agent précipitant, celui-ci devant répondre à un certain nombre de critères tels qu’une haute efficacité de récupération du cobalt, un impact environnemental faible et un coût économique limité. Une étude comparative des agents a été effectuée, basée sur la littérature ainsi que sur des simulations des équilibres thermodynamiques réalisées sous Visual Minteq 3.0. Les résultats ont montré qu’il était possible de récupérer 99,8 % du cobalt, sous forme d’hydroxyde. Des expériences ont alors été conduites afin de valider les hypothèses émises et de comparer les résultats obtenus avec les simulations effectuées. Expérimentalement, plusieurs paramètres opératoires ont été étudiés afin de déterminer les conditions optimales de récupération du cobalt, en termes de rendement, de sélectivité et de filtrabilité du précipité. Certains paramètres tels que la sursaturation, peuvent influencer les propriétés du produit obtenu (taille des particules, des agglomérats, polymorphisme…). Le polymorphe retenu devra permettre d’obtenir les rendements les plus élevés et des temps de filtration les plus faibles. Par la suite, les recherches ont porté sur l’étude de milieux synthétiques complexes contenant du cobalt, du manganèse, se rapprochant ainsi des conditions réelles de lixiviats de batterie Li-ions, et conforme au schéma de procédé proposé. Enfin, à partir des résultats obtenus réacteur parfaitement agité en régime discontinu, des expérimentations ont été réalisées en mode continu. Il a été possible de déterminer les paramètres optimaux de récupération du cobalt et de les extrapoler à l’échelle pilote en réacteur à lit fluidisé, permettant d’envisager le procédé à plus grande échelle.