Extraction liquide-liquide et purification de nickel(II) issu d'une Phyto-extraction

Liquid-liquid extraction and purification of nickel(II) from phyto-extraction

• Auteur / Autrice : Antoine Martin sanchez
• Direction : Arnaud Buch, François Puel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 02/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGPM - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec

Mots clés

Mots clés libres

Liquide-Liquide Extraction

Nickel

Cristalisation

Génie des procédés

Electrolyse

Liquid-Liquid extraction

Cristalization

Electrolysis

Process engineering

Nickel

Résumé

L'industrie de production du nickel fait face à deux problèmes majeurs : une forte émission mondiale de gaz à effet de serre et une importante pollution des sols et des eaux souterraines. Lors de l'extraction minière, la totalité du sol est récupérée, broyée en fine poudre et dissoute en milieu acide à haute température. Dans le procédé hydrométallurgique de récupération du nickel, la totalité des éléments doit être précipitée de manière sélective (Fer, Mn, Mg, Ca, Ni, Co, etc.) afin de pouvoir les séparer. Le Nickel représente seulement 1 à 2% de la masse des éléments extraits. Par conséquent de grand volumes de déchets (boues) sont générés et stockés. Il y a donc une transformation du paysage en raison de l'extraction minière et du stockage de ces déchets. Une alternative possible plus soutenable est de réaliser l'extraction de Nickel par phyto-extraction. Cela consiste à utiliser des plantes endémiques qui se sont adaptées aux sols sont naturellement riches en Nickel. Ces plantes accumulent le Nickel dans leur biomasse et prélèvent de manière sélective le Nickel dans le sol (les autres éléments sont peu extraits). Il suffit alors de récolter la plante (plusieurs récoltes sont possibles si la quantité de Nickel naturellement présent dans le sol est important), de l'incinérer pour obtenir un charbon végétal, puis d'extraire le Nickel de ce charbon. Le volume de déchets est très fortement réduit. Le risque de pollution (sol et eau) est ainsi évité. Le sol, naturellement peu cultivable, devient une terre arable, ce qui est profitable pour les populations locales. L'incinération a lieu localement. Le charbon végétal est alors acheminé vers une usine pour extraire le Nickel. Le charbon végétal débarrassé du Nickel est ensuite valorisé comme matériau. La startup Genomines (https://www.genomines.com/) a pour savoir-faire l'amélioration de ces plantes hyperaccumulatrices et leur culture. Elle s'associe au LGPM (https://lgpm.centralesupelec.fr/) pour revisiter le procédé hydrométallurgique usuel d'extraction de Nickel pour l'appliquer au charbon végétal, et non à la totalité du sol. Ce projet de trois ans est soutenu par la Banque Publique d'Investissement française (BPI-France). Le projet de thèse consiste à étudier une partie de ce procédé d'extraction, en l'occurrence la partie concernant l'extraction liquide-liquide du nickel(II) issus de différents charbons végétaux. Les objectifs de ce projet sont l'obtention d'un schéma de procédé permettant d'atteindre des rendements d'extraction élevés (>90%) avec des puretés de l'ordre de 99,99% permettant l'utilisation du nickel dans des batteries. En fin de procédé, Le nickel ainsi obtenu pourra être sous la forme de sel ou de nickel métallique.

The nickel production industry faces two major problems: high global emissions of greenhouse gases and significant soil and groundwater pollution. During mining, all the soil is recovered, ground into a fine powder and dissolved in an acid medium at high temperature. In the hydrometallurgical nickel recovery process, all the elements must be selectively precipitated (iron, Mn, Mg, Ca, Ni, Co, etc.) so that they can be separated. Nickel represents only 1 to 2% of the mass of the elements extracted. As a result, large volumes of waste (sludge) are generated and stored. The mining and storage of this waste is transforming the landscape. A more sustainable alternative is to extract nickel by phyto-extraction. This involves using endemic plants that have adapted to soils naturally rich in Nickel. These plants accumulate Nickel in their biomass and selectively extract Nickel from the soil (the other elements are not extracted to any great extent). All that needs to be done is to harvest the plant (several harvests are possible if the quantity of Nickel naturally present in the soil is large), incinerate it to obtain a vegetable coal, and then extract the Nickel from this coal. The volume of waste is greatly reduced. The risk of pollution (soil and water) is thus avoided. The soil, which is not naturally suitable for cultivation, becomes arable land, which benefits local populations. Incineration takes place locally. The charcoal is then sent to a plant to extract the nickel. The charcoal is then recycled as a material. The Genomines start-up (https://www.genomines.com/) has expertise in improving and growing these hyperaccumulative plants. It has joined forces with LGPM (https://lgpm.centralesupelec.fr/) to revisit the usual hydrometallurgical process for extracting nickel and apply it to plant charcoal, rather than to the soil as a whole. This three-year project is supported by the French Public Investment Bank (BPI-France). The thesis project consists of studying part of this extraction process, in this case the part concerning the liquid-liquid extraction of nickel(II) from various vegetable coals. The objectives of this project are to obtain a process scheme that will enable high extraction yields (>90%) to be achieved with purities of the order of 99.99%, enabling the nickel to be used in batteries. At the end of the process, the nickel obtained can be in the form of a salt or metallic nickel.