Solvants eutectiques pour la lixiviation et la séparation de métaux

Eutectic solvents for metal leaching and separation

• Auteur / Autrice : Aboubakar Bakayogo
• Direction : Sandrine Dourdain, Guilhem Arrachart
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 08/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule

Mots clés

Mots clés libres

Solvant eutectique

Lixiviation

Séparation

Eutectic solvent

Leaching

Separation

Résumé

La séparation d'éléments chimiques est au cœur des problématiques de l'extraction minière, du recyclage des déchets nucléaires et électroniques et de la dépollution des effluents aqueux. Les procédés hydrométallurgiques de lixiviation et d'extraction liquide-liquide utilisent cependant des volumes considérables d'eaux et de solvants souvent polluants et volatils. Les enjeux environnementaux imposent donc aujourd'hui un défi essentiel pour l'hydrométallurgie. Les solvants eutectiques hydrophobes sont depuis peu envisagés pour l'extraction de métaux. Ils présentent de nombreux avantages comme une plus faible volatilité, un point éclair plus élevé ainsi que des performances d'extraction améliorées dans certains cas, associés à des mécanismes d'extraction différents vis à vis des diluants classiquement utilisés. L'objectif de cette thèse sera donc de préparer et de tester des solvants eutectiques hydrophobles (HES) à base de molécules extractantes connues au laboratoire et d'en étudier les propriétés d'extraction liquide-liquide et de lixiviation visà-vis de différents métaux, avec un intérêt particulier pour l'extraction de l'uranium issu des mines. Les mécanismes d'extractions dans ces solvants non conventionnels seront abordés en observant finement les effets de complexation et de structuration, afin d'en optimiser les performances. Les propriétés d'extraction de différents métaux et d'uranium seront évaluées par ICP-OES et mises en regard avec les propriétés physico-chimiques et structurales des systèmes (mesures de densité, viscosité, titration acido-basique et Karl Fisher, spectroscopies RMN, IR, tensiométrie, diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles (SAXS, SANS)…).

The separation of chemical elements is central to challenges in mining extraction, nuclear and electronic waste recycling, and the decontamination of aqueous effluents. However, hydrometallurgical processes for leaching and liquid-liquid extraction use considerable volumes of water and often pollutant, volatile solvents. Environmental concerns therefore present a key challenge for hydrometallurgy today. Hydrophobic eutectic solvents (HES) have recently been considered for metal extraction. They offer numerous advantages, such as lower volatility, higher flash points, and in certain cases, improved extraction performance, with distinct extraction mechanisms compared to conventional diluents. The aim of this thesis will be to prepare and test hydrophobic eutectic solvents based on known laboratory extractant molecules and to study their liquid-liquid extraction and leaching properties for various metals, with a particular focus on uranium extraction from mining sources. The extraction mechanisms in these unconventional solvents will be investigated by closely observing complexation and structuring effects to optimize performance. The extraction properties for different metals and uranium will be assessed by ICP-OES and correlated with the physicochemical and structural properties of the systems (density and viscosity measurements, acid-base and Karl Fischer titrations, NMR, IR spectroscopy, tensiometry, small-angle X-ray and neutron scattering (SAXS, SANS) among others).