CD Flottation sélective des composants de la black mass issue du recyclage des batteries Li-ion : développement de nouveaux schémas de réactifs adaptés à un flux en constante évolution

CD Selective flotation of black mass components derived from Li-ion battery recycling: development of new reagents schemes adapted to a constantly evolving stream

• Auteur / Autrice : Amelia Nieto
• Direction : Ndue Kanari
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 23/09/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Valorisation des ressources et des résidus (Axe Matières Premières)

Mots clés

Mots clés libres

Flottation

Batteries lithium-ion

Recyclage

Black mass

Lithium ion batteries

Froth flotation

Recycling

Black mass

Résumé

La transition énergétique s'accompagne d'une forte augmentation de la production de batteries lithium-ion, posant des enjeux environnementaux et stratégiques majeurs liés à leur fin de vie et à l'approvisionnement en matières premières critiques. Le recyclage de la black mass, qui constitue la fraction concentrée en graphite et métaux stratégiques tels que le nickel, le cobalt, le lithium et le manganèse, apparaît comme un levier clé pour renforcer l'économie circulaire et réduire la dépendance aux importations. Toutefois, l'évolution rapide des technologies de batteries, avec l'émergence de nouvelles chimies de cathodes (NMC, LFP), l'augmentation des mélanges dans les cathodes (blends), ainsi que l'intégration de composants innovants comme les revêtements d'alumine (Al₂O₃) et les anodes dopées au silicium, complexifie considérablement la composition de la black mass. Cette hétérogénéité croissante rend les procédés de recyclage classiques inadaptés, notamment dans un contexte réglementaire de plus en plus exigeant, avec un objectif européen de 70 % de taux de recyclage des batteries d'ici 2027. Dans ce contexte, la séparation sélective des constituants de la black mass devient une priorité. La flottation, procédé bien établi en minéralurgie, se distingue par sa capacité à séparer des particules fines. Cependant, les réactifs conventionnels utilisés dans le cas de la black mass, comme le kérosène, présentent une faible sélectivité, limitant leur efficacité face à des flux complexes et hétérogènes. Le développement de nouveaux schéma de réactifs de flottation, plus spécifiques aux composants des batteries, est donc indispensable pour améliorer la performance et la flexibilité des procédés de recyclage.

The energy transition is driving a sharp increase in lithium-ion battery production, raising major environmental and strategic challenges related to end-of-life management and the supply of critical raw materials. The recycling of black mass - a fraction rich in graphite and strategic metals such as nickel, cobalt, lithium, and manganese - emerges as a key lever to strengthen the circular economy and reduce reliance on imports. However, the rapid evolution of battery technologies, with the emergence of new cathode chemistries (NMC, LFP), the growing use of cathode blends, and the integration of innovative components such as alumina (Al₂O₃) coatings and silicon-doped anodes, has significantly increased the complexity of black mass composition. This growing heterogeneity renders traditional recycling processes inadequate, especially in light of increasingly stringent regulations, including the European target of a 70% battery recycling rate by 2027. In this context, the selective separation of black mass components becomes a priority. Flotation, a well-established process in mineral processing, stands out for its ability to separate fine particles efficiently. However, conventional reagents used in black mass flotation, such as kerosene, lack selectivity, limiting their effectiveness on complex and heterogeneous material streams. The development of new flotation reagent schemes, specifically tailored to the components of modern batteries, is therefore essential to enhance the performance and adaptability of recycling processes.