SisClever Process
Avec le procédé SisClever que nous appliquons actuellement en hydrométallurgie, il est possible d'accumuler différents métaux à des endroits précis du procédé. À partir de ces zones d'accumulation, chaque composant peut être récupéré avec une pureté et une concentration élevées. Ce processus a été validé expérimentalement. Appliqué à l'exemple de la séparation des terres rares, les simulations montrent que SisClever nécessite moins d'un tiers des étapes de séparation par rapport à un processus conventionnel, permettant d'obtenir une pureté au moins identique et un enrichissement beaucoup plus élevé pour de nombreux composants. Une offre de la technologie est disponible ici.
L'objectif de ce projet est de développer un nouveau procédé de séparation : le procédé SisClever, pour la séparation simultanée de plusieurs composants à un niveau élevé de récupération, résultant en une concentration et une pureté élevées. Cet objectif est atteint en contrôlant la distribution des composants entre les phases qui traversent le procédé à contre-courant, de telle sorte que pour chaque composant, une région d'accumulation individuelle est établie tout au long du procédé. Dans chaque région d'accumulation, le composant respectif est éliminé par un flux latéral. Une conception appropriée permet en principe d'atteindre une pureté et une concentration arbitraires, limitées, par exemple, par la solubilité.
L'une des applications du procédé SisClever est la séparation de métaux individuels à partir d'une solution acide. Ce matériau est couramment utilisé comme matière première dans le recyclage des batteries lithium-ion, des aimants au néodyme et des déchets électroniques. Les métaux sont séparés individuellement par extraction réactive en contrôlant le pH. Le procédé SisClever peut également être appliqué à toute autre extraction réactive, par exemple à partir d'un bouillon de fermentation, si plusieurs composants doivent être séparés individuellement.
En principe, le procédé SisClever peut être appliqué non seulement à l'extraction réactive, mais aussi à toute séparation où la distribution des composants souhaités peut être suffisamment influencée, y compris par l'ajout de composants qui modifient l'équilibre.
Le projet consiste à développer le procédé SisClever. Les principales tâches sont le développement d'un outil Fortran pour la modélisation et l'optimisation des performances du procédé, et la validation expérimentale du procédé. La séparation de deux métaux a déjà pu être réalisée expérimentalement avec une expérience pseudo-continue utilisant la configuration suivante.
Les profils de concentration des métaux tout au long du procédé atteints à l'état stationnaire à la fin de l'expérience sont présentés ci-dessous. Un enrichissement et une pureté élevés ont été atteints aux deux points d'enlèvement, représentés par des lignes en pointillé.
L'outil de simulation a également été appliqué au cas du recyclage des terres rares et comparé à un processus optimisé en 104 étapes proposé dans la littérature [1]. La séparation d'un mélange de 7 métaux en 5 flux latéraux est considérée. Les profils de concentration obtenus à l'état stationnaire avec seulement 24 étapes dans le procédé SisClever sont présentés ci-dessous.
Le profil de pH qui permet cette séparation a été optimisé pour minimiser le nombre d'étapes nécessaires avec le procédé SisClever tout en obtenant au moins les mêmes puretés d'élimination que dans le procédé présenté dans la littérature. Ces puretés sont présentées ci-dessous, où l'on peut voir que tous les métaux sont récupérés à des puretés similaires, avec même une amélioration pour le Sm.
L'une des principales améliorations par rapport au procédé proposé dans la littérature est l'enrichissement des produits, comme le montre le graphique ci-dessous. Pour plusieurs métaux, le procédé SisClever permet d'obtenir un enrichissement beaucoup plus important. Cela montre également qu'il est possible d'obtenir des concentrations élevées dans les produits, même pour des composants présents en petites quantités dans l'alimentation.
L'application du procédé SisClever au recyclage des terres rares permet donc d'obtenir de meilleures performances de séparation que les procédés conventionnels, tout en nécessitant beaucoup moins d'étapes. En effet, le procédé SisClever ne nécessite que 29 étapes (24 pour la séparation + 5 pour le stripping des flux secondaires), soit moins d'un tiers des 104 étapes nécessaires au procédé présenté dans la littérature. Cette comparaison met en évidence les avantages du procédé SisClever.
[1] V.K. Srivastava, Modeling of Rare Earth Solvent Extraction Process Modeling of Rare Earth Solvent Extraction Process for Flowsheet Design and Optimization for Flowsheet Design and Optimization, Ph.D. Thesis, University of Kentucky 2021.
