TECHNIQUE  
Aquarama 84 – juin 2019

Cobalt et consorts, un trésor caché

Il existe une tendance à la récupération et à réutilisation de matières premières ayant séjourné dans l’eau. Cela vaut aussi pour les métaux, entre autres ceux d’une catégorie spéciale : les ‘matières premières critiques’. Il s’agit de matières ayant une importance économique élevée. L’UE investit dans les technologies capables de les récupérer dans les déchets, entre autres les eaux usées.

Les matières premières critiques comprennent aujourd’hui 27 matériaux. Une partie appartient au groupe du platine et comprend, entre autres, le platine, le palladium et le rhodium. Une autre partie est constituée par des métaux appartenant aux terres rares, tels que le néodyme et le scandium. D’autres éléments tels le cobalt et l’indium, font également partie de ce groupe. Les matières premières critiques jouent un rôle crucial dans la production, entre autres, des smartphones, ordinateurs portables, catalyseurs, éoliennes, panneaux photovoltaïques, voitures et motos électriques.

La majeure partie des métaux des terres rares provient de Chine. Cela constitue un défi pour l’Europe qui ne dispose que de peu de ressources en propre. Prof. dr. ir. Gijs Du Laing, Université de Gand : « Et les éléments du groupe platine ? Ils proviennent en majeure partie d’Afrique du Sud et de Russie. Le risque d’approvisionnement est donc également élevé pour ces derniers. L’Europe est de plus en plus intéressée de savoir quelle proportion de ces éléments se trouve dans les eaux usées et autres flux de déchets, en vue de leur récupération. »

Secteurs à potentiel

Gijs Du Laing mentionne quelques secteurs industriels pour lesquels la récupération de matières premières critiques est intéressante ou peut le devenir. « L’industrie chimique qui utilise des métaux comme catalyseurs pour la synthèse de certains plastiques présente un potentiel considérable. Pour ce faire, elle utilise souvent du cobalt, du rhodium ou du palladium. Il existe également un potentiel pour les eaux usées provenant des secteurs produisant de l’électronique et celles provenant de ceux qui traitent et recyclent les minerais et les flux de déchets contenant des métaux. Il y a encore les entreprises de traitement de surface des métaux, par exemple le laquage des métaux dans l’industrie automobile. Il arrive déjà que les boues soient collectées et incinérées, puis que le cobalt soit, entre autres choses, extrait des cendres. En outre, le palladium et l’argent sont récupérés dans les eaux usées des miroiteries. On pourrait citer bien d’autres exemples. »

Défis

La récupération s’accompagne cependant de quelques défis. « Actuellement, les eaux usées sont principalement analysées sur le plan des métaux toxiques et pour lesquels il existe des normes de rejet. Les métaux des terres rares et les éléments du groupe du platine ne sont généralement pas concernés. Il n’existe de ce fait que peu d’informations au sujet des concentrations de ces éléments dans l’eau. Il s’agit en effet de concentrations faibles : plus élevées dans le processus de production, souvent des grammes ou milligrammes par litre d’eau ; en bout de chaîne, par exemple, des microgrammes par litre, avec en plus la difficulté qu’il est plus souvent question, dans ce cas, de mélanges. La variabilité des concentrations constitue un autre défi. Il est possible, par exemple, qu’un jour nous trouvions du cobalt dans les eaux usées d’une usine chimique et que quelques semaines plus tard nous n’en trouvions soudain plus. Ce qui peut aussi compliquer les choses, c’est le prix d’achat variable des éléments. Le prix d’un métal critique peut facilement tripler en un an ou tout simplement baisser. »

« Il existe encore un certain nombre de secteurs dans lesquels la récupération de matières premières critiques est ou peut devenir intéressante. »

Précipitation

Diverses techniques de récupération permettent d’extraire des métaux de l’eau et peuvent également convenir pour les matières premières les plus critiques. Gijs Du Laing : « Quelques processus, déjà utilisés, sont basés sur la précipitation en tant qu’hydroxyde. Cette dernière ne convient que pour des concentrations de métaux élevées, soit plus d’un gramme par litre. Une alternative consiste à précipiter les métaux en tant que sulfures. Ceci convient aux solutions plus diluées. Cette méthode est déjà utilisée pour les eaux usées rejetées par l’exploitation minière, la galvanoplastie et le raffinage de base des métaux. Pour des raisons de durabilité, la précipitation de sulfures est également développée via un processus biologique. Une entreprise néerlandaise propose une telle solution avec une précipitation biologique de sulfures. Sa technologie est entre autres utilisée par une entreprise pour récupérer le zinc de ses eaux usées. »

Adsorption et extraction électrolytique

Il existe aussi des technologies qui pour le moment sont moins utilisées mais dans lesquelles Gijs Du Laing voit du potentiel : l’adsorption, ou échange d’ions, et l’extraction électrolytique. « Si vous souhaitez utiliser des adsorbants pour récupérer les métaux et si vous optez pour la durabilité, vous pouvez développer des adsorbants réutilisables plusieurs fois. Vous pouvez également rechercher des adsorbants biosourcés peu coûteux : vous pourrez ensuite revendre les exemplaires chargés à une fonderie, qui les intègrera lorsqu’elle fondra d’autres déchets pour récupérer les métaux. La sélectivité est toutefois très importante en vue de la récupération. Nous développons dans ce but une plate-forme automatisée en vue de la sélection de tels adsorbants. Si quelqu’un est confronté demain à un nouveau type d’eaux usées, et qu’il recherche des adsorbants appropriés, nous pourrons les trouver assez rapidement grâce à cette plate-forme. L’extraction électrolytique est également durable : il suffit en principe d’électricité et cette dernière peut être produite de façon écologique. Les métaux précipitent dans ce cas sur des électrodes. »

Fabrication directe

Au lieu de récupérer uniquement des métaux, vous pouvez également fabriquer, directement à partir d’eaux usées, des produits précieux contenant des métaux : « Vous pouvez précipiter, par exemple, des nanoparticules de métaux à l’aide de micro-organismes. Supposons que vous produisiez des nanoparticules d’argent de cette manière ; elles pourraient ensuite être utilisées, par exemple, comme désinfectants. Et si vous faites précipiter des particules de platine ou de palladium, vous pouvez les utiliser comme catalyseurs pour décomposer les micropolluants. »

Modèles gagnants

Le monde des affaires demande régulièrement à Gijs Du Laing s’il est utile de récupérer les métaux des eaux usées. « Je constate que très peu sont récupérés. Ou bien vous n’obtenez que de faibles volumes, ou bien le prix du métal est bas. Toutefois, si des mesures d’assainissement sont nécessaires et que certains métaux, qu’ils soient ou non des matières premières critiques, ne sont pas autorisés dans l’environnement, il vous est possible de vérifier si vous pouvez également récupérer et commercialiser ces métaux ; ceci pourrait s’avérer intéressant économiquement. »

Peut-être y a-t-il un besoin de plus d’esprit d’entreprise, médite-t-il. Par exemple, ses collègues et lui ont découvert un adsorbant qui permet d’adsorber des formes de platine dans l’urine de patients cancéreux soumis à une chimiothérapie. « Pour le moment cette urine est vidée dans les toilettes », explique-t-il. « Supposez que quelqu’un puisse extraire le platine de l’urine à l’aide d’un petit filtre et qu’il collecte ensuite ces filtres. Il doit exister des sociétés actives dans le traitement et la récupération de métaux précieux, telles que Umicore, qui seraient intéressées de retirer le platine de ces filtres. Prenez par exemple un grand hôpital, dans lequel 2 à 3.000 de ces traitements ont lieu par an. Vous pourriez y récupérer pour environ 10.000 euros par an de platine. La collecte pourrait par exemple être effectuée en même temps que celle des piles usagées. Mais ici aussi il y a des risques ; par exemple, il n’est pas exclu que dans quelques années, on n’utilise plus de platine dans le traitement du cancer. Il est donc conseillé à quelqu’un qui voudrait devenir actif dans un tel domaine, de ne pas mettre tous ses œufs dans le même panier. »

Par Koen Vandepopuliere

« L’industrie chimique qui utilise les métaux comme catalyseurs pour la synthèse de certains plastiques présente un potentiel considérable », affirme le prof. Dr. ir. Gijs Du Laing.