Une équipe de recherche dirigée par James Tour de l’Université Rice a développé une méthode permettant de recycler plus efficacement les métaux précieux des déchets électroniques tout en réduisant considérablement l’impact environnemental généralement associé au recyclage des métaux.
Le recyclage des métaux peut réduire le besoin d’exploitation minière, ce qui diminue les dommages environnementaux associés à l’extraction de matières premières tels que la déforestation, la pollution de l’eau et les émissions de gaz à effet de serre.
« Notre procédé permet de réduire considérablement les coûts d’exploitation et les émissions de gaz à effet de serre, ce qui en fait une avancée décisive dans le recyclage durable », a déclaré Tour, professeur de chimie TT et WF Chao et professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie.
Le travail de l’équipe de recherche a été publié dans Nature Génie chimique le 25 septembre.
Technique innovante
Cette nouvelle technique améliore la récupération des métaux critiques et s’appuie sur les travaux antérieurs de Tour sur l’élimination des déchets en utilisant le chauffage par effet Joule flash (FJH). Ce procédé consiste à faire passer un courant électrique à travers un matériau pour le chauffer rapidement à des températures extrêmement élevées, le transformant en différentes substances.
Les chercheurs ont appliqué les procédés de chloration et de carbochloration FJH pour extraire des métaux précieux, notamment du gallium, de l’indium et du tantale, des déchets électroniques. Les méthodes de recyclage traditionnelles telles que l’hydrométallurgie et la pyrométallurgie sont gourmandes en énergie, produisent des flux de déchets nocifs et impliquent de grandes quantités d’acide.
En revanche, la nouvelle méthode élimine ces défis en permettant un contrôle précis de la température et une séparation rapide des métaux sans utiliser d’eau, d’acides ou d’autres solvants, réduisant ainsi considérablement les dommages environnementaux.
« Nous essayons d’adapter cette méthode pour récupérer d’autres métaux critiques à partir des flux de déchets », a déclaré Bing Deng, ancien étudiant postdoctoral de Rice, actuel professeur adjoint à l’Université Tsinghua et co-premier auteur de l’étude.
Des résultats efficaces
Les scientifiques ont découvert que leur méthode permettait de séparer efficacement le tantale des condensateurs, le gallium des diodes électroluminescentes mises au rebut et l’indium des films conducteurs solaires usagés. En contrôlant précisément les conditions de réaction, l’équipe a obtenu une pureté du métal de plus de 95 % et un rendement de plus de 85 %.
De plus, la méthode est prometteuse pour l’extraction du lithium et des terres rares, a déclaré Shichen Xu, chercheur postdoctoral à Rice et co-premier auteur de l’étude.
« Cette avancée répond au problème urgent des pénuries critiques de métaux et des impacts environnementaux négatifs tout en encourageant économiquement les industries de recyclage à l’échelle mondiale avec un processus de récupération plus efficace », a déclaré Xu.
Les autres auteurs de l’étude incluent Jaeho Shin, Yi Cheng, Carter Kittrell, Justin Sharp, Long Qian, Shihui Chen et Lucas Eddy du département de chimie de Rice et Khalil JeBailey du département des sciences des matériaux et de nano-ingénierie de Rice.
Plus d’informations :
Bing Deng et al, Séparation éclair des métaux par chloration électrothermique, Nature Génie chimique (2024). DOI : 10.1038/s44286-024-00125-2. www.nature.com/articles/s44286-024-00125-2