Nouvelle méthode d'extraction directe du lithium à partir de l'eau de production
Un chercheur met au point une technologie pour répondre à la forte demande de véhicules électriques et d'énergie verte
Avec la transition vers des sources d'énergie plus propres, les besoins en métaux et en minéraux critiques liés à l'énergie ont augmenté de façon spectaculaire. Stimulés par l'essor des véhicules électriques et d'autres technologies vertes, ces matériaux essentiels font l'objet d'une forte demande dans le monde entier.
(De gauche à droite) Peidong Liu, étudiante diplômée, et Wencai Zhang, professeur agrégé de génie minier et minéral, analysent des échantillons d'eau au laboratoire.
Photo by Hailey Wade for Virginia Tech.
Les métaux, tels que le lithium, ne peuvent pas être cultivés. Ils doivent être extraits ou recyclés, ce qui en fait une priorité absolue pour les chercheurs de l'industrie minière. Les méthodes traditionnelles d'extraction du lithium sont coûteuses et peuvent nuire à l'environnement, mais les chercheurs de Virginia Tech ont trouvé un moyen de minimiser l'impact sur l'environnement. Ils optimiseront et développeront cette méthode grâce à une subvention du ministère de l'énergie d'une valeur de plus de 1,8 million de dollars, dont 1,5 million de dollars en actions fédérales.
Wencai Zhang, professeur associé au département d'ingénierie des mines et des minéraux, dirige ce projet visant à récupérer les métaux très demandés, tels que le lithium et les éléments des terres rares, à partir de l'eau produite dans le schiste de Marcellus, dans le bassin des Appalaches. L'eau produite est une eau naturelle qui sort du sol lors de la production de gaz naturel et qui peut contenir des polluants tels que le lithium, ainsi que du chlorure de sodium, du calcium et du magnésium qui entraînent des niveaux de salinité extrêmement élevés. Les chercheurs visent à réduire les niveaux de salinité et à éliminer les polluants tout en extrayant le lithium pour d'autres applications industrielles.
"Les métaux et minéraux très demandés, tels que le lithium, jouent un rôle essentiel dans la production de véhicules électriques et sont présents dans pratiquement toutes les batteries du monde", a déclaré M. Zhang. "Notre objectif est de contribuer à la chaîne d'approvisionnement de ces matériaux essentiels tout en ayant un impact positif sur l'environnement. Nous visons en particulier à réduire les conséquences environnementales qui peuvent être associées à l'eau produite".
Une nouvelle approche
Bien que plusieurs études aient été réalisées sur la récupération du lithium à partir de l'eau de production, aucun processus complet permettant de produire du lithium de qualité batterie n'a encore été mis au point.
C'est là qu'interviennent Zhang et son équipe, qui ont mis au point un nouveau procédé permettant d'utiliser l'eau de production à des fins bénéfiques, notamment en récupérant des minéraux précieux et en fixant le carbone. Leur projet comprend cinq phases principales pour traiter l'eau de production et récolter ces minéraux très demandés.
Première phase : Traitement de l'eau produite
Zhang et son équipe commenceront par traiter l'eau produite à partir du schiste de Marcellus, dans le bassin des Appalaches, dans le but d'éliminer toute particule solide tout en maintenant une perte minimale de minéraux précieux.
Deuxième phase : Récupération des terres rares et des métaux critiques
Afin de récupérer ces minéraux très demandés, Zhang a mis au point des technologies brevetées et en instance de brevet pour récupérer les minéraux critiques dans l'eau de production. La concentration des minéraux dans l'eau de production étant trop faible pour permettre une récupération efficace, la méthode de Zhang, connue sous le nom de précipitation par étapes, concentre les éléments critiques de la solution afin qu'ils puissent être efficacement extraits et raffinés.
Troisième phase : Récupération directe du lithium
La méthode conventionnelle d'extraction du lithium de la terre est coûteuse et nécessite une quantité importante d'énergie. Les chercheurs combineront un système d'échange d'ions spécialement conçu, qui est utilisé pour la séparation des substances et qui est spécifiquement sélectif pour le lithium, et un processus d'extraction par solvant en plusieurs étapes qui a été considérablement modifié pour s'adapter au traitement de l'eau de production. La nouvelle méthode d'extraction directe du lithium mise au point par Zhang et son équipe est rentable et moins gourmande en énergie.
Quatrième phase : Minéralisation du carbone
L'eau produite contient des métaux alcalino-terreux, tels que le calcium et le magnésium, qui contribuent à la dureté de l'eau, c'est-à-dire à sa capacité d'utilisation. Zhang et son équipe utiliseront la minéralisation du carbone pour éliminer ces métaux en ajoutant du dioxyde de carbone à une solution contenant des métaux alcalino-terreux, ce qui permet ensuite aux composés carbonatés, tels que le carbonate de calcium, de se former et de se déposer hors de la solution. En transformant le dioxyde de carbone et les minéraux en particules solides, il est possible de les filtrer de l'eau.
Cinquième phase : Traitement phytomicrobien
Dans la phase finale du projet, Zhang et son équipe réduiront les niveaux de salinité et élimineront les polluants de l'eau produite à l'aide d'un traitement phyto-microbien, qui consiste à utiliser des plantes et leurs microbes respectifs pour nettoyer les contaminants présents dans l'eau produite. Ils sélectionneront intentionnellement certaines plantes présentant d'excellentes caractéristiques de purification et qui ne pousseraient pas normalement dans la zone où se trouve l'eau produite. Ces plantes et ces microbes seront adaptés à l'élimination de tous les contaminants, ce qui permettra d'obtenir une eau plus propre.
Des améliorations environnementales pour l'avenir
Les minéraux récupérés dans le cadre de ce projet jouent un rôle essentiel dans notre société moderne. Dans la perspective des véhicules électriques, M. Zhang s'associe à des chercheurs interdisciplinaires et à des partenaires industriels qui apporteront leur expertise et des données pertinentes au projet. Ses partenaires sont les suivants
- Colleen Doherty, professeur agrégé de biochimie moléculaire et structurelle à l'université d'État de Caroline du Nord, dirigera la phase cinq du projet.
- Austin Elements, une entreprise de recyclage de batteries, dirigera les efforts de la phase trois, la construction du pré-pilote et les aspects technico-économiques de la commercialisation.
- EQT Corporation, l'un des principaux producteurs de gaz naturel aux États-Unis, qui opère dans le bassin des Appalaches, fournira à l'équipe une quantité suffisante d'eau produite pour les essais expérimentaux.
Lorsque l'on collabore à un projet dont l'impact est aussi important que celui d'une énergie et d'une eau plus propres, il est essentiel d'avoir un objectif commun. L'objectif de l'équipe de recherche pour ce projet se trouve être bénéfique pour notre région.
"Le schiste de Marcellus est une formation géologique importante connue pour ses riches gisements de gaz naturel, en particulier de gaz de schiste", a déclaré M. Zhang. "Elle se trouve principalement dans le bassin des Appalaches, dans l'est des États-Unis, qui comprend une partie de la Virginie. Ce projet offre la possibilité de débloquer des avantages environnementaux supplémentaires pour cette région.
"Mes connaissances ne peuvent à elles seules résoudre ce problème, il est donc essentiel pour le projet que nous ayons des collaborateurs qui possèdent des connaissances pertinentes pour l'industrie et qui auront un impact substantiel sur le projet et permettront de résoudre le problème.
L'impact potentiel de ce projet est considérable, et l'intégration de cette recherche dans la pratique courante pourrait améliorer considérablement les avantages de la production de gaz de schiste. Les entreprises de gaz de schiste exploitent de multiples sites de production et s'appuient souvent sur des installations centralisées pour collecter et distribuer l'eau sur les différents sites. La technologie de Zhang et de son équipe peut être intégrée dans ces installations pour optimiser ce processus.
L'eau produite traitée pourrait également être utilisée à l'avenir comme eau d'irrigation, ce qui favoriserait l'agriculture dans la région.
"Notre technologie facilite non seulement la récupération de minéraux précieux tels que le lithium, mais elle garantit également que l'eau reste adaptée à la production de gaz de schiste", a déclaré M. Zhang. "Nous pouvons également réduire la salinité de l'eau et fournir une eau plus propre pour soutenir l'agriculture dans les zones où l'approvisionnement en eau est faible.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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