Comment les éléments terrestres rares peuvent être recyclés à partir de magnétiques

Le projet NEO-CYCLE en Allemagne, mené par des chercheurs du Fraunhofer IKTS et de la TU Bergakademie Freiberg, développe une technologie permettant de récupérer des éléments terrestres rares tels que le néodyme à partir de magnétiques. De tels magnétiques sont utilisés, entre autres, dans les véhicules électriques et les éoliennes, et grâce à ces nouvelles technologies, ils peuvent être réutilisés en Europe dans d’autres industries, y compris l’industrie pharmaceutique et l’économie de l’hydrogène.

Image : Fraunhofer IKTS

Comme cela a souvent fait la une des médias mondiaux ces dernières années, les éléments terrestres rares sont essentiels à la fabrication, mais ils sont souvent importés par des processus complexes, créant des dépendances géopolitiques délicates. Un exemple en est le métal terrestre rare néodyme, dont 90 % est transformé en Chine. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les technologies et systèmes céramiques (IKTS), en collaboration avec leur partenaire de projet, l’Université technique de Freiberg, ainsi que d’autres parties prenantes, améliorent les méthodes de recyclage afin de récupérer des éléments terrestres rares à partir d’anciens aimants.

Les chercheurs se concentrent sur les aimants au néodyme, que l’équipe de Fraunhofer considère comme parmi les aimants permanents les plus puissants au monde. L’institut souligne que la combinaison de néodyme, de fer et de bore est utilisée dans les véhicules électriques, ainsi que dans les éoliennes et les produits électroniques tels que les haut-parleurs, les smartphones et les disques durs. La demande mondiale d’aimants permanents est en hausse, avec des estimations indiquant un taux de croissance annuel allant jusqu’à 8,3 %. Comme le soulignent les partenaires de recherche, il est très important de recycler localement des éléments en terres rares difficiles à obtenir comme le néodyme, mais cela implique également des processus très complexes.

La réutilisation du néodyme pour fabriquer de nouveaux aimants exige un niveau de pureté très élevé. Selon Fraunhofer IKTS, les aimants en Europe sont actuellement collectés à la fin de leur première utilisation et envoyés en Chine pour y être retraités.

Dans le projet européen NEO-CYCLE, 23 partenaires développent des procédés permettant d’extraire des matières premières précieuses en Europe. La docteure Sandra Pavón, responsable du groupe de recyclage hydrométallurgique et de chimie des matières premières au Fraunhofer IKTS, déclare : « Notre objectif est de récupérer des éléments terrestres rares à partir des déchets électroniques et de les utiliser dans des produits à haute valeur ajoutée tels que des engrais écologiques ou dans la production de médicaments. Cela permettra de boucler le cycle des matériaux, de protéger l’environnement et de réduire la dépendance mondiale envers des ressources stratégiques », explique-t-elle.

Le processus de recyclage upcycling est possible pour divers types de magnétiques. Dans le projet NEO-CYCLE, l’attention est portée sur les disques durs (HDD), c’est-à-dire les disques durs provenant d’ordinateurs et d’ordinateurs portables jetés qui contiennent des magnétiques au néodyme. « Nous testons deux méthodes de traitement des magnétiques – la chlorination à l’état solide et les processus électrochimiques – afin de déterminer la technologie la plus adaptée », explique Pavón.

Dans le processus de chlorination à état solide, le partenaire du projet, TU Bergakademie Freiberg, ajoute du chlorure d’ammonium à la place de l’acide chlorhydrique conventionnel à la mixture de néodyme, bore et fer issue des déchets, et la transforme directement en chlorures métalliques et en solution d’ammoniac de haute pureté grâce à un processus thermique. Cette méthode est déjà brevetée et est utilisée pour les lampes fluorescentes. Les chercheurs testent actuellement si cette approche peut également être appliquée à la valorisation des aimants. Les résultats montrent que les chlorures métalliques peuvent être dissous bien plus efficacement à partir du matériau de l’aimant, permettant une extraction presque complète des métaux avec une consommation chimique relativement faible.

Dans la deuxième méthode testée, les chercheurs introduisent des déchets magnétiques pulvérisés dans une cellule électrochimique. Un électrolyte, tel que de l’acide sulfurique dilué, sert de milieu de réaction pour les processus électrochimiques. Une solution de bore est d’abord extraite des aimants, puis concentrée. Cette solution peut être utilisée dans les industries chimique et pharmaceutique.

Les chercheurs de Fraunhofer IKTS séparent ensuite davantage les produits obtenus grâce aux deux processus, en mettant à profit leurs compétences en séparation des métaux et en traitement des eaux de procédé. Sandra Pavón et son équipe utilisent un processus hydrométallurgique sélectif pour extraire d’abord le néodyme et le fer. Par la suite, les sels métalliques peuvent être obtenus sous forme pure. Les substances séparées sont ensuite améliorées par les partenaires du projet et fournies non seulement aux industries chimique et pharmaceutique, mais aussi à des secteurs tels que l’économie de l’hydrogène et l’industrie des engrais.

Le projet NEO-CYCLE est financé par l’Union européenne dans le cadre du programme Horizon Europe. D’une durée de quatre ans, il devrait permettre, entre autres, la création d’une usine pilote. Sandra Pavón résume : « La procédure commence avec des produits qui ont atteint la fin de leur cycle de vie. À l’issue de ce projet, nous pourrons fournir quatre secteurs industriels différents en matières premières recyclées de grande valeur. »