Le secteur de la production d’aluminium fait face à une augmentation de la demande mondiale, issue de son utilisation extensive dans divers produits. Cette croissance pose des questions sur la gestion des déchets industriels, notamment les polluants émis. Des chercheurs du MIT ont proposé une solution novatrice pour traiter ces rejets et diminuer leur impact environnemental. Voici comment ils y sont parvenus.
Une nouvelle approche pour la gestion des déchets
Les ingénieurs du MIT ont mis au point un procédé de nanofiltration destiné à réduire les déchets dangereux engendrés par la production d’aluminium. Leur travail se concentre sur la récupération des ions d’aluminium présents dans les effluents des usines, permettant ainsi de réutiliser cet aluminium et d’améliorer le rendement global de la production.
Cette technique a été testée dans des expériences de laboratoire à petite échelle. Une membrane innovante filtre les solutions qui imitent les flux de déchets des usines d’aluminium. Les résultats montrent une capture sélective de plus de 99% des ions d’aluminium.
Si on l’applique à grande échelle dans les installations existantes, cette technologie pourrait diminuer significativement la quantité d’aluminium gaspillée et améliorer la qualité environnementale des déchets produits par les usines.
John Lienhard, professeur à l’Institut de technologie du Massachusetts et directeur du laboratoire J-WAFS, a souligné l’importance de cette innovation. Il a indiqué : « Cette technologie membranaire ne se contente pas de réduire les déchets dangereux, elle permet également une économie circulaire pour l’aluminium en diminuant la nécessité de nouvelles exploitations minières. » Cette approche offre donc une solution pour répondre aux préoccupations environnementales tout en répondant à la demande croissante d’aluminium.
Les détails techniques du procédé
Le groupe de recherche de John Lienhard, spécialisé dans les technologies de filtration et de membrane pour la désalinisation de l’eau de mer et la réhabilitation des eaux usées, a trouvé un créneau inexploité dans le recyclage des déchets de l’aluminium. Le processus de production de l’aluminium implique des réactions chimiques pour séparer l’aluminium de la bauxite, produisant ainsi de l’alumine, qui est ensuite raffinée dans des cuves d’électrolyse contenant de la cryolite fondue.
La cryolite, en tant que solvant électrolytique, accumule progressivement des impuretés comme le sodium, le lithium et le potassium, ce qui réduit son efficacité. Une fois les niveaux d’impuretés trop élevés, la cryolite usée est remplacée, mais elle contient encore des ions d’aluminium récupérables.
Les chercheurs ont donc développé une membrane adaptée pour filtrer cette cryolite usée. Les membranes traditionnelles utilisées dans le traitement de l’eau possèdent une charge négative naturelle, ce qui repousse les ions de même charge. Cependant, les ions d’aluminium, avec une charge de +3, sont plus difficiles à filtrer sans modification. En collaboration avec l’entreprise japonaise Nitto Denko, le groupe a testé une membrane avec un revêtement à charge positive légère, permettant ainsi de retenir les ions d’aluminium tout en laissant passer les autres cations.
La mise en œuvre et les perspectives
Les tests ont montré que cette membrane capture efficacement 99,5% des ions d’aluminium tout en permettant le passage des ions sodium et autres. Même après plusieurs semaines dans des solutions acides, similaires à celles trouvées dans les rejets de cryolite, la membrane a maintenu sa performance.
La membrane actuelle, de la taille d’une carte à jouer, serait agrandie dans une configuration spirale similaire à celles des usines de désalinisation pour un usage industriel. Cette innovation pourrait non seulement améliorer la gestion des déchets mais aussi favoriser une économie circulaire dans l’industrie de l’aluminium.
« Cet article démontre la faisabilité des membranes pour des innovations dans les économies circulaires », a commenté Trent Lee. « Cette membrane offre le double avantage de valoriser l’aluminium tout en réduisant les déchets dangereux. »
Légende illustration : les chercheurs ont démontré les performances de la membrane lors d’expériences à l’échelle du laboratoire (voir photo), en utilisant une nouvelle membrane pour filtrer diverses solutions dont le contenu était similaire aux flux de déchets produits par les usines d’aluminium. Crédit : Trent Lee
Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue ACS Sustainable Chemistry and Engineering. Les co-auteurs incluent des étudiants en ingénierie mécanique du MIT, Trent Lee et Vinn Nguyen, ainsi que Zi Hao Foo, qui est maintenant postdoctorant à l’Université de Californie à Berkeley.
Source : MIT
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