La demande croissante en métaux essentiels pour les technologies vertes pousse les chercheurs à explorer de nouvelles méthodes d’extraction. Une équipe de l’Université Virginia Tech a mis au point une approche novatrice pour récupérer le lithium des eaux usées, offrant une solution plus écologique et économique que les techniques traditionnelles.
Le professeur associé Wencai Zhang, du Département d’ingénierie minière et minérale de Virginia Tech, dirige un projet visant à extraire des métaux très demandés, comme le lithium et les terres rares, des eaux usées du gisement de Marcellus dans le bassin des Appalaches. Les eaux usées, naturellement présentes lors de l’extraction de gaz naturel, contiennent souvent des polluants et présentent une salinité extrêmement élevée.
L’objectif de l’équipe est double : réduire la salinité et éliminer les polluants tout en extrayant le lithium pour d’autres applications industrielles. Le professeur Zhang a déclaré : «Les métaux et minéraux très demandés, comme le lithium, jouent un rôle essentiel dans la production de véhicules électriques et sont présents dans pratiquement toutes les batteries du monde».
Un processus en cinq phases
L’approche développée par l’équipe de Zhang comprend cinq phases principales pour traiter les eaux usées et récupérer ces minéraux précieux :
1. Traitement des eaux polluées : L’équipe commencera par traiter les eaux usées du gisement de Marcellus pour éliminer les particules solides tout en préservant les minéraux précieux.
2. Récupération des terres rares et des métaux critiques : Des technologies brevetées et en instance de brevet seront utilisées pour concentrer et extraire efficacement les minéraux critiques de la solution.
3. Extraction directe du lithium : Une méthode novatrice combinant un système d’échange d’ions spécialement conçu et un processus d’extraction par solvant en plusieurs étapes sera employée. Cette approche se veut plus économique et moins énergivore que les méthodes conventionnelles.
4. Minéralisation du carbone : Les métaux alcalino-terreux seront éliminés par l’ajout de dioxyde de carbone, formant des composés carbonatés qui pourront être filtrés.
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5. Traitement phyto-microbien : La dernière phase visera à réduire la salinité et à éliminer les polluants restants à l’aide de plantes et de microbes spécifiquement sélectionnés pour leurs capacités de purification.
Des partenariats stratégiques pour un impact maximal
Le projet bénéficie de l’expertise de partenaires académiques et industriels. La professeure associée Colleen Doherty de l’Université d’État de Caroline du Nord dirigera la phase de traitement phyto-microbien. L’entreprise Austin Elements apportera son savoir-faire en matière de recyclage de batteries, tandis qu’EQT Corporation, un important producteur de gaz naturel, fournira les eaux usées nécessaires aux tests expérimentaux.
Le professeur Zhang a souligné l’importance de cette collaboration : «Mes connaissances seules ne peuvent résoudre ce problème, il est donc crucial pour le projet d’avoir des collaborateurs possédant des connaissances pertinentes de l’industrie qui auront un impact substantiel sur le projet et permettront de résoudre le problème».
L’intégration de cette technologie dans les pratiques courantes de l’industrie du gaz de schiste pourrait avoir des retombées considérables. Les installations centralisées de traitement des eaux pourraient bénéficier de cette approche pour optimiser leurs processus.
De plus, les eaux usées traitées pourraient être utilisées pour l’irrigation, soutenant ainsi l’agriculture dans les régions où l’approvisionnement en eau est limité. Le professeur Zhang a conclu : «Notre technologie facilite non seulement la récupération de minéraux précieux comme le lithium, mais garantit également que l’eau reste adaptée à la production de gaz de schiste. Nous pouvons aussi réduire la salinité de l’eau, fournissant une eau plus propre pour soutenir l’agriculture dans les zones à faible approvisionnement en eau».
Légende illustration : (De gauche à droite) Peidong Liu, étudiante diplômée, et Wencai Zhang, professeur agrégé de génie minier et minéral, analysent des échantillons d’eau en laboratoire. Photo prise par Hailey Wade pour Virginia Tech.
