Des chercheurs de l'Université Rice ont développé un procédé pour extraire les éléments des terres rares des magnets jetés en utilisant moins d'énergie et moins de produits chimiques que les méthodes traditionnelles. La technique, publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, chauffe rapidement les matériaux usagés avec de l'électricité et utilise du gaz de chlore pour séparer les éléments précieux. Cette approche pourrait aider à répondre à la demande croissante pour ces matériaux critiques en exploitant les déchets électroniques.
Les éléments des terres rares (REEs) sont essentiels pour l'électronique comme les téléphones et les ordinateurs portables, mais leur récupération à partir des déchets électroniques a été un défi. Une équipe dirigée par James Tour, professeur de science des matériaux et de nano-ingénierie à l'Université Rice, a conçu une méthode qui aborde cela en ciblant les magnets usagés, tels que ceux des types néodyme-fer-bore et samarium-cobalt.
Le procédé s'appuie sur le chauffage joule flash, découvert par le groupe de Tour en 2018 pour convertir des sources de carbone en graphène. En 2023, ils l'ont affiné avec du gaz de chlore. Les magnets broyés, d'abord chauffés à 800°C pour les démagnétiser et les ramollir, sont placés sur une plateforme de carbone à l'intérieur d'une chambre en verre. Un courant électrique chauffe rapidement le matériau à des milliers de degrés Celsius en quelques secondes. Le gaz de chlore réagit ensuite avec les composants non REE comme le fer, formant des chlorures à bas points d'ébullition—le chlorure de fer se vaporise à 315°C, comparé à 3 000°C pour le fer—leur permettant de se déposer sur les parois de la chambre. Les REEs restent sous forme d'oxydes ou d'oxychlorures sur la plateforme, produisant plus de 90 % de pureté et récupérant plus de 90 % des éléments. Le résidu peut être remagnétisé par exposition à un aimant.
Tour a souligné le potentiel pour les États-Unis : « Le pays se précipite pour essayer de voir comment nous pouvons obtenir ces [REEs] », a-t-il dit. « Et, dans notre argument, c'est tout dans nos déchets… Nous l'avons ici, il suffit de le ressortir des déchets. » Comparé à l'extraction hydrométallurgique, que Tour qualifie de « processus salissant, salissant » en raison de son usage intensif d'acides et de solvants, cette méthode réduit la consommation d'énergie de 87 %, les émissions de gaz à effet de serre de 84 % et les coûts d'exploitation de 54 %. Avec 66,2 millions de tonnes de déchets électroniques produits dans le monde en 2022—où les concentrations de REE dépassent les minerais naturels—et le impact environnemental de l'exploitation minière, Tour a ajouté : « Vous pourriez aussi bien l'obtenir des déchets. » La technique pourrait s'étendre à d'autres formes de déchets électroniques.