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Les terres rares (REE pour «rare earth elements») sont utilisées dans un large éventail de produits tels que les lentilles optiques et les aimants, ainsi que dans des processus tels que la céramique, la métallurgie et le polissage. Cependant, l’Europe ne produit actuellement pas ces minéraux et est dès lors tributaire des importations, essentiellement en provenance de la Chine.
Afin de renforcer l’autonomie européenne, SecREEts a mis au point des méthodes permettant d’extraire des concentrés de terres rares à partir des roches phosphatées utilisées dans la production d’engrais. Les terres rares ont été séparées par chromatographie avant de subir une électrolyse en sels fondus pour produire des métaux de terres rares destinés aux aimants.
«L’extraction des terres rares sans accroître d’un iota l’empreinte environnementale constitue une solution de substitution très durable à l’exploitation de nouvelles mines», explique Arne Petter Ratvik, coordinateur du projet, financé par l’UE, et chercheur principal à SINTEF, l’un des plus grands organismes de recherche indépendants d’Europe.
«Tout particulièrement, les processus de séparation de SecREEts pourraient contribuer de manière significative à l’économie circulaire, car ils peuvent être utilisés par d’autres sources renfermant des terres rares, notamment des ressources secondaires telles que les aimants en fin de vie et les déchets électroniques», ajoute Arne Petter Ratvik.
Extraction des terres rares
Les roches phosphatées utilisées dans la production d’engrais contiennent généralement entre 0,3 % et 1 % de terres rares. Mais lorsque l’engrais est produit au moyen du procédé au nitrophosphate, ces terres rares se retrouvent dans le produit fini, où elles n’ont pas la moindre valeur. SecREEts a développé un procédé qui permet d’extraire les terres rares directement à ce stade.
Le processus utilisant des acides mixtes est le mode de production d’engrais le plus courant, à l’issue duquel les terres rares se retrouvent dans un résidu aux côtés du gypse et d’éléments radioactifs, ce qui rend leur séparation plus difficile.
«Le procédé au nitrophosphate est meilleur pour obtenir des terres rares en ce sens qu’il permet d’extraire ces éléments directement dans les usines existantes, en introduisant simplement une étape supplémentaire», explique Arne Petter Ratvik.
SecREEts a mené avec succès trois projets pilotes. Dans le premier, les terres rares ont été extraites directement du processus de production d’engrais dans l’usine de la société Yara, partenaire du projet, qui utilise environ 650 000 tonnes de roches phosphatées par an. Le concentré de terres rares a été extrait d’une solution riche en phosphate que l’on appelle «liqueur mère», en ayant recours à des techniques de précipitation.
Ce concentré a été envoyé à l’entreprise REEtec, qui a procédé à la séparation des oxydes de terres rares (OTR) de haute pureté au moyen d’un nouveau procédé chromatographique, plus respectueux de l’environnement que les méthodes d’extraction par solvant existantes.
Ces OTR ont ensuite été envoyés aux ingénieurs spécialisés de la société Less Common Metals afin de produire des métaux au moyen d’un procédé d’électrolyse à base de fluorure à une température comprise entre 1 050 °C et 1 100 °C. Le métal ainsi créé a ensuite été allié et coulé en bandes pour la production d’aimants de haute performance.
«Les aimants haute résistance sont cruciaux pour l’économie européenne, car ils sont nécessaires à des applications telles que les véhicules électriques, les moteurs industriels et les éoliennes», explique Arne Petter Ratvik. La qualité des alliages pour aimants a été validée par le producteur d’aimants Vacuumschmelze.
Le processus modulaire de SecREEts peut être mis en œuvre chez tous les producteurs d’engrais qui ont recours au procédé au nitrophosphate.
Filtrage des possibilités et des menaces
Ces innovations arrivent à point nommé compte tenu l’entrée en vigueur prochaine de la législation sur les matières premières critiques de la Commission européenne visant à garantir l’approvisionnement en terres rares.
Bien que l’Europe dispose de plusieurs vastes gisements de terres rares, notamment dans la région de Fen en Norvège et les gisements récemment découverts à Kiruna, en Suède, des problèmes d’approvisionnement subsistent.
«Passer de l’exploration des gisements de minerais à leur exploitation est un processus onéreux, et l’octroi d’une licence peut prendre entre 10 et 15 ans», explique Arne Petter Ratvik. «Notre procédé propose une solution de substitution viable et plus rapide».
REEtec, partenaire du projet, a fait connaître son ambition d’être la première en Europe à produire des OTR de haute pureté à l’échelle industrielle, après avoir réuni le capital nécessaire et comptant LKAB comme actionnaire principal. Cela dit, dans un premier temps, le concentré de terres rares proviendra d’une mine canadienne en raison des contraintes pesant actuellement sur l’Europe en termes de disponibilité des engrais.
«Les projets de la Chine visant à consacrer une plus grande part de la production aux produits finis pourraient perturber l’approvisionnement et la fabrication européens, raison pour laquelle nous devrions explorer plusieurs chaînes de valeur afin d’assurer un approvisionnement fiable en matériaux critiques», conclut Arne Petter Ratvik.
Entre-temps, Arne Petter Ratvik continue d’utiliser les procédés de SecREEts pour récupérer les terres rares et contribue à des projets visant à mener à bien la transition verte de l’Europe, comme le projet REEPRODUCE, financé par l’UE.