Development of direct boron extraction process from the salar de Hombre Muerto (Argentina) brines within the framework of battery-grade lithium carbonate (Li₂CO₃) production

Développement d'un procédé d'extraction directe de bore à partir des saumures du salar de Hombre Muerto (Argentine) dans le cadre de la production de carbonate de lithium de haute pureté pour l'industrie des batteries Les saumures continentales comme celles du salar de Hombre Muerto dans le Nord-Ouest de l'Argentine sont des ressources importantes en sels minéraux dissous qui pourraient être extraits pour des applications industrielles, particulièrement dans la production des batteries lithium-ion. Cependant, l'extraction des sels de lithium à partir des saumures s'accompagne de la production d'énormes quantités de déchets solides tels que des sels mixtes de sodium, de calcium, de magnésium et de potassium, mais aussi des sels de bore. Dans les installations industrielles actuelles, le lithium est extrait à partir des saumures concentrées par évaporation solaire sans nécessairement co-valoriser ces sels. Dans certaines installations industrielles, le bore est extrait par des alcools très solubles dans les saumures avec une co-extraction du lithium. Lorsqu'il n'est pas co-valorisé, le bore est stocké avec les sels de sodium, de calcium, de magnésium et de potassium dans des décharges, ce qui peut poser des problèmes environnementaux. Le développement de nouveaux procédés d'extraction de lithium est donc nécessaire pour éviter l'évaporation solaire et réduire la quantité de déchets générés. En outre, la co-valorisation de certains sels est envisageable, comme le bore, qui peut être utilisé dans l'agriculture, le nucléaire, les détergents, les produits pharmaceutiques et dans les industries de production de verre et de céramique. Dans ce contexte, cette recherche se penche sur le développement d'un procédé d'extraction directe du bore et du lithium à partir des saumures du salar de Hombre Muerto en combinant un procédé d'extraction liquide-liquide et un procédé d'électrodialyse afin de valoriser le bore et de produire du carbonate de lithium de haute qualité pour la fabrication des batteries lithium-ion. Un solvant d'extraction composé de 2 mol L⁻¹ de 2-butyl-1-octanol dilué dans du kérosène a été utilisé pour extraire sélectivement 94,2% de bore d'une saumure native du salar de Hombre Muerto. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser quatre mélangeurs-décanteurs avec un rapport des volumes des phases organique et aqueuse O/A=4 sans ajuster le pH de la saumure (pH=7.5). Le bore peut ensuite être entièrement désextrait du solvant d'extraction chargé en bore en une étape à l'aide d'une solution de désextraction constituée d'hydroxyde de sodium à 0,1 mol L⁻¹ avec un rapport des volumes des phases O/A=4. Suite à l'extraction extrêmement sélective du bore et à la désextraction, le bore peut être cristallisé sous forme de borax (Na₂B₄O₇•2H₂O, pureté=99%). La combinaison d'une opération d'extraction liquide-liquide du bore avec des opérations d'électrodialyse et de précipitation ont permis de produire du borax de haute qualité, du carbonate de lithium de qualité batterie, de l'hydroxyde de magnésium et du carbonate de sodium. Les opérations d'électrodialyse ont été réalisées dans des cellules à trois compartiments. La réduction de l'eau dans l'électrodialyseur génère des ions hydroxydes qui réagissent avec le magnésium dans l'étape I pour former un hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂). Les étapes II et III combinent une opération d'électrodialyse et une opération de précipitation en présence de dioxyde de carbone (CO₂) pour produire du carbonate de sodium (Na₂CO₃) et du carbonate de lithium (Li₂CO₃). L'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂), le carbonate de sodium (Na₂CO₃) et le carbonate de lithium (Li₂CO₃) ont été successivement produits par ce procédé avec des puretés respectives de 71,20 %, 99,99 % et 99,90 %. Plus important encore, la combinaison de l'extraction liquide-liquide du bore et de l'électrodialyse a contribué à réduire la consommation énergétique des opérations d'électrodialyse de 32%. À la fin du procédé, la charge totale dissoute (CTD) de la saumure a été réduite de 99,8 %. Cette saumure appauvrie en sels peut être recyclée dans le procédé.