Récupération de métaux critiques à partir des mâchefers de taille fine par hydrométallurgie à l'échelle pilote // metal recovery from the fine-fraction of waste-to-energy bottom ash by hydrometallurgy at pilot-scale

Topic description

Les sociétés modernes génèrent une quantité croissante de déchets, avec une production annuelle de déchets municipaux estimée à 2 milliards de tonnes à l'échelle mondiale. Selon les projections, ce chiffre devrait atteindre 3,4 milliards de tonnes par an d'ici. Une proportion croissante de ces déchets est traitée par incinération, ce qui permet de diminuer leur volume et masse et de les valoriser sous forme thermique et/ou de produire de l'électricité. En revanche, les deux sous-produits issus de l'incinération, les cendres volantes et les mâchefers d'incinération des déchets non-dangereux (MIDND), ne trouvent pas systématiquement de voies de valorisation. Si les particules les plus grossières des MIDND sont largement valorisées, notamment dans les sous-couches routières, les fractions les plus fines – qui représentent pourtant près d'un tiers du contenu total en métaux lixiviables – ne trouvent aujourd'hui aucune filière de valorisation. Elles sont donc le plus souvent enfouies, ce qui constitue une perte de ressources significative. La concentration en certains métaux, comme le cuivre ou le zinc, atteint dans ces résidus des niveaux comparables à ceux des minerais à basse teneur actuellement exploités. Cette observation a conduit à envisager leur valorisation comme une nouvelle source de métaux stratégiques, essentiels à la transition énergétique. Les MIDND peuvent ainsi être considérés comme des mines urbaines.
Des travaux poussés ont été menés au laboratoire LEPMI ces dernières années sur le développement d'un procédé hydrométallurgique pour la récupération des métaux jugés comme d'intérêt dans la fraction fine des MIDND à l'échelle laboratoire. Le procédé mis en place lors des travaux de thèse de Mme Perrin, permet la récupération sélective du cuivre et du zinc, en passant par une étape de prélavage, lixiviation, précipitation du Zn, filtration, électrodéposition du Cu, calcination et électroraffinage du Cu. Des rendements de récupération de 90% pour le Cu et 70% pour le Zn ont été obtenus à l'échelle du laboratoire [1,2].
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Modern societies produce more and more waste, including municipal solid waste currently representing 2 billion tonnes per year worldwide, with a projection of 3.4 billion tonnes per year by. A significant proportion of this waste is treated by incineration, which reduces its volume and mass and produces electricity. On the other hand, the two by-products of incineration, fly ash and Incineration Bottom Ash (IBA), are not systematically valorised. While the coarse fraction of IBA is widely reused, particularly in road sub-bases, the fine fraction, which contains approximately one third of the total leachable metal content, cannot be recovered in the current regulatory context and is therefore generally landfilled. The concentration of certain elements, such as copper, close to that of low-grade ores, encourages the use of IBA as a new resource of metals useful for the energy transition. Thus, IBA can be treated as urban mines.
Extensive studies have been carried out in the past years on the development of a hydrometallurgical process for the recovery of metals of interest from the fine fraction of IBA at laboratory scale. The process developed during Ms. Perrin's PhD thesis, allows the selective recovery of copper and zinc, through a pre-washing step, leaching, precipitation of Zn, filtration, electrodeposition of Cu, calcination and electrorefining of Cu. Recovery yields of 90% for Cu and 70% for Zn have been obtained at laboratory scale [1,2].
The main objective of this thesis project is to up-scale the hydrometallurgical process for the recovery of copper and zinc at pilot scale. Up-scaling from laboratory to pilot scale implies several challenges. In particular, the scarce control of global parameters, such as flow homogeneity, interactions between the solid and the leaching agent, etc., as well as the transition from batch conditions to a continuous process.
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Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

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Concours pour un contrat doctoral