Leaching and recovery of molybdenum, nickel and cobalt from metals recycling plants mineral sludges

par Mirjana Vemic

Thèse de doctorat en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Stéphanie Rossano.

Soutenue le 26-10-2015

à Paris Est en cotutelle avec l'Erasmus Mundus ETeCoS3 , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Géomatériaux et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne) (laboratoire) et de Laboratoire Géomatériaux et Environnement (laboratoire) .

Le président du jury était Gilles Guibaud.

Le jury était composé de Stéphanie Rossano, Eric Van Hullebusch, Piet N. L. Lens, Giovanni Esposito, François Bordas.

Les rapporteurs étaient François Lapicque, Francesca Pagnanelli.

  • Titre traduit

    Lixiviation et récupération du molybdène, du nickel et du cobalt à partir des boues minérales générées par une usine de recyclage métallurgique


  • Résumé

    Compte tenu de l'épuisement en cours des ressources naturelles qui ont lieu dans le monde entier, le prix élevé, la forte demande et la pénurie future des ressources minérales primaires pour Mo, Ni et Co, il est extrêmement important de mettre en œuvre le recyclage des métaux/récupération/réutilisation partir des demi-finis produits, sous-produits, des matériaux secondaires et des déchets, y compris les déchets dangereux (ce est à dire des catalyseurs usés, boues minérales). En outre, il est nécessaire d'utiliser des technologies plus efficaces pour récupérer des métaux à partir de déchets/ressources secondaires afin de minimiser les dépenses en capital, l'impact environnemental et de répondre à l'augmentation de la demande de métal. Parmi les différentes ressources secondaires, les catalyseurs usés et les boues minérales générés aux catalyseurs usés usines de recyclage pourrait être une très bonne ressource secondaire, car ils contiennent des concentrations élevées de métaux différents (en particulier Mo, Ni et Co). Par conséquent, ils doivent être considérés comme une ressource et non comme un déchet. Dans notre étude, nous traitons avec le catalyseur, l'oxyde métallique et le recyclage des piles minérales de la plante boues. Ce type de matériau contient de fortes concentrations de métaux différents. Cependant, au mieux de nos connaissances de spéciation, lixiviation et de récupération des propriétés de ce type de matériel n'ont pas été étudiés auparavant. Boues minérales a été minutieusement caractérisée où le pH, La perte au feu (LOI), Toxicité Caractéristique Lixiviation Procédure (TCLP), Diffraction des rayons X (XRD), Microscopie électronique à balayage (SEM) avec dispersion d'énergie des rayons X spectroscopie (EDS), Total Métal Contenu (TMC) et Extraction Séquentielle (SE) ont été effectuées. Sur la base des résultats de la caractérisation des boues minérales, le taux de lixiviation et les rendements de Mo, Ni et Co à partir de l'échantillon de boue minérale ont été quantifiés. Différents réactifs de lixiviation (autonome acides (nitrique, sulfurique et chlorhydrique) et les mélanges d'acides (eau régale (nitrique + chlorhydrique (1:3)), nitrique + sulfurique (1:1) et nitrique + sulfurique + chlorhydrique (2:1:1)) ont été étudiés à changer les paramètres de fonctionnement (solides ratio liquide, le temps de lixiviation et de la température), afin de comprendre les caractéristiques de lixiviation et sélectionnez le réactif de lixiviation approprié qui permet d'atteindre les plus hauts rendements de lixiviation de métal. Acide sulfurique (H2SO4) a été trouvé d'être le produit de lixiviation avec le potentiel de lixiviation des métaux les plus élevés. Les conditions de lixiviation optimales étaient une lixiviation en trois étapes successives, la température de 80°C, le temps de lixiviation 2 h, et S/L rapport 0.25 g L-1. Dans ces conditions, les rendements de lixiviation à partir de notre échantillon de boue minérale a atteint 85.5, 40.5 et 93.8% pour Mo, Ni et Co, respectivement


  • Résumé

    In view of the on-going depletion of the natural resources taking place worldwide, the high price, high demand and future shortage of the primary mineral resources for Mo, Ni and Co it is extremely important to implement metals recycling/recovery/reuse from semi-finished products, by-products, secondary materials and wastes, including hazardous waste (i.e. spent catalysts, mineral sludges). Furthermore, there is a need to utilize more efficient technologies to recover metals from wastes/secondary resources in order to minimize capital outlay, environmental impact and to respond to the metal increased demand. Among the different secondary resources, spent catalysts and mineral sludges generated at the spent catalysts recycling plants could be a very good secondary resource, as they contain high concentrations of different metals (especially Mo, Ni and Co). Therefore, they should be viewed as a resource, not as a waste. In our study we are dealing with the catalyst, metallic oxide and battery recycling plant mineral sludge. This type of material contains high concentrations of different metals. However, to the best of our knowledge, speciation, leaching and recovery of Mo, Ni and Co from this type of material were not investigated before. Mineral sludge was minutely characterized where pH, Loss On Ignition (LOI), Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Total Metal Content (TMC) and Sequential Extraction (SE) were performed. Based on the mineral sludge characterization results the leaching rate and yields of Mo, Ni and Co from mineral sludge sample were quantified. Different leaching reagents (stand-alone acids (nitric, sulfuric and hydrochloric) and acid mixtures (aqua regia (nitric + hydrochloric (1:3)), nitric + sulfuric (1:1) and nitric + sulfuric + hydrochloric (2:1:1)) were investigated at changing operational parameters (solid to liquid ratio, leaching time and temperature), in order to understand the leaching features and select the suitable leaching reagent which achieves the highest metal leaching yields. Sulfuric acid (H2SO4) was found to be the leachant with the highest metal leaching potential. The optimal leaching conditions were a three stage successive leaching, temperature 80°C, leaching time 2 h and S/L ratio 0.25 g L-1. Under these conditions, the leaching yields from our mineral sludge sample reached 85.5, 40.5 and 93.8% for Mo, Ni and Co, respectively


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