Investigation on the recycling of lithium ion batteries using hydrometallurgical processes

Abstract

Ces dernières décennies, les applications de batteries de type lithium-ion se sont accrues exponentiellement et particulièrement dans le domaine des nouvelles technologies. Parmi celles-ci, la catégorie de batteries la plus retrouvée sur le marché présente une cathode de type Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC), dont la proportion en cobalt a diminué au profit de manganèse et de nickel. De ce fait, les méthodes dites de pyrométallurgie deviennent moins rentables. Les nouveaux acteurs du recyclage des batteries se tournent dès lors vers les procédés hydrométallurgiques plus flexibles d’une part et qui permettent la récupération efficace de plusieurs métaux d’autre part. L’objectif de ce travail est de proposer un procédé alternatif de type hydrométallurgique basé sur l’extraction par solvant afin de récupérer tous les éléments constitutifs de la cathode. Nous avons étudié l’intérêt de la mise en place d’une unité de coextraction de cobalt et de manganèse par le Cyanex 272 (extractant). Le but est de produire d’une part un concentré de Co-Mn séparable aisément par la suite et d’autre part un raffinat enrichi en nickel. Ces deux produits peuvent être par la suite valorisés en sulfate de cobalt, nickel et manganèse, tous des précurseurs de matériel cathodique. Les données expérimentales ont permis de construire les diagrammes de McCabe-Thiele qui permettent de déterminer les paramètres de conception de l’unité de traitement. L’extraction se fait en quatre étapes (avec un rapport O/A de 4) et le strippage en une étape avec un rapport O/A égal à trois. On remarque cependant qu’une telle installation sera difficilement rentable actuellement, à cause principalement des coûts liés aux importants volumes de phase organique estimés.