Les chercheurs ont découvert une nouvelle source possible d'éléments de terres rares - les déchets de roche phosphatée - et un moyen écologique de les éliminer, selon une étude publiée dans le Journal de thermodynamique chimique .

L'approche pourrait bénéficier à la technologie de l'énergie propre, selon des chercheurs de l'Université Rutgers du Nouveau-Brunswick et d'autres membres du Critical Materials Institute, un effort du département américain de l'Énergie visant à renforcer les chaînes d'approvisionnement américaines pour les matériaux importants pour l'énergie propre.

Les éléments des terres rares comme le néodyme et le dysprosium sont essentiels pour des technologies telles que l'énergie solaire et éolienne et les véhicules avancés, avec l'électronique moderne comme les smartphones. Mais une pénurie de production d'éléments de terres rares aux États-Unis met en péril notre sécurité énergétique. La Chine produit environ 90 pour cent de tous ces éléments.

Les récupérer à partir du phosphogypse, déchets de la production d'acide phosphorique, est une solution potentielle. Chaque année, on estime que 250 millions de tonnes de roche phosphatée sont extraites pour produire de l'acide phosphorique pour les engrais. Les États-Unis ont extrait environ 28 millions de tonnes métriques en 2017. Les éléments de terres rares représentent généralement moins de 0,1% dans la roche phosphatée. Mais dans le monde entier, environ 100, 000 tonnes de ces éléments par an finissent dans les déchets de phosphogypse. C'est presque autant que les environ 126, 000 tonnes d'oxydes de terres rares produites dans le monde chaque année.

Les méthodes conventionnelles d'extraction des terres rares des minerais génèrent des millions de tonnes de polluants toxiques et acides. Mais au lieu d'utiliser des produits chimiques agressifs pour extraire les éléments, une autre méthode pourrait utiliser des acides organiques produits par des bactéries, dit Paul J. Antonick et Zhichao Hu, co-auteurs principaux de l'étude. Ils sont membres de l'équipe de thermodynamique dirigée par l'auteur principal Richard E. Riman, professeur émérite au Département de science et génie des matériaux de la Rutgers' School of Engineering.

L'équipe de recherche a exploré à l'aide d'acides minéraux et organiques, comprenant un mélange de bio-acides, pour extraire six éléments de terres rares (yttrium, cérium, néodyme, samarium, europium et ytterbium) à partir de phosphogypse synthétique. Les scientifiques dirigés par David Reed du laboratoire national de l'Idaho ont produit le mélange bio-acide composé principalement d'acide gluconique, naturellement présent dans les fruits et le miel, en faisant croître la bactérie Gluconobacter oxydans sur du glucose. Les résultats suggèrent que le bio-acide a fait un meilleur travail d'extraction des éléments de terres rares que l'acide gluconique pur au même pH (2,1), ou degré d'acidité. Les acides minéraux (sulfurique et phosphorique) n'ont pas réussi à extraire d'éléments de terres rares dans ce scénario. Lorsque les quatre acides ont été testés à la même concentration, seul l'acide sulfurique était plus efficace que le bio-acide.

Une prochaine étape consisterait à tester le bioacide sur du phosphogypse industriel et d'autres déchets générés lors de la production d'acide phosphorique qui contiennent également des éléments de terres rares. Pour leur étude initiale, les chercheurs ont évalué le phosphogypse fabriqué en laboratoire, afin qu'ils puissent facilement contrôler sa composition. Les échantillons industriels sont plus complexes.