Exemple de résultat d'une expérience de flottation à la plateforme Plat'Inn du BRGM à Orléans sur les matières premières minérales et l'économie circulaire (Loiret, 2023).
© BRGM - Didier Depoorter
Contexte et objectifs du projet
En France, en Europe et dans le reste du monde, mener la transition énergétique vers des énergies décarbonées et renouvelables induit un besoin croissant en métaux critiques, notamment le lithium, le tungstène, le cobalt, le nickel, principalement extraits à partir de minerais et de résidus miniers. Les procédés communément utilisés en traitement des minerais manquent d’efficacité pour récupérer les minéraux et les métaux précieux du sous-sol dans le respect de l’environnement. Il est donc capital d’améliorer l’efficacité de ces techniques afin d’extraire durablement des métaux critiques à partir des sources primaires, les minerais, et des sources secondaires, telles que les résidus miniers, en ligne avec les enjeux de la transition écologique.
La flottation est un procédé très efficace et largement utilisé pour séparer les minéraux d’intérêt de leur gangue (minéraux non-valorisables). Cette méthode se fonde sur l’utilisation de réactifs visant à modifier la tension de surface des minéraux puis sur l’injection de bulles d’air qui récupèrent les particules rendues hydrophobes.
Cependant, la flottation n’est toujours pas optimale, conduisant à un procédé plus long et coûteux, en raison de la difficulté à comprendre et à simuler les phénomènes en jeu. En effet, cette méthode implique des matériaux hétérogènes, une composition chimique de l’eau complexe, des particules, des bulles et des réactifs en interaction dans des écoulements complexes, en particulier pour les matériaux fins qui suscitent un intérêt croissant.
Actuellement, seules des simulations atomiques et des simulations de dynamique des fluides à l’échelle du réacteur, considérablement plus grande, sont prises en compte, sans compréhension mécaniste des phénomènes en jeu. L’efficacité de la flottation peut être améliorée de manière significative en améliorant sa simulation puis in fine la récupération des minéraux (et donc des métaux). Ceci en tenant compte des phénomènes multi-physiques et multi-échelles, de l’échelle atomique à l’échelle du réacteur, et en comprenant et en simulant de manière mécaniste les forces d’interaction entre les particules et leur environnement au cours de leur transport.
Résultats attendus
Le projet MINFLOT propose une approche pluridisciplinaire et multi-échelle nouvelle et innovante combinant étroitement des expériences de pointe et la modélisation numérique depuis l’échelle atomique, où se produisent les phénomènes physico-chimiques clés aux interfaces jusqu’à l’échelle du réacteur, en passant par l’échelle de la particule et du microréacteur.
Des simulations de dynamique moléculaire couplées à l’intelligence artificielle fourniront les données en entrée pour reproduire l’écoulement et la réactivité des particules dans les microréacteurs. Ces simulations seront validées par des expériences en microfluidique et en microréacteur.
Ensuite, l’écoulement et le transport réactif à l’échelle plus grande du réacteur seront modélisés en tenant compte des résultats des simulations à plus petite échelle et des mesures de récupération des minéraux et métaux provenant d’expériences de flottation novatrices.
Les avancées attendues amélioreront considérablement la fiabilité des simulations de la flottation ainsi que l’efficacité et le coût du procédé. Cela permettra de traiter de plus grandes quantités de minerais et de déchets miniers afin d’en récupérer les métaux essentiels à la transition écologique, comme le tungstène et le lithium.
Partenaires
Le projet MINFLOT est lauréat du premier appel à projets du PEPR exploratoire "Sous-sol, bien commun", programme de recherche pour l'utilisation et l'exploitation responsable et durable du sous-sol copiloté par le BRGM et le CNRS et financé par le plan d'investissement France 2030.
Ce projet regroupe les partenaires suivants :
- BRGM
- Université de Lorraine
- CNRS
