EP3794153A1 - Procede d'extraction du cobalt d'une solution comprenant, outre le cobalt, un ou plusieurs autres elements metalliques - Google Patents

Procede d'extraction du cobalt d'une solution comprenant, outre le cobalt, un ou plusieurs autres elements metalliques

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Publication number
EP3794153A1
EP3794153A1 EP19745692.4A EP19745692A EP3794153A1 EP 3794153 A1 EP3794153 A1 EP 3794153A1 EP 19745692 A EP19745692 A EP 19745692A EP 3794153 A1 EP3794153 A1 EP 3794153A1
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EP
European Patent Office
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cobalt
compounds
precipitate
aromatic compound
solution
Prior art date
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Pending
Application number
EP19745692.4A
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English (en)
Inventor
David Peralta
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
    • C22B23/0453—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22B23/0453—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B23/00—Obtaining nickel or cobalt
    • C22B23/04—Obtaining nickel or cobalt by wet processes
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    • C22B23/0484—Separation of nickel from cobalt in acidic type solutions
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    • C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/44—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by chemical processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the present invention relates to a process for extracting cobalt from a solution comprising, in addition to cobalt, one or more other metallic elements, said process allowing a selective extraction of cobalt.
  • the invention is thus likely to find application in the field of treatment and recycling of used materials comprising cobalt in order to be able to reuse the latter.
  • Cobalt is a very popular element since it is used in the constitution of many materials and in particular in:
  • cemented carbides used to constitute mechanical parts resistant to wear such as parts for machining metals, parts for extracting ores or cutting and diamond polishing;
  • BDC ligand 1,4-benzenedicarboxylic acid
  • BTC 1,3,5-benzenetricarboxylic acid
  • reaction step under solvothermal conditions to form a coordination polymer between the ligand considered (reaction at 120 ° C for BDC and at 120 ° C and 150 ° C for BTC) and the metallic elements present in the solution;
  • the invention relates to a process for the selective extraction of cobalt from a solution comprising cobalt and one or more other metallic elements, said process comprising the following steps:
  • coordination complex means a compound comprising cobalt linked to ligands (in this case, in our case, the aromatic compound or compounds comprising, in their ring, at least two atoms of 'nitrogen) via so-called coordination links.
  • the coordination complex can be a coordination polymer, which can be a periodic organometallic assembly formed by iteration of metal centers (formed in our case by the cobalt element) linked together by molecules establishing coordination bonds with metal centers (these molecules can be qualified as ligands and being constituted in our case by the aromatic compounds mentioned above). More specifically, in our case, the coordination polymer is formed by cobalt metal ions linked together via organic groups carried by the aromatic compounds mentioned above, these organic groups forming coordination bonds with metal ions cobalt (which groups can be qualified as complexing groups).
  • coordination polymer can be used the terminology “metallo-organic network” (corresponding to the English terminology “metal-organic framework”, the abbreviation MOF being also used to designate this type of network) .
  • the method comprises, firstly, a step a) of forming a precipitate consisting of a coordination complex, more specifically, a coordination polymer comprising cobalt by bringing said solution into contact with at least one aromatic compound comprising, in its cycle, at least two nitrogen atoms.
  • the solution comprising cobalt is conventionally found in the solution in cationic form.
  • the solution comprising cobalt also comprises one or more other metallic elements.
  • the other metallic element (s) can be transition metallic elements and more specifically still can be chosen from manganese, nickel and mixtures of these.
  • the solution may, in addition to cobalt, include, as metallic elements, exclusively manganese, nickel or mixtures of these.
  • the compound (s) capable of forming at least one coordination bond with cobalt are aromatic compounds comprising at least one ring comprising at least two nitrogen atoms.
  • These compounds may also have one or more substituents (for example, an alkyl group) at the carbon atoms of the ring (s).
  • substituents for example, an alkyl group
  • imidazole compounds for the five-membered monocyclic aromatic compounds comprising two carbon atoms, particularly advantageous compounds are imidazole compounds, in particular those corresponding to the following formulas (I) to (IV):
  • imidazole respectively (for the compound of formula (I)), 2-methylimidazole (for the compound of formula (II)), 4-methylimidazole (for the compound of formula (III)) and 2-ethylimidazole (for the compound of formula (IV)) .
  • benzimidazole compounds for the bicyclic aromatic compounds, one of the rings of which is a five-membered ring having two nitrogen atoms, particularly advantageous compounds are benzimidazole compounds, and in particular the compound corresponding to the following formula (V):
  • particularly advantageous compounds may be those corresponding to the following formulas (VI) to (VIII):
  • pyridazine for the compound of formula (VI)
  • pyrimidine for the compound of formula (VII)
  • pyrazine for the compound of formula (VIII)
  • particularly advantageous compounds may be those corresponding to the following formulas (IX) to (XI):
  • the solution in addition to cobalt, comprises, like other metallic elements, manganese and nickel (or even includes, as metallic elements, exclusively cobalt, nickel and manganese)
  • particularly effective aromatic compounds are the imidazole (i.e. the above-mentioned compound of formula (I)), 2-methylimidazole (i.e. the above-mentioned compound of formula (II)) or mixtures thereof.
  • the aromatic compound (s) used to form coordination complexes and, more specifically, coordination polymers with cobalt in the context of the process of the invention are used in an amount necessary to generate precipitation in the solution in which it (s ) is (are) added (s), this quantity being able to be easily determined by a person skilled in the art either by carrying out preliminary tests or by spontaneous addition until the precipitation stops (this precipitation being an indication of the formation of the coordination complex or polymer).
  • the solution comprising cobalt and one or more other metallic elements may also comprise at least one organic solvent, for example, from the family of alcoholic solvents (such as methanol) or water.
  • the precipitation step can be carried out with stirring and without the application of heating (or, in other words, at room temperature).
  • the precipitate formed is recovered, for example, by filtration.
  • the precipitate thus recovered can be subjected to a step of drying.
  • the method of the invention may comprise a preliminary step of preparing the solution comprising cobalt and one or more other metallic elements.
  • the prior step of preparing the solution may consist in dissolving the solid spent material comprising cobalt, for example, by bringing it into contact with an acid solution, whereby a solution comprising cobalt results, ready to be used for the implementation of steps a) and b ) of the process of the invention.
  • a precipitate is obtained consisting of a coordination complex, more specifically, a coordination polymer comprising cobalt (in very large majority proportion, since the extraction is carried out in a selective).
  • stage b a stage of recovery, from the precipitate, of the aromatic compound or compounds comprising at least two nitrogen atoms, this stage of recovery possibly comprising the following operations:
  • precipitate recovered at the end of the process of the invention can be intended for different uses and, in particular, for:
  • the invention also relates to the following methods:
  • a process for manufacturing a simple cobalt oxide comprising a step of implementing the cobalt extraction process as defined above and a step of heat treatment by calcination of the precipitate resulting from the extraction process;
  • a process for manufacturing a mixed cobalt oxide and at least one other metallic element comprising a step of implementing the cobalt extraction process as defined above and a step of heat treatment of the precipitate from the extraction process in the presence of a source of the other metallic element (s);
  • a process for the manufacture of a salt comprising a cobalt cation and an anion comprising a step of implementing the cobalt extraction process as defined above and a step of dissolving the precipitate resulting from the extraction process and a step of forming the salt by bringing the solution resulting from the dissolution into contact with the constituent anion of the salt;
  • a process for the manufacture of a salt comprising a cobalt cation and an anion comprising a step of implementing the cobalt extraction process as defined above, a step of dissolving the precipitate resulting from the process d extraction, a recrystallization step and recovery by filtration of the aromatic compound or compounds comprising two nitrogen atoms and a step of salt formation by bringing the filtrate into contact with the anion constituting the salt;
  • a process for manufacturing a salt comprising a cobalt cation and an anion comprising a step of implementing the cobalt extraction process as defined above, a step of dissolution of the precipitate from the extraction process, a step of precipitation of the cobalt cation, a step of recovery by filtration of the precipitate thus formed, whereby the filtrate is a filtrate comprising the above-mentioned aromatic compound (s).
  • the step of heat treatment by calcination of the precipitate may consist in heating the precipitate under an oxygen atmosphere to a suitable temperature and duration for forming the oxide, this temperature and duration which can easily be determined by a person skilled in the art by prior tests consisting in determining as a function of the phase sought (this being detectable by X-ray diffractometry) the appropriate temperature and duration pair.
  • the source of the other element (s) can be a salt, for example, a carbonate salt (more specifically, a lithium carbonate, when the element is lithium, a manganese carbonate, when the element is manganese and a nickel carbonate, when the element is nickel).
  • the step of heat treatment of the precursor in the presence of the source of the other element (s) may consist in heating the precipitate under an oxygen atmosphere to a temperature and a duration appropriate by a person skilled in the art by prior tests in the same way as the process for manufacturing a simple oxide.
  • the dissolving step can be carried out by bringing the precipitate into contact with a solubilization solution (for example, an acidic aqueous solution) and the step of precipitation of the cobalt in the form of a new salt can be carried out by bringing the solution obtained at the end of the dissolution step into contact with a salt comprising the anion intended to enter into the constitution of the desired cobalt salt.
  • a solubilization solution for example, an acidic aqueous solution
  • the step of precipitation of the cobalt in the form of a new salt can be carried out by bringing the solution obtained at the end of the dissolution step into contact with a salt comprising the anion intended to enter into the constitution of the desired cobalt salt.
  • This example illustrates the implementation of the process of the invention at room temperature using as aromatic compound 2-methylimidazole.
  • a model solution is prepared by dissolving 4.369 g of cobalt nitrate, 4.322 g of nickel nitrate and 3.846 g of manganese nitrate in 600 ml of methanol, the final solution obtained being equimolar since it contains as many moles of cobalt, moles of nickel as moles of manganese.
  • the model solution is then introduced into a stirred reactor at 200 rpm at room temperature.
  • the solution contained in the beaker is added to the reactor kept under stirring. The mixture is then left overnight with stirring and at room temperature. The following day, the solution is filtered through a Büchner filter and a purple powder is obtained. This powder is then put to dry in the oven overnight at 60 ° C.
  • the powder is then analyzed by X-ray diffraction, from which it could be deduced that the material obtained corresponds to the following formula: CO (C 4 H5N 2 ) 2 and has a structure of the zeolitic imidazolate type.
  • the powder was also analyzed by atomic emission spectrometry with induction coupled plasma (ICP-AES), which demonstrated that cobalt reacted selectively with 2-methylimidazole because the ratio of molar percentages of elements in the powder shows that the molar percentage of cobalt is greater than 90% (more specifically 93% for cobalt, 2% for nickel and 6% for manganese).
  • ICP-AES induction coupled plasma
  • This example illustrates the implementation of the process of the invention at 75 ° C. using imidazole as the aromatic compound.
  • a model solution is prepared by dissolving 4.369 g of cobalt nitrate, 4.322 g of nickel nitrate and 3.846 g of manganese nitrate in 300 ml of methanol, the final solution obtained being equimolar since it contains as many moles of cobalt, moles of nickel as moles of manganese.
  • the model solution is introduced into the Teflon jacket of an autoclave of 1 liter volume.
  • the solution contained in the beaker is added to the teflon jacket of the autoclave with the solution containing the cations.
  • the autoclave is then closed and placed in an oven at 75 ° C for two days.
  • the solution is then filtered on a Büchner filter and a purple powder is obtained. This powder is then put to dry in an oven at 60 ° C overnight after being rinsed with ethanol.
  • the powder was analyzed by atomic emission spectrometry with induction coupled plasma (ICP-AES), which demonstrated that cobalt reacted selectively with imidazole because the ratio of molar percentages of elements in the powder shows that the molar percentage of cobalt is greater than 90% (more specifically 96% for cobalt, 2.2% for nickel and 1.8% for manganese).
  • ICP-AES induction coupled plasma

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Abstract

L'invention a trait à un procédé d'extraction sélective du cobalt à partir d'une solution comprenant du cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques,ledit procédé comprenant les étapes suivantes: a) une étape de formation d'un précipité consistant en un complexe de coordination comprenant du cobalt par mise en contact de ladite solution avec au moins un composé aromatique comprenant, dans son cycle, au moins deux atomes d'azote; b) une étape de récupération du précipité.

Description

PROCEDE D'EXTRACTION DU COBALT D'UNE SOLUTION
COMPRENANT, OUTRE LE COBALT, UN OU PLUSIEURS AUTRES ELEMENTS
METALLIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention a trait à un procédé d'extraction du cobalt d'une solution comprenant, outre le cobalt, un ou plusieurs autres éléments métalliques, ledit procédé permettant une extraction sélective du cobalt.
L'invention est ainsi susceptible de trouver application dans le domaine du traitement et du recyclage de matériaux usés comprenant du cobalt en vue de pouvoir réutiliser ce dernier. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le cobalt est un élément très demandé puisqu'il entre dans la constitution de nombreux matériaux et notamment dans :
-les superalliages, qui présentent une résistance mécanique et une résistance au fluage élevées à hautes températures et qui sont utilisés pour leurs propriétés dans la fabrication de pièces mécaniques, telles que les turboréacteurs, les turbines, les moteurs de fusée ;
-les matériaux présentant une dureté très importante et résistants à la corrosion, tels que les carbures cémentés utilisés pour constituer des pièces mécaniques résistantes à l'usure comme les pièces pour usiner des métaux, les pièces pour l'extraction de minerais ou la découpe et le polissage du diamant ;
-les pigments destinés à entrer dans la constitution des verres colorés et des céramiques colorées ;
-les catalyseurs utilisés, en particulier, dans l'industrie pétrolière et l'industrie des plastiques ;
-les aimants permanents et les supports magnétiques pour l'enregistrement ; et
-les matériaux actifs pour électrode de batteries au lithium.
Face à la multitude de ces applications et pour pouvoir pallier aux problèmes d'approvisionnement et à l'épuisement progressif des ressources de cobalt à moyen terme, la question de la récupération du cobalt à partir des matériaux usés le contenant devient une question primordiale et a fait l'objet de recherches actives dans le domaine de la chimie séparative. Ainsi, il a été proposé, dans Material Letters 167 (2016) 188-191, un procédé de récupération d'éléments métalliques (dont du cobalt) d'une solution simulant celle qui serait issue de la dissolution d'un matériau actif usé d'électrode à base de nickel, de manganèse et de cobalt. Plus spécifiquement, le procédé de récupération explicité dans ce document comporte les étapes suivantes :
-une étape de préparation de la solution par mise en contact d'un sel de nickel (Ni(S04).6H20), d'un sel de manganèse (Mn(S04).6H20) et d'un sel de cobalt (Co(S04).6H20) dans du diméthylformamide ;
-une étape d'ajout à la solution résultante d'un ligand acide 1,4- benzènedicarboxylique (dit BDC) ou acide 1,3,5-benzènetricarboxylique (dit BTC) ;
-une étape de réaction dans des conditions solvothermiques pour former un polymère de coordination entre le ligand considéré (réaction à 120°C pour le BDC et à 120°C et 150°C pour le BTC) et les éléments métalliques présents dans la solution ;
-une étape de centrifugation du mélange réactionnel ;
-une étape de récupération du surnageant et des précipités ; -une étape d'analyse de ceux-ci.
Il ressort respectivement avec le BDC et le BTC, un taux de récupération du cobalt de 63% et une récupération totale du cobalt toutefois, dans ces deux cas de figure, sans sélectivité aucune, puisque les produits résultants de la réaction sont toujours en mélange avec du manganèse et du nickel et ce dans des proportions importantes. Le cobalt ainsi récupéré ne peut donc pas être réutilisé tel quel puisqu'il est extrait en proportion importante avec les autres éléments métalliques présents dans la solution.
Aussi, au vu de ce qui existe déjà, les auteurs de la présente invention se sont fixé pour objectif de mettre au point un procédé d'extraction du cobalt d'une solution le contenant, ce procédé présentant une bonne sélectivité vis-à-vis du cobalt, lorsque la solution comprend en outre d'autres éléments que celui-ci.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Ainsi l'invention a trait à un procédé d'extraction sélective du cobalt à partir d'une solution comprenant du cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de formation d'un précipité consistant en un complexe de coordination comprenant du cobalt par mise en contact de ladite solution avec au moins un composé aromatique comprenant au moins un cycle comprenant au moins deux atomes d'azote ;
b) une étape de récupération du précipité.
Avant d'entrer plus en détail dans la description de l'invention, nous précisons les définitions suivantes.
Dans ce qui précède et ce qui suit, on entend par complexe de coordination un composé comprenant du cobalt lié à des ligands (en l'occurrence, dans notre cas, le ou les composés aromatiques comprenant, dans leur cycle, au moins deux atomes d'azote) via des liaisons dite de coordination.
Plus spécifiquement, le complexe de coordination peut être un polymère de coordination, qui peut être un assemblage périodique organométallique formé par itération de centres métalliques (formés dans notre cas, par l'élément cobalt) reliés entre eux par des molécules établissant des liaisons de coordination avec les centres métalliques (ces molécules pouvant être qualifiées de ligands et étant constituées dans notre cas par les composés aromatiques mentionnés ci-dessus). Plus spécifiquement, dans notre cas, le polymère de coordination est formé par des ions métalliques cobalt reliés entre eux par l'intermédiaire de groupes organiques portés par les composés aromatiques mentionnés ci-dessus, ces groupes organiques formant des liaisons de coordination avec les ions métalliques cobalt (lesquels groupes peuvent être qualifiés de groupes complexants). En sus et place de la terminologie « polymère de coordination » peut être utilisée la terminologie « réseau métallo-organique » (correspondant à la terminologie anglaise « metal-organic framework », l'abréviation MOF étant également utilisée pour désigner ce type de réseau).
Grâce à la mise en œuvre des étapes de l'invention, il a été constaté une excellente extraction du cobalt à partir d'une solution le contenant et également une excellente sélectivité d'extraction du cobalt, lorsque celui-ci est présent dans la solution en présence d'un ou plusieurs autres éléments métalliques, tels que du nickel et du manganèse.
Ainsi, le procédé comprend, en premier lieu, une étape a) de formation d'un précipité consistant en un complexe de coordination, plus spécifiquement, un polymère de coordination comprenant du cobalt par mise en contact de ladite solution avec au moins un composé aromatique comprenant, dans son cycle, au moins deux atomes d'azote.
Dans la solution comprenant du cobalt, ce dernier se trouve, classiquement, dans la solution sous forme cationique. La solution comprenant du cobalt comprend, en outre, un ou plusieurs autres éléments métalliques. A titre d'exemples, le ou les autres éléments métalliques peuvent être des éléments métalliques de transition et plus spécifiquement encore peuvent être choisis parmi le manganèse, le nickel et les mélanges de ceux-ci. De manière encore plus spécifique, la solution peut, outre du cobalt, comprendre, comme éléments métalliques, exclusivement du manganèse, du nickel ou des mélanges de ceux-ci.
Le ou les composés aptes à former au moins une liaison de coordination avec le cobalt sont des composés aromatiques comprenant au moins un cycle comprenant au moins deux atomes d'azote.
Il peut s'agir, en particulier :
-de composés aromatiques monocycliques à cinq chaînons comprenant deux atomes d'azote (autrement dit, des composés diazoles) ;
-de composés aromatiques bicycliques, dont un des cycles est un cycle à cinq chaînons comportant deux atomes d'azote ; ou
-de composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant deux atomes d'azote ou trois atomes d'azote.
Ces composés peuvent comporter également un ou plusieurs substituants (par exemple, un groupe alkyle) au niveau des atomes de carbone du ou des cycles.
Pour les composés aromatiques monocycliques à cinq chaînons comprenant deux atomes de carbone, des composés particulièrement avantageux sont des composés imidazoles, en particulier, ceux répondant aux formules (I) à (IV) suivantes :
ces composés étant dénommés respectivement imidazole (pour le composé de formule (I)), 2-méthylimidazole (pour le composé de formule (II)), 4-méthylimidazole (pour le composé de formule (III)) et 2-éthylimidazole (pour le composé de formule (IV)).
Pour les composés aromatiques bicycliques, dont un des cycles est un cycle à cinq chaînons comportant deux atomes d'azote, des composés particulièrement avantageux sont des composés benzimidazoles, et en particulier le composé répondant à la formule (V) suivante :
Pour les composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant deux atomes d'azote, des composés particulièrement avantageux peuvent être ceux répondant aux formules (VI) à (VIII) suivantes :
(VI) (VU) (VIII)
ces composés étant dénommés pyridazine (pour le composé de formule (VI)), pyrimidine (pour le composé de formule (VII)) et pyrazine (pour le composé de formule (VIII)).
Pour les composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant trois atomes d'azote, des composés particulièrement avantageux peuvent être ceux répondant aux formules (IX) à (XI) suivantes :
Plus spécifiquement, lorsque la solution, outre le cobalt, comprend, comme autres éléments métalliques, du manganèse et du nickel (voire comprend, comme éléments métalliques, exclusivement du cobalt, du nickel et du manganèse), des composés aromatiques particulièrement efficaces sont l'imidazole (c'est-à-dire le composé de formule (I) susmentionnée), le 2- méthylimidazole (c'est-à-dire le composé de formule (II) susmentionnée) ou les mélanges de ceux-ci.
Le ou les composés aromatiques utilisés pour former des complexes de coordination et, plus spécifiquement des polymères de coordination avec le cobalt dans le cadre du procédé de l'invention sont utilisés en une quantité nécessaire pour engendrer une précipitation dans la solution dans laquelle il(s) est(sont) ajouté(s), cette quantité pouvant être aisément déterminée par l'homme du métier soit en effectuant des essais préalables soit par ajout spontané jusqu'à ce que la précipitation cesse (cette précipitation étant un indicatif de la formation du complexe ou polymère de coordination).
La solution comprenant le cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques peut comprendre, en outre, au moins un solvant organique, par exemple, de la famille des solvants alcooliques (tels que le méthanol) ou de l'eau.
L'étape de précipitation peut être réalisée sous agitation et sans application de chauffage (soit, en d'autres termes, à température ambiante).
Une fois la précipitation effectuée, le précipité formé est récupéré, par exemple, par filtration.
Le précipité ainsi récupéré peut être soumis à une étape de séchage.
Par ailleurs, avant l'étape a), le procédé de l'invention peut comprendre une étape préalable de préparation de la solution comprenant du cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques. Lorsque le procédé de l'invention s'inscrit dans le cadre global du retraitement ou recyclage d'un matériau usé solide comprenant du cobalt, par exemple, un matériau du type céramique oxyde comprenant du cobalt, l'étape préalable de préparation de la solution peut consister à dissoudre le matériau usé solide comprenant du cobalt, par exemple, en le mettant en contact avec une solution acide, moyennant quoi il résulte une solution comprenant du cobalt, prête à être utilisée pour la mise en œuvre des étapes a) et b) du procédé de l'invention.
A l'issue de l'étape b), il est obtenu un précipité consistant en un complexe de coordination, plus spécifiquement, un polymère de coordination comprenant du cobalt (en proportion majoritaire très large, vu que l'extraction s'effectue de manière sélective).
En outre, il peut être prévu, après l'étape b), une étape de récupération, à partir du précipité, du ou des composés aromatiques comprenant au moins deux atomes d'azote, cette étape de récupération pouvant comprendre les opérations suivantes :
-une opération de solubilisation du précipité ainsi récupéré, par exemple, dans une solution acide ;
-une opération de précipitation ou cristallisation du ou des composés aromatiques comprenant au moins deux atomes d'azote, par exemple, en refroidissant la solution issue de l'opération de solubilisation ;
-une opération de récupération par filtration du ou des composés aromatiques ainsi précipités.
Par ailleurs, le précipité récupéré à l'issue du procédé de l'invention peut être destiné à différentes utilisations et, en particulier, pour :
-la fabrication d'un oxyde simple de cobalt, par exemple, CoO, CO3O4 ;
-la fabrication d'un oxyde mixte de cobalt et d'au moins un autre élément, par exemple, UC0O2, LiNii/3Mni/3Coi/302 ;
-la fabrication d'un sel spécifique de cobalt.
Aussi, l'invention a trait également aux procédés suivants :
-un procédé de fabrication d'un oxyde simple de cobalt comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini ci-dessus et une étape de traitement thermique par calcination du précipité issu du procédé d'extraction ;
-un procédé de fabrication d'un oxyde mixte de cobalt et d'au moins un autre élément métallique comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini ci-dessus et une étape de traitement thermique du précipité issu du procédé d'extraction en présence d'une source du ou des autres éléments métalliques ;
-un procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini ci-dessus et une étape de dissolution du précipité issu du procédé d'extraction et une étape de formation du sel par mise en contact de la solution issue de la dissolution avec l'anion constitutif du sel ;
-en variante, un procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini ci-dessus, une étape de dissolution du précipité issu du procédé d'extraction, une étape de recristallisation et récupération par filtration du ou des composés aromatiques comprenant deux atomes d'azote et une étape de formation du sel par mise en contact du filtrat avec l'anion constitutif du sel ;
-selon encore une autre variante, un procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini ci-dessus, une étape de dissolution du précipité issu du procédé d'extraction, une étape de précipitation du cation cobalt, une étape de récupération par filtration du précipité ainsi formé, moyennant quoi le filtrat est un filtrat comprenant le ou les composés aromatiques précités.
Concernant le procédé de fabrication d'un oxyde simple de cobalt, l'étape de traitement thermique par calcination du précipité peut consister à chauffer le précipité sous atmosphère d'oxygène à une température et une durée appropriées pour former l'oxyde, cette température et durée pouvant être aisément déterminées par l'homme du métier par des essais préalables consistant à déterminer en fonction de la phase recherchée (celle-ci étant détectable par diffractométrie de rayons X) le couple de température et de durée appropriées.
Concernant le procédé de fabrication d'un oxyde mixte de cobalt et d'au moins un autre élément métalliques, la source du ou des autres éléments peut être un sel, par exemple, un sel carbonate (plus spécifiquement, un carbonate de lithium, lorsque l'élément est du lithium, un carbonate de manganèse, lorsque l'élément est du manganèse et un carbonate de nickel, lorsque l'élément est du nickel). L'étape de traitement thermique du précurseur en présence de la source du ou des autres éléments peut consister à chauffer le précipité sous atmosphère d'oxygène à une température et une durée appropriées par l'homme du métier par des essais préalables au même titre que le procédé de fabrication d'un oxyde simple.
Concernant le procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion, l'étape de dissolution peut être réalisée par mise en contact du précipité avec une solution de solubilisation (par exemple, une solution aqueuse acide) et l'étape de précipitation du cobalt sous forme d'un nouveau sel peut être réalisée par mise en contact de la solution obtenue à l'issue de l'étape de dissolution avec un sel comportant l'anion destiné à entrer dans la constitution du sel de cobalt recherché. L'invention va maintenant être décrite par rapport aux exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
EXEMPLE 1
Cet exemple illustre la mise en œuvre du procédé de l'invention à température ambiante en utilisant comme composé aromatique du 2- méthylimidazole.
Pour ce faire, une solution modèle est préparée par dissolution de 4,369 g de nitrate de cobalt, de 4,322 g de nitrate de nickel et de 3,846 g de nitrate de manganèse dans 600 mL de méthanol, la solution finale obtenue étant équimolaire puisqu'elle contient autant de moles de cobalt, de moles de nickel que de moles de manganèse.
La solution modèle est introduite ensuite dans un réacteur agité à 200 tours/minute à température ambiante.
En parallèle, dans un bêcher, 29,5806 g de 2-méthylimidazole sont dissous dans 400 mL de méthanol.
La solution contenue dans le bêcher est ajoutée dans le réacteur maintenu sous agitation. Le mélange est alors laissé pendant une nuit sous agitation et à température ambiante. Le lendemain, la solution est filtrée sur un filtre Büchner et une poudre violette est obtenue. Cette poudre est alors mise à sécher à l'étuve pendant une nuit à 60°C.
La poudre est alors analysée par diffraction des rayons X, de laquelle il a pu être déduit que le matériau obtenu répond à la formule suivante : CO(C4H5N2)2 et présente une structure du type imidazolate zéolithique.
La poudre a été également analysée par spectrométrie d'émission atomique avec plasma couplé par induction (ICP-AES), ce qui a permis de démontrer que le cobalt a réagi sélectivement avec le 2-méthylimidazole car le ratio des pourcentages molaires en éléments dans la poudre montre que le pourcentage molaire de cobalt est supérieur à 90% (plus spécifiquement 93% pour le cobalt, 2% pour le nickel et 6% pour le manganèse). En d'autres termes, pour 100 g de poudre récupérée, 22,77 g correspondent à du cobalt, 0,381 g à du nickel et 1,26 g à du manganèse.
EXEM PLE 2
Cet exemple illustre la mise en œuvre du procédé de l'invention à 75°C en utilisant comme composé aromatique de l'imidazole.
Pour ce faire, une solution modèle est préparée par dissolution de 4,369 g de nitrate de cobalt, de 4,322 g de nitrate de nickel et de 3,846 g de nitrate de manganèse dans 300 mL de méthanol, la solution finale obtenue étant équimolaire puisqu'elle contient autant de moles de cobalt, de moles de nickel que de moles de manganèse.
La solution modèle est introduite dans la chemise téflonnée d'un autoclave de volume 1 litre.
En parallèle, dans un bêcher, 24,529 g d'imidazole sont dissous dans 200 mL de méthanol.
La solution contenue dans le bêcher est ajoutée dans la chemise téflonnée de l'autoclave avec la solution contenant les cations. L'autoclave est alors fermé et placé dans une étuve à 75°C pour deux jours. La solution est ensuite filtrée sur filtre Büchner et une poudre violette est obtenue. Cette poudre est alors mise à sécher à l'étuve à 60°C pendant une nuit après avoir été rincée à l'éthanol.
La poudre a été analysée par spectrométrie d'émission atomique avec plasma couplé par induction (ICP-AES), ce qui a permis de démontrer que le cobalt a réagi sélectivement avec l'imidazole car le ratio des pourcentages molaires en éléments dans la poudre montre que le pourcentage molaire de cobalt est supérieur à 90% (plus spécifiquement 96% pour le cobalt, 2,2% pour le nickel et 1,8% pour le manganèse). En d'autres termes, pour 100 g de poudre récupérée, 22,71 g correspondent à du cobalt, 0,53 g correspondant à du nickel et 0,41 g à du manganèse.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction sélective du cobalt à partir d'une solution comprenant du cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
a) une étape de formation d'un précipité consistant en un complexe de coordination comprenant du cobalt par mise en contact de ladite solution avec au moins un composé aromatique comprenant, dans son cycle, au moins deux atomes d'azote ;
b) une étape de récupération du précipité.
2. Procédé d'extraction selon la revendication 1, dans lequel le complexe de coordination est un polymère de coordination.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les autres éléments métalliques sont des éléments métalliques de transition.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les autres éléments métalliques sont choisis parmi le nickel, le manganèse et les mélanges de ceux-ci.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les composés aromatiques sont choisis parmi les composés aromatiques monocycliques à cinq chaînons comprenant deux atomes de carbone, les composés aromatiques bicycliques, dont un des cycles est un cycle à cinq chaînons comportant deux atomes d'azote ou les composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant deux atomes d'azote ou trois atomes d'azote.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, lorsque le ou les composés aromatiques sont des composés aromatiques monocycliques à cinq chaînons, ils répondent à au moins l'une des formules (I) à (IV) suivantes :
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, lorsque le ou les composés aromatiques sont des composés bicycliques, ils répondent à la formule (V) suivante :
8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, lorsque le ou les composés aromatiques sont des composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant deux atomes d'azote, ils répondent à au moins l'une des formules (VI) à (VIII) suivantes :
(VI) (VII) (VIII)
9. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, lorsque le ou les composés aromatiques sont des composés aromatiques monocycliques à six chaînons comprenant trois atomes d'azote, ils répondent à au moins l'une des formules (IX) à (XI) suivantes :
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de précipitation est réalisée sous agitation et sans application de chauffage.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 précédentes, dans lequel, lorsque la solution, outre le cobalt, comprend, comme autre(s) élément(s) métallique(s), du manganèse, du nickel et des mélanges de ceux-ci, le ou les composés aromatiques sont choisis parmi l'imidazole, le 2- méthylimidazole et les mélanges de ceux-ci.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, avant l'étape a), une étape préalable de préparation de la solution comprenant du cobalt et un ou plusieurs autres éléments métalliques.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, en outre, après l'étape b), une étape de récupération, à partir du précipité, du ou des composés aromatiques comprenant au moins deux atomes d'azote.
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'étape de récupération comprend les opérations suivantes :
-une opération de solubilisation du précipité ainsi récupéré ;
-une opération de précipitation ou cristallisation du ou des composés aromatiques comprenant au moins deux atomes d'azote ;
-une opération de récupération par filtration du ou des composés aromatiques ainsi précipités.
15. Procédé de fabrication d'un oxyde simple de cobalt comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction sélective du cobalt tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et une étape de traitement thermique par calcination du précipité issu du procédé d'extraction.
16. Procédé de fabrication d'un oxyde mixte de cobalt et d'au moins un autre élément comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction sélective du cobalt tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 14 et une étape de traitement thermique du précipité issu du procédé d'extraction en présence d'une source du ou des autres éléments.
17. Procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et une étape de dissolution du précipité issu du procédé d'extraction et une étape de formation du sel par mise en contact de la solution issue de la dissolution avec l'anion constitutif du sel.
18. Procédé de fabrication d'un sel comprenant un cation cobalt et un anion comprenant une étape de mise en œuvre du procédé d'extraction du cobalt tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, une étape de dissolution du précipité issu du procédé d'extraction, une étape de recristallisation et récupération par filtration du ou des composés aromatiques comprenant deux atomes d'azote et une étape de formation du sel par mise en contact du filtrat avec l'anion constitutif du sel.
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