FR3087356A1 - Installation et procede de separation d’au moins une espece ionique a partir d’une solution comprenant au moins ladite espece ionique et du lithium - Google Patents

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Abstract

L'installation de séparation d'une espèce cationique multivalente, à partir d'une solution comprenant cette espèce cationique multivalente et du Lithium, comprend un dispositif de capture (3) doté d'une entrée (2) et d'une sortie (4). Le dispositif de capture (3) comprend, entre l'entrée (2) et la sortie (4), un produit microfibre (12) avec une affinité supérieure aux cations multivalents qu'aux cations monovalents, L'installation comprend un système de circulation (5) adapté pour faire circuler la solution de l'entrée (2) vers la sortie (4) en contact avec le produit microfibre (21), le produit microfibre (21) captant ladite espèce cationique multivalente.

Description

Description Titre de l'invention v Installation et procédé de séparation d'au moins une espèce ionique à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium Domaine technique MO La présente invention se rapporte à une installation et un cédé de séparation d'au moins une espèce ionique à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium, Technique antérieure [00021 Plus précisément, l'invention se rapporte à la récupération du lithium..
10003] Le Lithium est un matériau très utilisé, par exemple dans la fabrication de batteries.
Il existe plusieurs procédés pour obtenir du lithium.
Selon un exemple, le lithium est récul,éré à partir de salies, qui sont de grandes étendues comprenant des accumulations de sels dont on extrait des solutions aqueuses salines, dont. on extrait le lithium des autres cations contenus en solution.
Ces procédés se font essentiellement par évaporation.
Toutefois, le rendement en lithium est assez faible, car une bonne partie de celui-ci précipite au cours de l'étape d'évaporation visant à réduire la teneur en magnésium dans la solution.
[0004] La présente invention vise ainsi à améliorer la séparation des espèces ioniques contenues dans des solutions contenant du lithium.
Résumé de l'invention [00071 Ainsi, l'invention se rapporte à Cane installation de séparation d'au moins une espèce cationique muitivaiente à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce ca- tionique inultivalente et du Lithium, ladite installation de séparation comprenant - au moins un dispositif de capture compremmt une entrée et une sortie, le dispositif de capture comprenant, entre l'entrée et la sortie, un produit microfibre présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu'aux cations monovalents, 10006] - un système de circulation adapté pour Caire circuler la solution de l'entrée vers la sortie en contact avec le produit microl'ibre, ledit produit microfibre captant ladite espèce cationique multivaleme.
[00071 Grâce à ces dispositions, on peut -éparer le lithium d'un cation eation divalent restant dans la solution.
[00081 Selon différents aspects, il est possible deprévoirune el./ou l'autre des dispositions ci-dessous.
100091 Selon une réalisation, l'installation de séparation comprend en outre un dispositif de recirculation adapté pour faire circuler une partie de la solution de la sortie l'entrée sans passer par le produit microfibre,
[0010] Selon une réalisation, le dispositif de capture comprend une pluralité de cellules de capture individuelles raccordées en série, les cellules de capture individuelles raccordées en série comprenant des taux de saturation différents en ladite espère. ionique, et notamment dans laquelle les taux de saturation sont décroissants de l'amont vers l'aval,
[0011] Selon une réalisation, le produit micmfihre comprend du Lithium, et le produit mi- crofibre capte ladite au moins une espèce cationique multivalente en libérant du lithium.
[00121 Selon une réalisation, l'installation de séparation comprend en outre un système de régénération comprenant un dispositif de circulation de régénération adapté pour faire circuler un produit de relargage en contact avec le produit inicrofibre, ledit produit microfibre libérant alors ladite espèce cationique.
[0013], Selon une réalisation, le dispositif de circulation de régénération est adapté pour faire circuler en contact avec le produit microfihrc,' un produit de recharge comprenant du lithium, ledit produit niicrofibre, se chargeant alors en lithium.
[00141 Selon une réalisation, l'installation de séparation comprend des vannes adaptées pour autoriser ou interdire la circulation de la solution dans différents circuits, et des pompes pour générer une circulation, et un contrôleur programmé pour commander les vannes.
[00151 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une cellule de capture d'au moins une espèce ionique à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium destinée à équiper une telle installation, ladite cellule de capture comprenant : [00E6] une entrée,
[0017] - une sortie,
[0018] - entre l'entrée et la sortie, un produit microfibre pré sentant u e affinité supérieure aux cations muitivalents qu'aux cations monovalents.
[00 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une unité de capture d'au moins tiliC espèce ionique à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium, ladite unité de capture comprenant une pluralité de telles cellules de capture, un système de circulation adapté pour raccorder hydrauliquernent entre elles lesdites cellules de capture, le dispositif de circulation comprenant des vannes et des pompes adaptées pour être commandées depuis un contrôleur, 100201 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de séparation d'au moins une espèce cationique rnultivalente à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalenu. et du Lithium, ledit procédé de séparation comprenant : 100211 - on fournit au moins un dispositif de capture comprenant une entrée et une sortie, le dispositif de capture comprenant, entre l'entrée et la sortie;un produit microfibre présentant une affinité supérieure aux calions n'univalents qu'aux cations monovalents, [00221 - avec un système de circulation, on fait circuler la solution de l'entrée vers la sortie en contact avec le produit microfibre, ledit produit microfibre captant ladite espèce cationique multivalente.
[00231 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de ré,gé,nér ri d'un produit microfibre utilisé pour la séparation d'au moins une espèce cationique multivalente à partir d'une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium, dans lequel : [00211 - un dispositif de circulation de régénération fait circuler un produit de relargage en contact avec le. produit microfibre, ledit produit in icrofibre libérant alors ladite espèce cationique multivalente, [00251 le dispositif de circulation de régénération fait circuler un produit de recharge comprenant du lithium en contact avec le produit microfibre, ledit produit nicrofibre se chargeant alors en lithium. [ )0261 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de traitement d'une solution comprenant une espèce cationique multivalonte, et du Lithium, ledit procédé comprenant successivement de manière cyclique un tel procédé de capture de ladite espèce cationique multivalente et un tel procédé de régénération.
[00271 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une utilisation d'un produit mi- crofibre. présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu'aux cations monovalents pour la capture d'une espèce cationique multivalente d'une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium.
Brève description des dessins [00281 Des modes de réalisation del'invention seront décrits ci-dessous par é nce aux dessins, décrits brièvement ci-dessous [00291 [fig,.1 est une représentation schématique d'un procédé de récupération de lithium depuis un salut. [00301 lfig.21 est une ue schématique d'un exemple de mise en oeuvre d'une étape t e procédé. [00311 [fig.31 est une vue schématique n exemple de mise en oeuvre d'une étape de p [t}0321 [Cig.41 est une vue schématique d'un exemple e mise r oeuvre d'une ape de procédé.
[0033] [fig.51 est une vue schématique d'un exemple de mise en oeuvre d'une étape de procédé.
[0034] [fig.6] est une vue schématique exemple de mise en oeuvre d'une étape de procédé.
[0035] [fig.7] est une vue schématique d'un exemple de mise en oeuvre d'une étape de procédé au cours d'une étape ultérieure à l'étape représentée sur la [Hg. 6].
[0036] [fig.8] est une vue schématique partielle d' u on selon un mode de réalisation. ]1.)037] [fig.9] est une vue schématique d'un exemple de cellule utilisée pour la mise en oeuvre du procédé.
[0038] [fig.10] est une vue schématique en plan de dessus d'un produit bidimensionnel utilisé dans 1' installation
[0039] [fig.' l] est une vue de principe de la captation d'un ion métallique par une fibre. [1:)040! [fig.12] est une vue schématique en éclaté d'une partie d'une cellule de capture.
[0041] [fig.13] est une vue partielle en perspective une installation seien un deuxième mode de. réalisation.
[0042] Sur les dessins, des références identiques désignent des objets identiques ou si- milaires.
Description des modes de réalisation
[0043] Dans an premier temps, ]'invention est présentée dans son application à un premier mode de. réalisation, relatif à la récupération de lithium d'un salar.
La figure I représente schématiquement le procédé de récupération de lithium depuis un salar.
Le composant d'entrée du procédé est une saumure, ou solution aqueuse saline, en provenance du salar.
La solution aqueuse saline est concentrée en sels.
Elle comprend notamment des concentrations importantes en chlorures, ainsi qu'en cations sodium, potassium, magnésium et lithium.
A titre d'exemple, la saumure à traiter à les concentrations suivantes
[0044] 0,1 à 3 grl de lithium, 0.5 à 50 g,1 de magnésium, 20 à 200 g/1l de sodium, à 50 de potassium.
[0045] Au cours d'une première étape, la saumure est passée de bassin d'évaporation en bassin d'évaporation.
Dans chaque bassin ou groupe de bassins, au cours de l'évaporation, différents sels précipitent.
Notamment, et successivement, précipitent
[0046] Le chlorure de sodium (premier bassin), Le chlorure. de sodium et le chlorure de potassium (deuxi ne et troisième bassins), Le chlorure de potassium et le chlorure de magnésium (quatrième bassin), Le chlorure de magnésium, ainsi qu'un début de précipitation du chlorure de lithium (cinquième bassin), )04?_ A l'issue de ces étapes de précipitations, le lithium a peu précipité, de sorte que sa concentration relative dans la saumure, par rapport aux autres cations, a augmenté.
A titre d'exemple, a r issue de ces étapes, la saumure peut présenter les concentrations suivantes:
[0048] 10 à 50 g/i de lithium, à 250 gil de magnésium, 1 à 5 gil de sodium.
I à 5 gil de potassium. [ )049l Ainsi, le rapport de concentrations Li/Mg dans la solution a sensiblement augmenté au cours de ces étapes d'évaporation. [0050; Le procédé objet de la présente invention trouve son application, selon un mode de réalisation, dans la séparation du lithium issu de cette dernière étape de précipitation.
Tl s'agit de séparer le lithium de la concentration importante de magnésium restant dans la solution.
Cette étape pourrait alternativement être faite par précipitation, selon les procédés antérieurs publiquement connus, mais les dynamiques de précipitation des deux espèces se chevauchent, et une quantité importante de lithium est perdue au cours de la précipitation du magnésium.
[00511 La figure 2 représente schématiquement une installation de séparation 1 selon premier mode de réalisation.
L'installation de séparation 1 comprend une entrée 2, un dispositif de capture 3 en aval de l'entrée, et une sortie 4 en aval du dispositif de capture 3.
Un système de circulation 5 fait circuler le fluide depuis l'entrée 2., à travers le dispositif de capture 3, vers la sortie 4, à un débit adapté.
La saumure à traiter peut être diluée avec des saumures traitées (traitement décrit ci-après) issues de l'unité de traitement ultérieur 28.
Schématiquement, le système de circulation 5 est représenté sur la ligure 2 entre le dispositif de capture 3 et la sortie 4, toutefois il pourrait être réalisé de toute manière approprié, comprenant une ou plusieurs pompes réparties en divers emplacements nécessaires à la circulation de Fluide.
[00521 Le dispositif de capture 3 comprend un produit microfibre adapté à la séparation de certaines des espèces d'ions de la solution présente en entrée.
Le produit microfibre se présente sous la Corme d'un produit volumique fabriqué à partir d'une ou. plusieurs es fibres agencé pour former un ensemble solide compact.
Un produit est considéré comme u volumique » si ces trois dimensions ont des dimensions d'ordre de grandeur similaire.
Le produit volumique peut être fabriqué à partir d'un produit bidimensionnel 22, replié sur lui-même plusieurs fois, ou dont plusieurs couches sont assemblées ensemble., comme représenté par exemple sur la figure 10.
Le produit bidimensionnel, quant à lui, est réalisé à partir de fibres.
Le produit bidimensionnel comprend par exemple un non-tissé, un tissu ou une feutrine.
Une fibre est un produit flexible dont la longueur est très supérieure aux deux autres dimensions.
Dans l'exemple présenté, elle comporte une section circulaire.
Toutefois, d'autres réalisations sont envisageables.
Dans le cas présent, la dimension transversale (diamètre) de la fibre est de l'ordre de 1 micromètre, à 200 micromètres, notamment entre 10 et 40 micromètres.
Les fibres peuvent être milisées brutes pour la réalisation du produit bidimensionnel, ou traitées pour réaliser du feutre non tissé, du fil, ou du tissé, utilisé ensuite pour la réalisation du produit bidimensionnel.
Les fibres présentent l'avantage que, dans un volume donné, elles présentent une surface importante.
[0053] Les fibres sont dos fibres échangeuses d'ion.
Ces fibres contiennent un matériau présentant une forte affinité pour les cations multivalents.
Notamment, selon cc mode de réalisation, ce matériau présente une forte affinité pour l'ion Me.
Selon une réa-- lisation, ce matériau est chargé en Lithium.
Le lithium est présent en tant qu'ion utilisé pour l'échange d'ion.
La fibre est insoluble dans une solution aqueuse.
Le terme insoluble » signifie que la morphologie des fibres ne subit pas de modifications détectables à l'aide d'un microscope électronique après au moins 24 heures d'immersion dans une solution essentiellement aqueuse.
De plus, les fibres sont poreuses à l'eau.
Cette caractéristique permet à l'eau d'accéder aux sites de réaction chimique à l'intérieur des fibres.
[0054] Selon un premier exemple, la fibre est une fibre de polymère portant des groupements fonctionnels acide carbox:,./lique.
Ces groupes acides peuvent être déprotonés en milieu basique et se transformer en ion carboxylase accompagné d'un contre-ion cationique.
Ces ions carboxylates préfèrent être accompagnés par des cations multivalents, Ce cation « accompagnant » peut être libéré par acidification, dans lequel cas l'ion carboxylate redevient acide carboxylique.
[00551 Selon un deuxième exemple, la fibre est une fibre de polymère portant des groupements fonctionnels acide iminodiacétique.
Ces groupements jouent le rôle de pince chélatante.
Ils ont une très forte tendance à complexer les cations mult valents.
Ce cation « accompagnant » peut être libéré par Forte acidification.
[00561 Selon un cas particulier, on peut par exemple recourir aux fibres commercialisées, à la date de priorité, par la société MELIS, sous les appellations METALICAPTe.rvIEB ou MF,TALICAPPD-MFD. [t}0571 Selon un aspect indépendant, une invention se rapporte à une fibre, telle que présentée ci-dessus, chargée en lithium.
[0058] Comme représenté schématiquement sur la figure i 1, les fibres 24 présentent une im- portante surface d'échange, rapporté au volume total de produit inicrofihre, Ceci permet d'y fixer un nombre important de cations 25.
Cette caractéristique permet d'envisager une efficacité du processus d'échange d'ions compatible avec l'application de séparation lithiumlinagnésium, supérieure à celle des technologies traditionnelles à hase de résines d'échanges d'ions.
Par ailleurs, la nature fibreuse du matériau, malgré. sa grande surface d'échange, laisse de grandes zones de passage, et en conséquence génère une faible perte de charge (une faible résistance à l'écoulement, soit une faible consommation énergétique).
[00591 Le produit microfibre, avant t ise en oeuvre, est sec, et peut être stocké et transporté à sec, ce qui n'est pas le cas des résines échangeuses d'ions « classiques » qui doivent être transportées et stockées avec un taux d'humidité important sous réserve de perdre leurs caractéristiques.
[0060] Ainsi, dans un mode de production, le système de. circulation 5 fait circuler le fluide en contact avec le produit mierofihre lors du passage de celui-ci de l'entrée vers la sortie.
Le produit microfibre a plus d'affinité pour les cations magnésium (divalents) que pour les cations lithium (monovalents).
En contact avec le produit microfibre, le Magnésium de la solution est capté par le matériau sur les sites précédemment chargés en lithium, qui est ainsi libéré.
Le lithium initialement présent dans la solution, lui, n'est pas capté par le produit microfihre, et gagne la sortie 4.
[0061 Pour augmenter l'efficacité de la capture de Magnésium, on peut faire entrer dans le dispositif de capture 3 une solution comprenant une concentration optimale de magnésium (fonction de la capacité de capture, du temps de séjour, et/ou de la cinétique de réaction).
La concentration optimale peut dépendre de la configuration du dispositif de capture 3, triais peut typiquement être comprise dans l'intervalle 1.000 10.000 mg 1.
[00621 Cette concentration peut par exemple être Obtenue par dilution de la solution en amont de l'entrée.
On peut par exemple diluer la solution avec de l'eau.
En variante, et comme représenté sur la figure 3, on peut diluer la solution avec la solution sortant du dispositif de capture 3.
Ainsi, au moyen d'un dispositif de recirculation 6, on dérive une partie de la solution en sortie du dispositif de capture 3, appauvrie en Magnésium, vers l'entrée 2, où elle dilue la solution initiale, sans modification majeure de la concentration en autres sels et en particulier en lithium.
[00631 L'installation de séparation comprend également un système de régénération 7, re- présenté sur la Figure 4 dans le cadre du mode de réalisation de la figure 2 (ce système étant compatible également avec le mode de réalisation de la ligure 3).
Comme re- g présenté sur la figure 4, le système de circulation 5 comprend également une vanne d'entrée 8, équipant l'entrée 2, et commandahle pour alternativement autoriser ou interdire l'entrée de la solution dans le dispositif de capture 3.
Le système de circulation 5 comprend également une vanne de sortie 9, équipant la sortie 4, et commandahle pour alternativement autoriser nu interdire la sottie de la solution du dispositif de capture 3 vers la sortie.
[0064] Le système de régénération 7 comprend une source de produit de relargage 10, adapté pour décharger en cations le produit microfihre.
Le produit de relargage comprend par exemple un acide, tel qu'une solution d'acide chlorhydrique.
Le système de régénération 7 comprend une source de produit de recharge 11, adapté pour recharger en cations le produit microfibre.
Le produit de recharge comprend par exemple une solution d'hydroxyde de Lithium ou de carbonate. de lithium.
Le système de régénération 7 comprend une source de produit de rinçage 23, adapté pour rincer le produit microlibre et en supprimer les composants susceptibles d'influencer négativement la suite du procédé.
Le produit de rinçage comprend par exemple de l'eau. système de. régénération 7 comprend un dispositif de circulation de régénération 12 adapté pour faire circuler les fluides à travers le dispositif de capture 3.
Le dispositif de circulation de régénération 12 peut comprendre des pompes 13, et des vannes 14 disposées sur les différents canaux et adaptées pour alternativement autoriser ou interdire la circulation de fluide dans ce canal.
1100651 Un contrôleur 15 commande les vannes 8, 9, 14 et les pompes selon une procédure- préprogrammée, pour assurer la régénération.
Dans l'exemple de réalisation présenté, on a représenté un produit microfihre unique.
Toutefois, le produit microfibre peut être installé dans plusieurs colonnes indépendantes les unes des autres.
Dans ce cas, selon les modes de réalisation, une vanne peut être installée pour une colonne unique ou pour un groupe de colonnes (typiquement un groupe de colonnes peut comprendre de deux à plusieurs centaines de colonnes). [ )0661 Au cours d'une étape de relargage, les vannes d'entrée 8 et de sortie 9 sont fermées.
Le fluide de relargage est fait circuler depuis la source de produit de relargage 10 à travers le dispositif de capture 3.
Au cours de cette étape, le Magnésium capté par le produit microfibre est libéré de celui-ci, et circulé vers l'extérieur 16.
[00671 Au cours d'une étape de recharge, le produit de recharge est fait circuler depuis la source de produit de recharge 11 à travers le dispositif de capture 3.
Au cours de cette étape, le produit microfibre est rechargé en lithium.
Dans le cas oiz le produit de recharge est l'hydroxyde de lithium, celui-ci interagit avec le produit microfibre pour y déposer le lithium.
L'hydroxyde de lithium est circulé vers l'extérieur 16.
[00681 Une étape de rinçage peut être mise en oeuvre, au moyen du produit de rinçage 23 avant et après chacune de ces étapes et des étapes de production (rinçage de la solution 9 résiduelle, de l'acide résiduel, de la base résiduelle).
[0069] Un système de purge peut âtre prévu, par exemple sous air comprimé, après chaque étape, pour éliminer le liquide résiduel.
[0070] Le mécanisme d'échange d'ion, dans le cas d'une fibre aux groupements d'acide car- boxylique, peut être résumé comme suit :
[0071] Etape de séparation
[0072] (2 C00-, 2 Lit)'il'' + (Mg 0)-, )fib -euh.
[0073] Etape relargatte
[0074] (2 C.00-, Mg24)',',' (II ,C71-)'' '.1)H)fibi' i (Mg2+11+ utn, [00751 Etane de recharge :
[0076] (2 COOH)i-Hx-i, (Li4,01-1 -> (2 CO0 2 Li' )Cibrt, ai-k,014 XHinitan, 4- H20
[0077] Ee procédé qui vient d'être décrit permet de. traiter de manière cyclique la solution entrante.
[0078] Une cellule de capture susceptible de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus est re- présentée sur la figure 9.
Sur la figure 9, la cellule de capture 17 est raccordée hydrauliquement à l'entrée 2 en un premier côté de la cellule de capture 17.
Elle est raccordée hydrauliquement à la sortie 4 on un deuxième côte de la cellule de capture 17, opposé au premier côté.
La cellule de capture 17 est raccordée hydrauliquement, du deuxième côté, à des réservoirs de produit de recharge 29, 29', un réservoir de produit de relargage30 et à un réservoir de produit de rinçage 31, Elle est raccordée hydrataliquement, du premier côté, à des circuits retour de produit de recharge 32, 32', un circuit retour de produit de relargage 33, et à un circuit retour de produit de rinçage 34.
Ainsi, les produits de recharge, relargage et rinçage circulent, dans la cellule de capture 17, dans le sens opposé à la solution à traiter.
[0079] Dans l'exemple ci-dessus, l'étape de séparation doit être arrêtée pendant la régé- nération du dispositif de capture 3.
En variante, on peut prévoir, comme représenté sur-la figure 5, que le dispositif de capture 3 comprend plusieurs unités de capture 16 conçues chacune comme le dispositif de capture 3 décrit ci-dessus, et pouvant âtre raccordées alternativement avec le circuit principal et avec le circuit de régénération.
Ainsi, il est possible d'utiliser une unité de capture 16 pour la capture du Magnésium de la solution entrante et, en parallèle, de régénérer une autre unité de capture 16.
Puis, au bout d'un certain temps, les rôles sont échangés.
Le procédé est mis en oeuvre de manière cyclique répétée.
De cette manière, le procédé est rendu continu, et permet de recevoir en entrée un débit continu de solution à traiter el de produire une solution finale également en débit continu.
Le système est contrôlé par le contrôleur 15.
Le nombre total d'unités, et le séquençage de mise en oeuvre, dépendra du temps nécessaire à la mise en oeuvre de chacune des étapes de production, de rinçage, de relargage, de recharge, de purge, de commande des vannes, ou de toute autre 10 cessaire et du volume/débit de production attendu.
[0080] La figure 8 décrit une variante de réalisation avec six cellules, Ainsi, par rapport à la figure 9, les cellules de capture 17 comprennent des lignes additionnelles, permettant de raccorder hydrauliquement alternativement le côté entrée d'une cellule de capture 17 soit directement avec l'entrée 2, soit avec une cellule de capture amont.
Par rapport à la figure 9, les cellules do capture 17 comprennent également des lignes addi-- tionnelles, permettant de raccorder hydrauliquement alternativement le côté sortie d'une cellule de capture 17 soit directement avec la sortie. 4, soit avec une cellule de capture aval.
[0081] Au cours du temps, le produit microfihre se charge en Magnésium.
Avec une concentration croissante en magnésium capté, la capacité d'absorption de magnésium par le produit microfibre diminue, Ainsi, on peut être tenté de placer plus tôt le produit microfihre en mode de régénération pour éliminer une concentration maximale de Magnésium.
Toutefois, dans ce cas, on alterne rapidement les phases de capture et les phases de régénération, ce qui nuit à l'efficacité d'ensemble du système.
Le contrôleur 15 est programmé pour fonctionner en un point de fonctionnement optimal pour chaque site et ajustable.
[00821 Une variante de réalisation est représentée sur la figure 6.
La figure 6 représente une unité de capture 16 en phase de capture.
L'unité de capture 16 comprend une pluralité de cellules de capture 17,, 17,, 17%, 174.
Les cellules de capture peuvent être désignées par la référence générique 17.
On décrit pour l'exemple quatre cellules de capture, mais le nombre pourrait être différent, typiquement entre deux et dix, voire plus.
Chaque cellule de capture est conçue comme le dispositif de capture 3 décrit ci-dessus, si ce n'est que les cellules de capture sont reliées entre elles en série.
Selon un cas particulier, le long du parcours de la solution depuis l'entrée 2 jusqu'à la sottie 4, les cellules de capture ont une saturation décroissante en Magnésium.
C'est-à-dire que la cellule de capture 17; raccordée à l'entrée est plus saturée en Magnésium que la suivante, et ainsi de suite, jusqu'à la sortie.
[00831 Dans ce mode de réalisation, lorsque la cellule de capture 171 est saturée en Magnésium au-delà d'un seuil de saturation prédéterminé, elle n'est plus utilisée pour la mise en oeuvre de l' le de capture 16.
L'entrée 2 est alors raccordée à la cellule de capture restante la plus saturée en Magnésium à savoir, a priori, la cellule de capture 172, Le cas échéant, simultanément ou ultérieurement, une cellule de capture 175 issue de l'étape de régénération, peu saturée en magnésium, est connectée en aval de la cellule de capture 174 en amont de la sortie 4, comme visible sur la figure 7.
La cellule de capture 17, subit le procédé de régénération.
L'étape de capture est alors mise en oeuvre avec les cellules de capture 172, 173, 174, 175.
L'ensemble des étapes ci-dessus peut être obtenue par une commande adaptée des vannes par le contrôleur 15, sans 11 aucun déplacement des cellules de capture ou des conduites.
Cette mise en oeuvre permet d'augmenter la productivité d'ensemble du procédé. [0084; La figure 9 représente schématiquement un exemple de cellule de capture 17 selon un mode de réalisation.
La cellule de. capture 17 comprend une enceinte 18 rigide.
Le produit microfibre 21 est disposé à l'intérieur de l'enceinte 18.
Selon un exemple de réalisation, la cellule de capture 17 comprend un système mécanique de maintien (non représenté) maintenant le produit microfibre 21 en place malgré l'écoulement fluide à travers la cellule de capture 17.
Comme représenté sur la figure 9, on prévoit un écoulement de la solution à traiter dans un sons à travers la cellule de capture 17, et un écoulement des autres fluides dans le sens opposé.
La cellule de capture 17 est raccordée hydrauliquement, par l'intermédiaire de vannes dédiées, à l'entrée 2 et à la sortie 4 en solution à traiter, à deux réservoirs de produit de recharge 29, 29', à un réservoir de produit de relargage 30, et à un réservoir de produit de rinçage 31.
Elle est également raccordée hydrauliquement à des retours de produit de recharge 32, 32', de produit de miargage 33, et de produit de rinçage 34 en aval de la cellule de capture 17.
[0085] Selon un exemple de. réalisation, comme représenté sur la figure 12, des produits bi- dimensionnels 22 sont empilés avec interposition do dispositifs de maintien 35 maintenant mécaniquement en place les produits bidimensionnels tout en permettant un écoulement fluide des solutions à travers la cellule.
Les dispositifs de maintien 35 comprennent par exemple des entretoises souples perforés en tout matériau approprié.
L'assemblage est mis en forme, par exemple par découpe pliage, et enroulage autour d'une âme centrale 36 et fixé dans l'enceinte 18.
D'autres réalisations sont envisageables.
[00861 La figure 8 représente ainsi la mise en oeuvre de six cellules, chacune telles que décrites ci-dessus en relation avec la figure 9, de manière à mettre en oeuvre les différentes étapes des phases décrites ci-dessus.
Paimi celles-ci, la vanne d'entrée de solution de certaines cellules est raccordée à l'entrée 2 par l'intermédiaire de la sortie d'une cellule amont.
Parmi celles-ci, la vanne de sortie de solution de certaines cellules est raccordée à la sortie 4 par l'intermédiaire de l'entrée d'une cellule aval, 10087] La figure 1.3 présente un deuxième mode de réalisation d'une installation, Selon cet exemple de réalisation, l'installation comprend plusieurs stations dédiées chacune à une tâche particulière, et séparées les unes des autres dans l'espace.
Dans cet exemple, chaque station comprend un bassin dans lequel est contenue une solution.
Une unité de capture 16 est transportée par un dispositif de transport 26 de station en station, pour le besoin du procédé.
L'unité de capture est immergée dans la solution au niveau de la station.
On peut ainsi prévoir un nombre restreint de vannes pour commander le procédé.
En effet, par exemple, il suffit d'équiper chaque station d'une seule vanne d'entrée et d'une seule vanne de sortie, l'unité de capture 16 comprenant un nombre quelconque de cellules de capture reliées entre elles de manier fixe, en série et/ou en parallèle.
De plus, selon la concentration en magnésium dans la solution présente dans le bassin, la chronologie des déplacements des unités de capture 16 peut changer.
[00881 Selon l'exemple simplifié représenté, l'installation comprend une station de traitement 271, une station de rinçage 272, une station de. relxrgace 273, et une station de recharge 274, et l'unité 16 est déplacée de station en station selon les besoins du procédé.
Si le procédé met en oeuvre la mise en série de plusieurs cellules lors de l'étape de traitement, comme expliqué ci-dessus en relation avec les figures 6 et 7, alors l'installation peut comprendre plusieurs stations correspondant chacune, à un moment donné, à un niveau de concentration en Magnésium différent, Au cours du temps, dans une même station, la concentration en magnésium de la solution contenue dans le bassin va baisser.
A un certain stade, un bassin va etre vidé, puis empli par une solution très chargée en magnésium.
La séquence de déplacement des unités 16 de bassin en bassin va alors âtre modifiée, pour suivre la règle qu'une unité doit être plongée successivement dans des bassins présentant une concentration en magnésium croissante au cours du temps.
[00891 Comme représenté sur la figure 1, la solution issue du procédé décrit ci-dessus est soumise à un traitement ultérieur, par une unité de traitement ultérieur 28, conduisant à la production de carbonate de lithium Li2CO3.
Ce traitement peut par exemple inclure un ajout d'oxyde calcium pour faire précipiter la magnésie, et inclure différentes étapes successives de sédimentation, filtration et précipitation, ainsi qu'une ultime étape de séchage puis de refroidissement.
Comme discuté ci-dessus, les liquides récupérés peuvent être ré -intégrés en entrée de l'installation de séparation I.
Le procédé de séparation peut être mis en oeuvre sur place à l'issue du procédé d'évaporation dans les bassins d'évaporation.
A l'issue, la solution riche en Lithium est conduite à une raffinerie pour la mise en oeuvre des étapes ultérieures.
En variante, le procédé de séparation est mis en oeuvre à proximité de la raffinerie.
La solution d'entrée est conduite depuis les bassins d'évaporation vers la raffinerie, où elle est traitée en mettant en oeuvre le présent procédé en premier.
Exemples [00901 lin lest a été mis en oeuvre en laboratoire avec une unité de capture comprenant cellules de capture branchées en série comme décrit ci-dessus en relation avec la figure 6, l'unité de capture menant enoeuvre le principe de recirculation expliqué en relation avec la figure 3.
Chaque cellule de capture, de contenance 8 ml, contient 1,5 g de produit microfibre.
[00911 La solution d'entrée est une solution provenant d'un bassin d'évaporation d'un sala r sud américain, et présentant la composition suivante 13
[0092] Li : 1,69 % [00931 Mg 5,87 % [0094; Rapport Li/Mg 0,29 [00951 Le produit microfibre comprend des fibres METALICAPT(RLMED obtenues en vrac de la société AsEus, placées dans une enceinte formant la cellule.
La concentration en Magnésium, dans la solution initiale, comme dans des échantillons de la solution de sortie, est mesurée à partir d'un spectrophotomètre multiparamètres 0200 Hanna Instrument, [ )096] Pour un échantillon d'entrée présentant une concentration en magnésium proche de 100.000 mg/1, et une dilution par 40 par rccireulation, la teneur résultante en magnésium dans la solution de sortie, avant saturation, est sensiblement constante et inférieure à 50 ingd.
[0097] Le procédé de traitement qui vient d'être décrit dans une applcaton de séparation Mg/Li dans une saumure en provenance d'un salar peut alternativement être mis en oeuvre pour toute saumure dont on veut extraire un ion divalent tel que magnésium -D, calcium (Cap'-), strontium (Sr2+), baryum E13a2'), etc. [ )098] Le procédé qui vient d'être décrit peut également être mis en oeuvre pour la sé- paration du Baryum ou du Strontium. [0099; Typiquement, dans un exemple d'application, la vitesse d'écoulement à travers l'installation est de l'ordre de 1 à 100 tn7m2/h, où les mètres cubes désignent le volume de solution passant à travers l'installation, les mètres carrés la section efficace équivalente du dispositif de capture orthogonalement à la direction d'écoulement, et le temps est exprimé en heures, [01(H)] Le procédé de capture qui vient d'être décrit est situé avant que le lithium ne commence à beaucoup précipiter dans les bassins d'évaporation.
En variante, le procédé de capture peut être situé a tout autre endroit par rapport aux bassins évaporation.
Liste des documents cités
[0101] Installation de séparation I [01021 Entrée 2 dispositif de capture 3 sortie 4 système de circulation 5 [01031 dispositif de re-circulation 6 [01041 système de régénération 7 [01051 vanne d'entrée 8 [01061 vanne de sortie 9
[0107] produit de relargage 10
[0108] produit de recharge 11
[0109] dispositif de circulation de mgénération 12
[0110] pompes 13
[0111] vannes 14
[0112] contrôleur 15
[0113] unité de capture 16
[0114] cellule de capture 17
[0115] enceinte 18
[0116] produit microfibre 21 produit bidimensionnel 22 source de produit de rinçage 23 fibre 24 cation 25
[0117] dispositif de transport 26 station de traitement 27, 8] station de rinçage 272 station de relargage 27,
[0119] station de recharge 274
[0120] unité de traitement ultérieur 28
[0121] réservoirs de produit de recharge 29, 29'
[0122] réservoir de produit de relargage 30
[0123] réservoir de produit de rinçage 31
[0124] retour de produit de recharge 32,
[0125] retour de produit de relargage 33
[0126] retour de produit de rinçage 34
[0127] dispositifs de maintien 35
[0128] âme centrale 36 [Revendication 1] [Revendication 2) dication 3] [Revendicatio [Revendication 5] [Revendication 6]

Claims (1)

  1. [0128] âme centrale 36
    Revendications [Revendication 1] Installation de séparation d’au moins une espèce cationique multivalente à partir d’une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium, ladite installation de séparation (1) comprenant : - au moins un dispositif de capture (3) comprenant une entrée (2) et une sortie (4), le dispositif de capture (3) comprenant, entre l’entrée (2) et la sortie (4), un produit microfibre (12) présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu’aux cations monovalents, - un système de circulation (5) adapté pour faire circuler la solution de l’entrée (2) vers la sortie (4) en contact avec le produit microfibre (21), ledit produit microfibre (21) captant ladite espèce cationique mul- il [Revendication 2] I JL v iliL/jLllv. Installation de séparation selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif de recirculation (6) adapté pour faire circuler une partie de la solution de la sortie (4) vers l’entrée (2) sans passer par le produit microfibre (21). [ Revendication 3] Installation de séparation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le dispositif de capture (3) comprend une pluralité de cellules de capture (17) individuelles raccordées en série, les cellules de capture (17) individuelles raccordées en série comprenant des taux de saturation différents en ladite espère ionique, et notamment dans laquelle les taux de saturation sont décroissants de l’amont vers l’aval. [Revendication 4] Installation de séparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le produit microfibre (21) comprend du Lithium, et dans laquelle le produit microfibre (21) capte ladite au moins une espèce cationique multivalente en libérant du lithium. [Re vendication 5 ] Installation de séparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un système de régénération (7) comprenant un dispositif de circulation de régénération (12) adapté pour faire circuler un produit de relargage (10) en contact avec le produit microfibre (21), ledit produit microfibre (21) libérant alors ladite espèce cationique. [Revendication 6] Installation de séparation selon la revendication 5, dans laquelle le dispositif de circulation de régénération (12) est adapté pour faire circuler en contact avec le produit microfibre (21) un produit de recharge (11) comprenant du lithium, ledit produit microfibre (21) se chargeant alors en lithium.
    [ Revendication 7] Installation de séparation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant des vannes (14) adaptées pour autoriser ou interdire la circulation de la solution dans différents circuits, des pompes (13) pour générer une circulation, et un contrôleur (15) programmé pour commander les vannes (14). [Revendication 8] Cellule de capture d’au moins une espèce ionique à partir d’une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium destinée à équiper une installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ladite cellule de capture (17) comprenant : - une entrée, - une sortie, - entre l’entrée et la sortie, un produit microfibre (21) présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu’aux cations monovalents. [Revendication 9] Unité de capture d’au moins une espèce ionique à partir d’une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium, ladite unité de capture (16) comprenant une pluralité de cellules de capture (17) selon la revendication 8, un système de circulation (5) adapté pour raccorder hydrauliquement entre elles lesdites cellules de capture (17), le dispositif de circulation (5) comprenant des vannes (14) et des pompes (13) adaptées pour être commandées depuis un contrôleur (15). [Revendication 10] Procédé de séparation d’au moins une espèce cationique multivalente à partir d’une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium, ledit procédé de séparation comprenant : on fournit au moins un dispositif de capture (3) comprenant une entrée (2) et une sortie (4), le dispositif de capture (3) comprenant, entre l’entrée (2) et la sortie (4), un produit microfibre (21) présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu’aux cations monovalents, - avec un système de circulation (5), on fait circuler la solution de l’entrée (2) vers la sortie (4) en contact avec le produit microfibre (21), ledit produit microfibre (21 ) captant ladite espèce cationique multivalente. [Revendication 11] Procédé de régénération d’un produit microfibre (21) utilisé pour la séparation d’au moins une espèce cationique multivalente à partir d’une solution comprenant au moins ladite espèce ionique et du Lithium, dans lequel : - un dispositif de circulation de régénération (12) fait circuler un produit de relargage (10) en contact avec le produit microfibre (21), ledit
    produit microfibre (21) libérant alors ladite espèce cationique multivalente, - le dispositif de circulation de régénération (12) fait circuler un produit de recharge (11) comprenant du lithium en contact avec le produit microfibre (21), ledit produit microfibre (21) se chargeant alors en lithium. [Revendication 12] Procédé de traitement d’une solution comprenant une espèce cationique multivalente et du Lithium, ledit procédé comprenant successivement de manière cyclique le procédé de capture de ladite espèce cationique multivalente selon la revendication 10 et le procédé de régénération de la revendication 11. [Revendication 13] Utilisation d’un produit microfibre (21) présentant une affinité supérieure aux cations multivalents qu’aux cations monovalents pour la capture d’une espèce cationique multivalente d’une solution comprenant au moins ladite espèce cationique multivalente et du Lithium.
    1/5
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