Une équipe de chercheurs, dont James Tour de Rice University et Shichen Xu, a développé une méthode ultra-rapide et en une étape pour récupérer des éléments de terres rares (REE) à partir d’aimants jetés en utilisant une approche innovante qui offre des avantages environnementaux et économiques importants par rapport aux méthodes de recyclage traditionnelles. Leur étude a été publiée dans les actes de l’Académie nationale des sciences le 29 septembre.

Le recyclage des terres rares conventionnelles est lourde de l’énergie et crée des déchets toxiques. La méthode de l’équipe de recherche utilise Flash Joule Heating (FJH), qui augmente rapidement les températures des matériaux à des milliers de degrés en quelques millisecondes, et le chlore gazeux pour extraire les rees des déchets d’aimant en quelques secondes sans avoir besoin d’eau ou d’acides. La percée soutient les efforts américains pour stimuler les approvisionnements minéraux intérieurs.

«Nous avons démontré que nous pouvons récupérer des éléments de terres rares des déchets électroniques en quelques secondes avec un minimum de l’empreinte environnementale», a déclaré Tour, professeur de chimie TT et WF Chao, professeur de science des matériaux et de nano-ingénieurs et d’auteur correspondant à l’étude. «C’est le genre de saut en avant, nous avons besoin pour sécuriser une chaîne d’approvisionnement résiliente et circulaire.»

Hypothèse enracinée dans la sélectivité thermodynamique

Les chercheurs ont proposé que le FJH combiné avec du chlore gazeux puisse profiter des différences dans l’énergie libre de Gibbs, une mesure de la réactivité d’un matériau et des points d’ébullition variables pour éliminer sélectivement les éléments non remises des déchets d’aimant.

En présence de chlore gazeux, des éléments tels que le fer ou le cobalt chlorineraient et se vaporiseraient d’abord, laissant les oxydes Ree derrière. L’équipe de recherche a testé ce processus sur le boron de fer néodymique et les déchets magnétiques de Samarium Cobalt en utilisant un FJH ultra-rapide sous une atmosphère de chlore. En contrôlant avec précision les températures et en chauffant les matériaux en quelques secondes, les éléments non remises ont été convertis en chlorures volatils, qui se séparaient ensuite des REE solides.

Les scientifiques ont observé que les éléments terrestres non racinaires ont été retirés presque instantanément, permettant la récupération d’un résidu de terre rare plus pur.

« L’avantage thermodynamique a rendu le processus à la fois efficace et propre », a déclaré Xu, le premier auteur de l’étude et un associé postdoctoral chez Rice. « Cette méthode fonctionne non seulement dans de minuscules fractions du temps par rapport aux itinéraires traditionnels, mais il évite également toute utilisation de l’eau ou de l’acide, ce qui n’était pas jugé possible jusqu’à présent. »

En plus des expériences de laboratoire, les chercheurs ont effectué une évaluation complète du cycle de vie (LCA) et une analyse techno-économique (TEA) pour comparer leur processus. Ils ont atteint plus de 90% de pureté et de rendement pour la récupération de REE en une seule étape. La LCA et le thé ont révélé une réduction de 87% de la consommation d’énergie, une diminution de 84% des émissions de gaz à effet de serre et une réduction de 54% des coûts d’exploitation par rapport à l’hydrométallurgie.

Le processus élimine entièrement le besoin d’eau et d’acide, selon l’étude.

Vers une économie rare évolutive et circulaire

La nouvelle méthode permet de construire de petites ou grandes unités de recyclage faciles à utiliser qui peuvent être placées près de l’endroit où les déchets électroniques sont collectés. Ces systèmes locaux peuvent traiter les aimants d’occasion rapidement et proprement, réduisant les coûts d’expédition et aidant l’environnement.

« Les résultats montrent que c’est plus qu’un exercice académique – c’est une voie industrielle viable », a déclaré Tour.

Cette propriété intellectuelle de riz a été autorisée à Flash Metals USA, une start-up du Texas ‘Chambers County qui sera en mode de production au premier trimestre de 2026 pour capitaliser sur ce processus.

Les co-auteurs de l’étude comprennent Justin Sharp de Rice, Bing Deng, Qiming Liu, Lucas Eddy, Weiqiang Chen, Jaeho Shin, Shihui Chen, Haoxin Ye, Khalil Jebailey, Bowen Li, Tengda Si et Kai Gong.

Cette recherche a été soutenue par la Defense Advanced Research Projects Agency, le Bureau de la recherche scientifique de l’Air Force et le US Army Corps of Engineers.