La valorisation de terres rares des flux primaire ou secondaires de l’industrie minière présente un intérêt économique, et stratégique pour la souveraineté industrielle face aux enjeux de la transition énergétique. La dissolution de minéraux phosphatés et sulfatés conduit à la production d'effluents acides riches en ions métalliques qu'il convient ensuite de séparer sélectivement afin de les valoriser. A cette fin, le Laboratoire des procédés de Recyclage et de Valorisation pour l'Energie (LRVE) s’intéresse au développement de systèmes extractants permettant la séparation des terres rares entre elles en fonction de leur poids atomique.
Dans ce contexte, ce sujet de thèse propose d’évaluer l’applicabilité de molécules extractantes en milieu acide sulfurique et phosphorique. Celles-ci pourront être des acides phosphoriques/phosphoniques/phosphiniques ou des molécules solvatantes tels que les motifs de type diglycolamide. Les objectifs principaux seront tout d’abord de comprendre les mécanismes de coordination impliqués lors des étapes d’extraction pour la séparation des terres rares en lots (e.g. les légères et les lourdes) et d’évaluer l’impact de la présence et de la nature des contre ions. Ceci sera rendu possible par la réalisation d’essais dynamiques de sorption/désorption par un procédé d’extraction liquide-liquide, et l’évaluation de paramètres tels que la capacité, de la sélectivité et des facteurs de séparation (ICP-AES, ICP-MS) de molécules commerciales ou fabriquées à façon (RMN, IR, LC-UV, GC). Ensuite, l’étape de désextraction idéalement sélective sera étudiée afin de s’assurer de la réversibilité de l’étape d’extraction et préparer les briques technologiques non traitées dans le cadre de ce sujet (conversion, capture sur résine, etc). Ces résultats permettront d’évaluer la capacité des molécules extractantes à séparer les terres rares en plusieurs lots, dans des milieux complexants.
Ce sujet sera réalisé sur le site du CEA Marcoule et s’adresse à des étudiants en Master 2 ou 3éme année d’école d’ingénieur dans le domaine de la chimie organique ou de la chimie séparative avec une appétence pour la synthèse organique, l’analyse et de développement de procédés de séparation. La rigueur, l’esprit analytique ainsi que des capacités rédactionnelles scientifiques sont attendues. Ce sujet permettra d’acquérir des compétences en chimie de synthèse et chimie séparative dans le cadre d’une thématique à impact stratégique important.