FR3015460A1 - Procede de preparation d'un materiau adsorbant mis en forme par precipitation de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et procede d'extraction de lithium utilisant ledit materiau - Google Patents

Abstract

On décrit un nouveau procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2Al(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, comprenant au moins les étapes suivantes a) une étape de précipitation, en milieu aqueux, de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et d'au moins une source de lithium pour obtenir une suspension, b) une étape de filtration de la suspension obtenue à l'étape a) pour obtenir une pâte, ladite étape de filtration n'étant pas suivie d'une étape de lavage de la pâte obtenue, c) une étape de séchage de la pâte obtenue à l'issue de l'étape b), d) une étape de mise en forme par extrusion de ladite pâte séchée pour obtenir des extrudés, et e) le séchage des extrudés obtenus à une température comprise entre 20 et 200°C pendant une durée comprise entre 1 heure et 20 heures, pour obtenir ledit matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés. L'invention concerne également un procédé d'extraction du lithium à partir de solutions salines utilisant le matériau ainsi obtenu. L'invention se rapporte à un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2Al(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10 mis en forme. L'invention se rapporte également à un dispositif mettant en œuvre le procédé d'extraction de lithium.

Description

PROCEDE DE PREPARATION D'UN MATERIAU ADSORBANT MIS EN FORME PAR PRECIPITATION DE NITRATE D'ALUMINIUM ET D'ALUMINATE DE SODIUM ET PROCEDE D'EXTRACTION DE LITHIUM UTILISANT LEDIT MATERIAU Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine des matériaux solides pour l'adsorption du lithium. En particulier, la présente invention se rapporte à un nouveau procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de deux sources spécifiques d'alumine et en particulier de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium, et à un procédé d'extraction du lithium à partir de solutions salines utilisant ledit matériau solide cristallisé préparé selon le nouveau procédé de préparation selon l'invention. L'invention se rapporte à un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10 mis en forme. L'invention se rapporte également à un dispositif mettant en oeuvre le procédé d'extraction de lithium. Art antérieur Les ions lithium coexistent avec des quantités massives de métaux tels que par exemple les alcalins, les alcalino-terreux, le bore et les sulfates, en particulier dans des solutions salines telles que les saumures. Ainsi, ils doivent faire l'objet d'une extraction économique et sélective à partir de ces solutions salines. En effet, les propriétés chimiques du lithium et des métaux alcalins, de préférence le sodium (Na), et le potassium (K) et des alcalino- terreux, de préférence le magnésium (Mg), le calcium (Ca) et le strontium (Sr), rendent difficile la séparation de ces éléments. Les matériaux solides de formule LiC1.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10 sont connus pour leur utilisation dans les phénomènes d'adsorption/désorption des ions lithium et en particulier dans les procédés d'extraction du lithium à partir de solutions salines. Ces structures peu stables permettraient l'intercalation d'atomes de Lithium dans la structure et ainsi l'extraction du lithium.

Plusieurs protocoles opératoires conduisant à des solides susceptibles d'adsorber sélectivement le lithium ont été mis en évidence dans l'art antérieur. Dans tous les cas, un solide trihydroxyde d'aluminium Al(OH)3, préparé ou commercial, est mis en contact avec un précurseur de lithium. Trois principaux précurseurs sont utilisés : le plus utilisé est le chlorure de lithium (LiCI). Un hydroxyde d'aluminium (LiOH) ou un carbonate de lithium (Li2CO3) peuvent également être mis en oeuvre.

Le brevet US 6 280 693 décrit un procédé de préparation d'un solide LiCl/A1(OH)3 par ajout d'une solution aqueuse de LiOH a une alumine hydratée polycristalline pour former du LiOH/AI(OH)3, et ainsi créer des sites de lithium actifs dans les couches cristallines de l'alumine sans en altérer la structure. La transformation de LiOH/AI(OH)3 en LiCl/A1(OH)3 est ensuite réalisée par ajout d'acide chlorhydrique dilué. Les pastilles d'alumine ainsi préparées sont ensuite utilisées dans un procédé d'extraction du lithium à partir de saumures à haute température. Le procédé d'extraction du lithium décrit dans le brevet US 6 280 693 utilise le solide détaillé ci-dessus et comprend les étapes ci-après : a) Saturation d'un lit de solide par une saumure contenant un sel de lithium LiX, X étant choisi parmi les halogénures, les nitrates, les sulfates et les bicarbonates, b) Déplacement de la saumure imprégnée par une solution concentrée NaX, c) Élution du sel LiX capté par le solide par passage d'une solution non saturée de LiX, d) Déplacement de l'imprégnant par une solution concentrée de NaX, les étapes a) à d) sont ensuite répétées au moins une fois. Le brevet RU 2 234 367 décrit un procédé de préparation d'un solide de formule LiC1.2A1(OH)3,nH20 comprenant une étape de mélange de trichlorure d'aluminium (AIC13) et de carbonate de lithium (Li2CO3) en présence d'eau à 40°C. Le résidu obtenu est filtré et lavé puis séché pendant 4 heures à 60°C. Le solide ainsi obtenu n'est pas mis en forme. Le solide obtenu est utilisé pour l'extraction du lithium contenu dans des solutions salines par mise en contact avec de l'eau afin d'éliminer une partie du lithium puis par mise en contact avec une solution saline contenant du lithium. La capacité statique ainsi obtenue est comprise entre 6,0 et 8,0 mg de lithium par g de solide. Le brevet CN1243112 décrit un procédé de préparation d'un solide de formule LiC1.2A1(OH)3,nH20 comprenant une étape de précipitation de microcristaux d'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 par mise en contact d'AICI3 et d'hydroxyde de sodium NaOH, puis la mise en contact desdits microcristaux avec une solution à 6% de chlorure de lithium LiCI à 80°C pendant 2 heures suivie d'une filtration, d'un rinçage et d'un séchage pour obtenir une poudre de LiC1.2A1(OH)3,nH20 doté d'une structure non ordonnée et amorphe. Une solution d'un polymère macromoléculaire choisie parmi les résines fluorées, le chlorure de polyvinyle (PVC), le chlorure de polyvinyle chloré (CPVC), le perchlorate d'éthylène et l'acétate-butyrates de cellulose (CAB) faisant office de liant est ensuite mélangée à la poudre de LiC1.2A1(OH)3,nH20 pour obtenir une pâte qui est ensuite mise en forme par granulation suivie d'un séchage à l'air. L'utilisation d'un tel solide dans un procédé d'extraction du lithium des saumures de lacs salés permet d'obtenir un faible rapport Mg/Li et une liqueur mère riche en lithium et conforme aux normes de production de carbonates ou de chlorures de lithium. La publication V.P. lsupov (Journal of structural chemistry Vol 40 n°5 1999 - Intercalation compounds of aluminium hydroxyde p672-685) décrit les matériau LiNO3.2A1(OH)3,nH2O et Li2S044A1(OH)3 qui sont caractérisés par leur diagramme de diffraction des rayons X.

Lesdit matériaux sont obtenus sous forme de poudre et préparés par intercalation, respectivement, de nitrate de lithium et de sulfate de lithium dans un aluminium trihydroxyde. Un objectif de la présente invention est de fournir un matériau solide permettant l'extraction sélective de lithium à partir de saumure, ledit matériau solide étant de bonne qualité, et présentant une bonne cohésion, sans défauts apparents. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un nouveau procédé de préparation d'un tel matériau te-4solide.

Un autre objectif de la présente invention est également de fournir un procédé d'extraction du lithium de solutions salines utilisant ledit matériau. Résumé et intérêt de l'invention Les demandeurs ont découvert un nouveau matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme, présentant de bonne qualité pour les objectifs recherchés. Les demandeurs ont découvert qu'un procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de deux sources spécifiques d'alumine et en particulier de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium, et dans lequel le solide est mis en forme, permet d'obtenir ledit matériau solide cristallisé présentant de bonnes propriétés pour l'adsorption du lithium. Les matériaux solides cristallisés mis en forme sont de bonne qualité, et présentent une bonne cohésion, sans défauts apparents.

On entend de préférence par « matériau de formule formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O» un matériau comprenant essentiellement ou consistant d'une phase cristallisée de formule formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O, éventuellement en présence de liant(s). La présente invention a pour objet le procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) une étape de précipitation, en milieu aqueux, de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et d'au moins une source de lithium pour obtenir une suspension, ladite étape de précipitation opérant à une température comprise entre 20 et 90°C et à un pH compris entre 4 et 10, b) une étape de filtration de la suspension obtenue à l'étape a) pour obtenir une pâte, ladite étape de filtration n'étant pas suivie d'une étape de lavage de la pâte obtenue, c) une étape de séchage de la pâte obtenue à l'issue de l'étape b), d) une étape de mise en forme par extrusion de ladite pâte séchée pour obtenir des extrudés, e) le séchage des extrudés obtenus à l'issue de l'étape d) à une température comprise entre 20 et 200°C pendant une durée comprise entre 1 et 20 heures, pour obtenir ledit matériau.

Un avantage du procédé de préparation selon l'invention est de fournir un procédé de préparation en une seule étape donc un procédé moins couteux dudit matériau solide cristallisé sous forme de poudre à partir d'une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de deux sources spécifiques d'alumine et en particulier de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium.

Un autre avantage de la présente invention est également de fournir un nouveau procédé de préparation dudit matériau solide cristallisé permettant d'obtenir ledit matériau solide mis en forme, et avantageusement sous forme d'extrudés, de bonne qualité,sans défauts apparents, et présentant une bonne cohésion.

La présente invention a donc également pour objet un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme. Ce matériau solide mise en forme est susceptible être obtenu selon le procédé de l'invention. Par « mis en forme », on entend que le matériau est solide et présente une cohésion suffisante lorsque que le solide est mis au contact d'une solution de saumure pour qu'il ne perde sensiblement pas son intégrité physique, c'est-à-dire qu'il conserve sensiblement sa mise en forme. Plus précisément, un solide mis en forme au sens de l'invention couvre de préférence un solide conservant sensiblement sa mise en forme dans les conditions d'extraction de lithium définies dans les exemples. En particulier, les termes « mis en forme » couvrent un matériau obtenu par granulation (appelé granulé), et de préférence par extrusion (appelé extrudé). Un autre avantage de la présente invention est également de permettre l'obtention d'un matériau solide cristallisé mis en forme, et avantageusement sous forme d'extrudés présentant pas ou peu de fissures qui pourraient provoquer un gonflement néfaste à la cohésion et à la tenue du matériau lorsque celui est mis au contact d'une solution saumure. La présente invention a également pour objet un procédé d'extraction du lithium de solutions salines utilisant ledit matériau solide cristallisé. Un avantage du procédé d'extraction selon l'invention est de permettre l'extraction sélective du lithium à partir d'une solution saline et d'obtenir ainsi un facteur de décontamination élevé par rapport à la solution saline initiale, calculé comme étant le rapport X/Li qui est égal au rapport molaire de concentrations X/Li dans la solution saline initiale divisé par le rapport molaire de concentrations X/Li dans la solution finale, X étant choisi parmi le sodium (Na), le potassium (K), le magnésium (Mg), le calcium (Ca), le bore (B), le soufre (S) et le strontium (Sr).

La présente invention a également pour objet un dispositif d'extraction de lithium de solution(s) saline(s). Le dispositif selon l'invention met ainsi en oeuvre le procédé extraction selon l'invention.

Description de l'invention La présente invention a pour objet le procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, de préférence entre 0,1 et 5 et de manière préférée entre 0,1 et 1, Conformément à l'invention, au moins une source de lithium et de deux sources spécifiques d'alumine, le nitrate d'aluminium et l'aluminate de sodium sont mélangées en milieu aqueux pour obtenir une suspension dans l'étape a), ladite étape de précipitation opérant à une température comprise entre 20 et 90°C et à un pH compris entre 4 et 10.

Ladite étape a) est réalisée selon un mode de synthèse appelé "one pot" selon la terminologie anglo-saxonne. Elle est caractérisée par la coprécipitation de précurseurs d'alumine et d'au moins une source de lithium, sous agitation, avec un contrôle permanent de la température et du pH par le biais d'une électrode pHmétrique. Le pH de ladite étape a) est maintenu dans la gamme revendiqué par les débits des différents précurseurs d'alumine ajoutés. La ou les source(s) de lithium peu(ven)t être tout composé comprenant l'élément lithium et pouvant libérer cet élément en solution aqueuse sous forme réactive. De préférence, la ou les source(s) de lithium est (sont) choisie(s) parmi les sels de lithium et de manière préférée parmi le chlorure de lithium (LiCI), l'hydroxyde de lithium (LiOH), le nitrate de lithium, (LiNO3), le sulfate de lithium (Li2SO4) et le carbonate de lithium (Li2CO3), pris seuls ou en mélange. De manière très préférée, la source de lithium est le nitrate de lithium (LiNO3).

De préférence, le nitrate d'aluminium, l'aluminate de sodium et au moins une source de lithium sont mélangées en présence d'eau pour obtenir une suspension dans l'étape a). De préférence, ladite étape a) de précipitation a lieu sous agitation vigoureuse. De préférence, ladite étape a) de précipitation opère à une température comprise entre 30 et 90°C, de manière préférée entre 50 et 70°C et à un pH compris entre 4 et 9 et de manière préférée entre 5 et 9. De préférence, ladite étape a) de précipitation opère pendant une durée comprise entre 5 minutes et 10 heures, de préférence entre 15 minutes et 5 heures, de manière préférée entre 30 minutes et 3 heures et de manière plus préférée entre 30 minutes et 2 heures.35 Conformément à l'invention, la suspension obtenue à l'issue de l'étape a) subit une étape b) de filtration pour obtenir une pâte, ladite étape de filtration n'étant pas suivie d'une étape de lavage de la pâte obtenue. De préférence, la filtration est réalisée sur un filtre Büchner, par déplacement d'eau.

Conformément à l'invention, la pâte obtenue à l'issue de l'étape b) est séchée dans une étape c) de séchage. Dans premier un mode de réalisation, ladite étape b) de séchage est réalisée par atomisation. Les conditions de l'atomisation sont connues de l'homme du métier.

Dans un deuxième mode de réalisation, ladite étape de séchage b) est réalisée en étuve, à une température comprise entre 20 et 120°C, pendant une durée comprise entre 1h et 20 h, et de préférence à une température comprise entre 20 et 80°C et de manière très préférée entre 30 et 60°C, et pendant une durée comprise entre 1h et 15 h et de préférence entre 1 et 12h.

Les conditions opératoires de ladite étape c) de séchage réalisée en étuve permettent l'obtention d'une pâte séchée présentant une perte au feu (PAF) comprise entre 45 et 75% et de préférence entre 50 et 70%. La perte au feu obtenue permet l'extrusion de la pâte séchée dans de bonnes conditions et l'obtention d'extrudés sans défaut, c'est à dire sans fissure. De manière à déterminer la PAF avant l'étape de mise en forme, une partie de la pâte obtenue est prélevée et mise à l'étuve pendant 6 h à 120°C. La PAF est obtenue par différence entre la masse de l'échantillon avant et après passage à l'étuve. Conformément à l'invention, ladite pâte séchée obtenue à l'issue de l'étape c) de séchage subit, une étape d) de mise en forme par extrusion pour obtenir des extrudés. Selon un premier mode de réalisation, ladite étape d) de mise en forme peut avantageusement être mise en oeuvre directement après l'étape c) de séchage. On entend par mise en forme directe de la pâte séchée issue de l'étape c), une étape dans laquelle ladite pâte séchée ne subit pas d'étapes intermédiaires entre l'étape c) de séchage et son introduction dans l'extrudeuse et en particulier aucune étape de malaxage. De préférence, l'étape d) de mise en forme directe de la pâte séchée est mise en oeuvre dans le cas où aucun liant choisis parmi les liants inorganiques, tels que par exemples les liants hydrauliques ou les liants inorganiques susceptibles d'être générés dans les conditions de ladite étape d) par ajout de précurseurs de liants inorganiques, et les liants organiques, tels que par exemple les paraffines ou les polymères, n'est ajouté dans ladite étape d). Dans ce cas, ladite pâte séchée ne subit, de préférence, pas d'étape intermédiaire entre ladite étape c) de séchage et ladite étape d) de mise en forme par extrusion, et de manière préféré aucune étape de malaxage et de manière plus préférée aucune étape de malaxage acide/basique. Ainsi, de manière plus préférée, ladite étape d) de mise en forme selon le premier mode de réalisation est réalisée sans ajout d'acide ni de base à la pâte séchée introduite dans ladite étape d).

Ladite étape d) de mise en forme par extrusion directe est avantageusement réalisée de manière connue de l'Homme du métier. En particulier, la pâte séchée issue de l'étape c) de séchage passe avantageusement à travers une filière, à l'aide par exemple, d'un piston ou d'une extrudeuse continue double vis ou monovis. Le diamètre ou section de la filière de l'extrudeuse est avantageusement variable et est compris entre 0,1 et 5 mm, de préférence entre 0,2 et 3 mm et de manière préférée entre 0,5 et 2 mm. La forme de la filière, et par conséquent, la forme du matériau obtenu sous forme d'extrudé, est avantageusement cylindrique, par exemple de section circulaire, annulaire, trilobée, quadrilobée ou bien multilobée. Le matériau solide mis en forme selon l'invention peut ainsi présenter de telles caractéristiques. Notamment le matériau solide mis en forme présente un diamètre ou section sensiblement équivalent à celui de la filière de l'extrudeuse, et avantageusement compris entre 0,1 et 5 mm, de préférence entre 0,2 et 3 mm et de manière préférée entre 0,3 et 2 mm. Le diamètre ou section peut varier du fait d'une éventuelle rétraction du solide. Ainsi le matériau mis en forme selon la présente invention peut être filaire de longueur par exemple comprise entre 1 et 10 mm, et encore par exemple entre 2 et 6 mm. La forme cylindrique peut être creuse (tubulaire) ou pleine. Selon un deuxième mode de réalisation, ladite étape d) de mise en forme peut avantageusement être mise en oeuvre par malaxage - extrusion en présence d'au moins un liant choisi parmi les liants organiques et les liants inorganiques susceptibles d'être générés dans les conditions de ladite étape d) par ajout de précurseurs de liants inorganiques. On entend par étape de malaxage - extrusion, une étape dans laquelle la pâte séchée obtenue à l'issue de l'étape c) de séchage subit dans une première étape de malaxage, généralement en présence d'au moins un liant ou composé précurseur de liant, puis la pâte est ensuite soumise à une étape d'extrusion. Ladite étape d) de mise en forme par malaxage - extrusion est avantageusement réalisée de manière connue de l'Homme du métier.

De préférence, ladite pâte séchée obtenue à l'issue de l'étape c) de séchage, et au moins ledit liant ou précurseur de liant sont mélangés, de préférence en une seule fois, dans un malaxeur. Le malaxeur est avantageusement choisi parmi les malaxeurs batch, de préférence à bras à cames ou à bras en Z, ou bien à l'aide d'un malaxeur-mélangeur bivis. Les conditions de malaxage sont ajustées de manière connue de l'Homme du métier et visent à obtenir une pâte homogène et extrudable. Dans les procédés de malaxage - extrusion connus de l'homme du métier, l'extrudabilité de la pâte peut avantageusement être ajustée avec l'ajout de l'eau et/ou d'acide en solution, afin d'obtenir une pâte adaptée à la réalisation de l'étape b) de mise en forme par extrusion. Dans le cas où de l'acide est ajouté, une étape de neutralisation est généralement mise en oeuvre. Ces procédés sont appelés procédés de malaxage acide/basique extrusion. Dans la présente invention, l'étape de malaxage est réalisée sans ajout d'acide ou de base. Ainsi, aucune étape d'acidification ni de neutralisation de la pâte séchée n'est mise en oeuvre dans l'étape d) de mise en forme par malaxage - extrusion selon l'invention. La pâte passe ensuite avantageusement à travers une filière, à l'aide par exemple, d'un piston ou d'une extrudeuse continue double vis ou monovis. Le diamètre ou section de la filière de l'extrudeuse est avantageusement variable et est compris entre 0,1 et 5 mm, de préférence entre 0,2 et 3 mm et de manière préférée entre 0,3 et 2 mm. La forme de la filière, et par conséquent, la forme du matériau obtenu sous forme d'extrudé, est avantageusement cylindrique, par exemple de section circulaire, annulaire, trilobée, quadrilobée ou bien multilobée. Avantageusement, le matériau solide selon l'invention peut comprendre au moins un liant choisi parmi les liants organiques et les liants inorganiques. Ledit ou lesdits liant(s) organique(s) qui peuvent être utilisés dans ladite étape d) de mise en forme sont avantageusement choisi(s) parmi les paraffines, et les polymères, pris seul ou en mélange. De préférence, ledit ou lesdits liant(s) organique(s) sont choisi(s) parmi le Cerfobol R75, les polysaccharides, le méthylcellulose, l'hydroxypropylméthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, le carboxymethylcellulose et l'alcool polyvinylique pris seul ou en mélange. De manière très préférée, ledit liant organique est le Cerfobol R75. Le Cerfobol R75 comprend 28,4% de masse organique paraffine sèche diluée dans une phase aqueuse.

La proportion dudit ou desdits liant(s) organique(s) ajoutée(s) dans ladite étape d) de mise en forme est avantageusement comprise entre 0,1 et 20% en masse, de préférence entre 0,1 et 15% en masse, de manière préférée entre 0,1 et 12% en masse, de manière très préférée entre 0,5 et 10% et de manière encore plus préférée entre 0,5 et 6,5% masse par rapport à la masse totale de pâte sèche à mettre en forme. L'addition d'au moins un liant organique dans ladite étape d) facilite la mise en forme par extrusion de l'étape d) du procédé selon l'invention. L'addition d'au moins un liant organique dans ladite étape d) permet également l'obtention d'un matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés présentant une résistance sous agitation améliorée au contact de la saumure. Dans le cas où ladite étape d) est mise en oeuvre par malaxage - extrusion en présence d'au moins un liant choisi parmi les liants inorganiques susceptibles d'être générés dans les conditions de ladite étape d), ladite étape d) de mise en forme de la pâte séchée est avantageusement réalisée en présence d'une formulation liante comprenant et de préférence constituée d'au moins un précurseur solide d'alumine et d'au moins un acide en solution dans des proportions telles que le ratio molaire acide/AI est compris entre 0,01 et 1,2.

L'introduction dans l'étape d) de mise en forme, d'un précurseur solide d'alumine et d'un acide en solution permet la génération in situ d'un liant minéral résultant de la réaction du précurseur d'alumine et de l'acide introduit, au cours de ladite étape de mise en forme. Par ailleurs, le précurseur solide d'alumine et l'acide en solution doivent être introduits dans ladite étape d) dans les proportions telles que décrites.

La génération dudit liant minéral résultant de la réaction du précurseur solide d'alumine et de l'acide introduit nécessite l'utilisation d'un précurseur solide d'alumine capable de se disperser majoritairement ou de se dissoudre majoritairement dans la solution acide employée.

Le précurseur solide d'alumine est avantageusement choisi parmi les oxydes d'aluminium, les hydroxydes d'aluminium et les oxyhydroxydes d'aluminium solubles ou dispersibles dans la solution d'acide phosphorique, de préférence parmi les hydroxydes d'aluminium et les oxyhydroxydes d'aluminium. De manière très préférée, ledit précurseur solide d'alumine est un oxyhydroxyde d'aluminium et de manière plus préférée ledit précurseur solide d'alumine est la boehmite ou la pseudo-boehmite. Ledit précurseur solide d'alumine se présente avantageusement sous forme de poudre constituée de particules solides présentant un diamètre médian, déterminé par granulométrie à diffraction laser, compris entre 9 et 80 de préférence compris entre 10 et 60 lm et de manière préférée entre 15 et 45 lm. Les particules du précurseur solide d'alumine sont avantageusement constituées d'agglomérats d'unités élémentaires, dites cristallites, dont les dimensions sont avantageusement comprises entre 2 et 150 nm, de préférence entre 4 et 150 nm et de manière préférée entre 4 et 100 nm déterminées par microscopie électronique à transmission (MET). La morphologie des cristallites, la taille et la manière dont les cristallites sont organisées, dépendent principalement de la voie de synthèse du précurseur d'alumine utilisé pour préparer lesdites particules micrométriques. De préférence, la proportion du précurseur solide d'alumine ajoutée dans l'étape d) est comprise entre 0,5 et 50% en masse par rapport à la masse de pate sèche à mettre en forme, de préférence entre 2 et 30% en masse, et de manière préférée entre 3 et 25% en masse. Dans ce mode de réalisation, au moins un acide en solution est introduit dans le mélange.

De préférence, l'acide est choisi parmi l'acide phosphorique, l'acide chlorhydrique, l'acide nitrique, l'acide acétique et l'acide citrique, seul ou en mélange. De manière très préférée, l'acide est l'acide phosphorique. L'acide phosphorique est aussi appelé acide orthophosphorique.

Le rôle de la solution d'acide est de promouvoir la formation d'une phase amorphe de liant minéral résultant de la réaction avec le précurseur solide d'alumine. De cette manière, les particules du précurseur solide d'alumine deviennent avec l'action de l'acide et de l'énergie mécanique apportée pendant l'étape d) de mise en forme, une phase amorphe de liant minéral.

De préférence, l'acide ou les acides en solution est (sont) introduit(s) dans des proportions telles que le ratio molaire acide/AI est compris entre 0,01 et 1,2, et de préférence entre 0,03 et 1.

Dans la cas où l'acide introduit est l'acide phosphorique, il est introduit en solution dans des proportions telles que le ratio molaire P/AI est compris entre 0,01 et 1,2, de préférence entre 0,3 et 1,0. Dans le ratio molaire P/AI, P provient de l'acide phosphorique introduit et Al provient du précurseur solide d'alumine.

Le ratio molaire P/AI spécifique tel que revendiqué correspond à une proportion d'acide phosphorique telle que le rapport de la masse d'acide introduit sur la masse de précurseur solide d'alumine introduit soit compris entre 30 et 225% en masse, de préférence entre 59 et 170% en masse et de manière préférée.

L'emploi d'un ratio molaire acide/AI compris entre 0,01 et 1,2, caractéristique d'une dissolution à rapport d'acide élevé, dans l'étape d) de mise en forme permet à la fois de former la phase amorphe de liant minéral résultant de la réaction avec le précurseur solide d'alumine, mais également, de faciliter la mise en forme par extrusion et d'augmenter la cohésion et la résistance mécanique des extrudés obtenus selon ce mode de réalisation. Conformément à l'invention, les extrudés obtenus à l'issue de l'étape d) subissent une étape e) de séchage à une température comprise entre 20 et 200°C pendant une durée comprise entre 1 heure et 20 heures, pour obtenir ledit matériau solide sous forme d'extrudés. De préférence, ladite étape e) de séchage opère à une température comprise entre 20 et 100°C, de manière préférée entre 20 et 80°C et de manière très préférée entre 20 et 60°C, pendant une durée comprise entre 1 et 18 heures, de préférence entre 5 et 14 heures et de manière préférée entre 8 et 14 heures.

Le procédé selon la présente invention permet donc l'obtention du matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés selon l'invention, de préférence entre 0,1 et 5 et de manière préférée entre 0,1 et 1, sous forme d'extrudés de taille comprise entre 0,2 et 5 mm, de préférence entre 0,3 et 4 mm, de manière préférée entre 0,3 et 3 mm, de manière très préférée entre 0,3 et 2 mm et de manière encore plus préférée entre 0,3 et 1,8 mm.

Les meilleurs résultats en terme de tenue mécanique et de cohésion du matériau solide cristallisé obtenus selon le procédé de préparation selon l'invention sont obtenus dans le cas d'extrudés de taille comprise entre 0,2 et 5 mm et de préférence comprise entre 0,3 et 1,8 mm, lesdits extrudés ayant été obtenus à l'issue d'une étape de séchage e) finale réalisée à une température comprise entre 20 et 60°C et en particulier à 40°C, pendant une durée comprise entre 5 et 14 heures, de préférence entre 8 et 14 heures et en particulier pendant 8 heures. Ledit matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, préparé selon l'enchainement des étapes a), b), c), d) et e) du procédé de préparation selon l'invention peut être caractérisé selon les techniques suivantes : l'adsorption d'azote pour la détermination de la surface spécifique selon la méthode BET; la diffractométrie de rayons X, dans le domaine d'angle de diffraction 20 = 0,8 à 40°± 0,02° en géométrie de réflexion pour identifier la structure dudit matériau et l'analyse élémentaire. Le matériau solide cristallisé mis en forme, avantageusement sous forme d'extrudés, présente avantageusement une surface spécifique mesurée selon la méthode BET comprise entre 1 et 150 m2/g et de préférence entre 1 et 100 m2/g. Le diagramme de diffraction de rayon X du matériau solide cristallisé mis en forme, avantageusement sous forme d'extrudés, est caractéristique d'un matériau non amorphe. Ledit diagramme montre qu'on obtient bien le solide de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10. Il présente au moins les raies suivantes : d(À) 9.89 8.93 20.00 4.44 36.06 2.49 44.45 2.04 63.52 1.46 Selon le mode de réalisation préféré dans lequel ledit matériau sous forme de poudre est mis en forme par extrusion, ladite étape d) de mise en forme étant réalisée en présence d'au moins un liant organique choisi parmi les paraffines, et les polymères, pris seul ou en 2025 mélange, le diagramme de diffraction de rayon X dudit matériau solide selon l'invention mis en forme, avantageusement obtenu sous forme d'extrudés est inchangé. Selon le mode de réalisation préféré dans lequel ledit matériau sous forme de poudre est mis en forme par extrusion, ladite étape d) de mise en forme étant réalisée en présence d'une formulation liante comprenant au moins un précurseur solide d'alumine et de l'acide phosphorique en solution dans des proportions telles que le ratio molaire P/AI est compris entre 0,01 et 1,2, le diagramme de diffraction de rayon X dudit matériau solide selon l'invention mis en forme, avantageusement obtenu sous forme d'extrudés est inchangé.

Les pics caractéristiques du précurseur d'alumine de la formulation liante ajouté dans l'étape d) de mise en forme peuvent également être présents sur les diffractogrammes des extrudés finaux en proportions variables, en fonction de celle introduit lors de l'étape d) de mise en forme.

Le procédé de préparation selon l'invention permet donc l'obtention d'un matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10 présentant à la fois une surface spécifique BET faible, une bonne cohésion, et n'ayant pas de défauts apparents.

Ainsi la présente invention a pour objet un matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme, de préférence sous forme de granulé, et encore de préférence sous forme d'extrudé. En particulier le matériau solide extrudé est susceptible d'être obtenu selon le procédé de préparation de l'invention.

La présente invention a également pour objet un procédé d'extraction du lithium à partir d'une solution saline utilisant ledit matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10 selon l'invention.

Ladite solution saline utilisée dans le procédé d'extraction selon l'invention comprend avantageusement une concentration en lithium comprise entre 0,001 mol/L et 0,5 mol/L, de préférence entre 0,02 mol/L et 0,3 mol/L. Ladite solution saline contient également d'autres espèces, telles que par exemple les espèces choisies parmi la liste suivante : Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, F, CI, Br, I, SO4, 003, NO3, et HCO3. Ladite solution saline peut avantageusement être saturée en sels ou non. Ladite solution saline peut être toute solution saline naturelle, concentrée ou issue d'un procédé d'extraction ou de transformation du lithium. Par exemple, ladite solution saline utilisée dans le procédé d'extraction selon l'invention peut avantageusement être choisie parmi les saumures de lacs salés ou de sources géothermales, les saumures soumises à une évaporation pour obtenir des saumures concentrées en lithium, l'eau de mer, les effluents des usines de production de cathodes, ou de production de chlorure ou d'hydroxyde de lithium et les effluents des procédé d'extraction du lithium à partir de minéraux. Le procédé d'extraction du lithium selon l'invention est de préférence un procédé d'extraction sélective du lithium. En effet, il permet la séparation du lithium des métaux alcalins, de préférence le sodium (Na), et le potassium (K) et des alcalino-terreux, de préférence le magnésium (Mg), le calcium (Ca) et le strontium (Sr), présents en quantité massive dans les solutions salines traitées dans ledit procédé d'extraction. Le procédé d'extraction du lithium selon l'invention permet également la séparation sélective du lithium des autres composés tels que le bore et les sulfates.

Le procédé d'extraction du lithium selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans une unité comprenant au moins une colonne, la ou lesdites colonnes comprenant au moins un lit dudit matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 1, mis en forme et préparé selon le procédé de préparation selon l'invention.

De préférence, ledit procédé d'extraction du lithium selon l'invention est mis en oeuvre dans une unité comprenant entre une et quatre colonnes, et de manière préférée entre deux et trois colonnes. Ledit procédé d'extraction du lithium comprend avantageusement au moins les étapes suivantes : une étape d'activation dudit matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, une étape de chargement dudit matériau activé par adsorption réalisée par passage de ladite solution saline sur ledit matériau activé, au moins une étape de lavage de la solution saline imprégnant ledit matériau par passage d'une solution de lavage sur ledit matériau, une étape de désorption du lithium réalisée par passage d'eau ou d'une solution aqueuse de sel de lithium sur ledit matériau pour obtenir un éluat comprenant au moins du lithium. De préférence, ladite étape d'activation du matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10, sous forme d'extrudés, est réalisée une seule fois lors de la mise en colonne du matériau synthétisé et mis en forme selon le procédé de préparation selon l'invention. Ladite étape d'activation permet d'activer les sites destinés à adsorber sélectivement le lithium. De préférence, ladite étape d'activation comprend un premier passage ascendant ou descendant, et de préférence descendant, d'une solution choisie parmi les solutions salines et de préférence d'une saumure naturelle et les solutions de sels de sodium et de lithium, ladite solution de sels de sodium et lithium présentant avantageusement une concentration en sel de sodium supérieure à 2 mol/L, de préférence comprise entre 2 mol/L et la saturation et une concentration en sel de lithium comprise entre 0 mol/L et 2 mol/L et de préférence entre 0 mol/L et 1 mol/L.

Ladite étape d'activation comprend également avantageusement un deuxième passage ascendant ou descendant, et de préférence descendant, d'eau ou d'une solution de sel de lithium ayant une concentration comprise entre 0,001 mol/L et 0,1 mol/L, de préférence entre 0,001 mol/L et 0,05 mol/L et de manière préférée entre 0,005 et 0,04 mol/L.

De manière préférée, les sels de sodium et de lithium utilisés en solution lors du premier passage dans ladite étape d'activation sont choisis parmi les chlorures de sodium et lithium, les nitrates de sodium et lithium, les bromures de sodium et lithium, les iodures de sodium et lithium et de manière très préférée, les sels de sodium et lithium utilisés en solution lors du premier passage dans ladite étape d'activation sont les chlorures de sodium et de lithium (NaCI et LiCI). Dans le cas où la solution utilisée lors du premier passage de l'étape d'activation est une solution saline ou une solution de chlorure de sodium et de lithium, le matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10 est converti en matériau solide cristallisé de formule LiC1.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10. De manière préférée, le sel de lithium utilisé en solution lors du deuxième passage dans ladite étape d'activation est choisi parmi le chlorure de lithium (LiCI), le nitrate de lithium (LiNO3), le bromure de lithium (LiBr), l'iodure de lithium (Lil) et de manière très préférée le chlorure de lithium (LiCI). Ladite étape d'activation est avantageusement réalisée, pour les premier et deuxième passages, à une température comprise entre 0°C et 90°C, et de préférence entre 10°C et 60°C, et de manière préférée entre 10°C et 30°C à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, et de préférence entre 1 BV/h et 15 BV/h. La quantité de chaque solution, correspondant au premier et au deuxième passage, nécessaire à l'activation est avantageusement comprise entre 1 BV et 30 BV, de préférence entre 2 BV et 20 BV. On entend par BV, le volume occupé par le lit du solide dans la colonne. Ladite étape de chargement dudit matériau activé par adsorption est avantageusement réalisée par passage ascendant ou descendant, et de préférence ascendant, de la solution saline traitée dans le procédé d'extraction selon l'invention, sur ledit matériau activé. Ladite étape de chargement est avantageusement effectuée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et de préférence entre 10°C et 70°C à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, et de préférence entre 1 BV/h et 15 BV/h. La quantité de solution nécessaire pour saturer ledit matériau dépend de la capacité d'adsorption dudit matériau et de la concentration en lithium de la solution saline. La capacité d'adsorption dudit matériau est comprise entre 1 et 50, de préférence entre 1 et 30 et de manière préférée entre 1 et 10 mg de Li/g de matériau solide sec.

Dans le cas où ledit procédé d'extraction du lithium selon l'invention est mis en oeuvre dans une unité comprenant deux colonnes, la première colonne est avantageusement saturée par le lithium lors de ladite étape de chargement. La deuxième colonne, recevant le flux de sortie de la première colonne, est avantageusement chargée jusqu'à l'obtention d'une fuite en lithium ne dépassant pas 10% de la concentration en lithium du flux d'entrée et de préférence 5%, permettant ainsi de maximiser le rendement de récupération en lithium. Dans le cas où ledit procédé d'extraction du lithium selon l'invention est mis en oeuvre dans une unité comprenant trois colonnes, la troisième colonne, déjà saturée en lithium, est consacrée aux étapes de lavage puis de désorption du lithium, décrites ci-après, pendant le chargement des deux autres colonnes. La présente invention couvre un dispositif comprenant de telles unités. Le dispositif selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs unités selon l'invention. La première fraction du flux de sortie de ladite étape de chargement par adsorption, avantageusement entre 0 BV et 1 BV, correspond à l'élimination de l'imprégnant issu de l'étape d'activation du matériau solide. Cette fraction peut être considérée comme un effluent ou recyclée, et de préférence recyclée comme flux d'entrée de l'étape de désorption. Dans le cas du traitement d'une saumure naturelle ou d'eau de mer, au-delà de 1 BV, l'intégralité du flux de sortie de ladite étape de chargement par adsorption, appelé ci-après raffinat qui n'a subi aucun traitement chimique, est avantageusement et de préférence renvoyé vers le gisement de solution saline d'origine.

A l'issue de l'étape de chargement par passage de la solution saline traitée dans le procédé selon l'invention sur le matériau activé, la solution saline imprègne ledit matériau activé. La solution saline imprégnant le matériau activé est ensuite lavée dans au moins une étape de lavage par passage d'une solution de lavage sur ledit matériau.

Ladite ou lesdites étape(s) de lavage de la solution saline imprégnant ledit matériau, est (sont) avantageusement réalisée(s) par passage ascendant ou descendant d'une solution de lavage sur ledit matériau, et de préférence descendant. De préférence, ladite solution de lavage est choisie parmi l'eau et une solution aqueuse de sel de sodium et de préférence de chlorure de sodium (NaCI), comprenant éventuellement un sel de lithium et de préférence le chlorure de lithium (LiCI), ladite solution présentant avantageusement une concentration en sel de sodium et de préférence en chlorure de sodium (NaCI), supérieure à 2 mol/L, de préférence comprise entre 2 mol/L et la saturation et une concentration en sel de lithium et de préférence en chlorure de lithium (LiCI), comprise entre 0 mol/L et 2 mol/L.

Selon un mode de réalisation préféré, ladite solution saline imprégnant le matériau activé subit une étape finale de lavage par passage d'une solution de lavage aqueuse de chlorure de sodium (NaCI) comprenant éventuellement du chlorure de lithium (LiCI), sur ledit matériau.

Ladite étape de lavage est avantageusement réalisée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et de préférence entre 10°C et 70°C, et à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, et de préférence entre 1 BV/h et 15 BV/h. La quantité de solution nécessaire au lavage est comprise entre 0,1 BV et 10 BV, typiquement dans la gamme 0,5 BV à 5 BV.

Le flux de sortie de ladite étape de lavage est considéré comme un effluent ou est avantageusement recyclé, et de préférence recyclé à l'entrée de l'étape de chargement ou directement à l'entrée de la deuxième colonne dans le cas où ledit procédé d'extraction du lithium selon l'invention est mis en oeuvre dans une unité comprenant au moins deux colonnes. Le dispositif selon la présente invention peut comprendre avantageusement une unité de recyclage du flux de sortie de l'unité de lavage.

Ladite étape de lavage permet le lavage de la solution saline imprégnée dans ledit matériau lors de l'étape de chargement dudit matériau par adsorption, tout en limitant la désorption du lithium. Dans le cas où ladite solution de lavage est une solution aqueuse saturée de chlorure de sodium (NaCI), ladite étape de lavage permet non seulement d'éliminer la solution saline imprégnée dans ledit matériau lors de l'étape de chargement dudit matériau par adsorption mais aussi de désorber les éléments tels que le bore, les sulfates, les alcalins autres que le lithium et les alcalino-terreux. L'étape de désorption du lithium est ensuite réalisée par passage d'eau ou d'une solution aqueuse de chlorure de lithium (LiCI) sur ledit matériau à l'issue de l'étape de lavage pour obtenir un éluat comprenant au moins du lithium. De préférence, ladite étape de désorption est réalisée par passage ascendant ou descendant, et de préférence descendant, d'eau ou d'une solution de chlorure de lithium (LiCI) contenant de 0,001 mol/L à 2 mol/L de LiCI, et de préférence de 0,01 mol/L à 1 mol/L. Ladite étape de désorption est avantageusement réalisée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et de préférence entre 10°C et 70°C à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, et de préférence entre 1 BV/h et 15 BV/h. La quantité de solution de chlorure de lithium (LiCI) nécessaire à la désorption est avantageusement comprise entre 0,01 et 10 BV, et de préférence entre 0,05 BV et 5 BV. Le flux de sortie de ladite étape de désorption du lithium génère le produit final du procédé, appelé éluat. L'éluat est avantageusement récupéré entre 0 BV et 4 BV, et de préférence entre 0,2 BV et 3 BV. L'ensemble des autres fractions du flux de sortie de cette étape ne constituant pas le produit final appelé éluat, est considéré comme un effluent ou est avantageusement recyclé, et de préférence recyclé à l'entrée de l'étape de lavage ou de l'étape de chargement. L'éluat obtenu à l'issue du procédé d'extraction selon l'invention est une solution contenant majoritairement les éléments Li, Na et Cl ainsi que des impuretés de préférence choisies parmi K, Mg, Ca, Sr, B ou SO4. L'éluat est ensuite avantageusement concentré puis purifié pour obtenir un sel de lithium de haute pureté. Ledit procédé d'extraction du lithium selon l'invention permet l'extraction sélective du lithium à partir d'une solution saline et permet ainsi d'obtenir un facteur de décontamination élevé par rapport à la solution saline initiale, calculé comme étant le rapport X/Li qui est égal au rapport molaire de concentration X/Li dans la solution saline initiale divisé par le rapport molaire de concentration X/Li dans l'éluat, X étant choisi parmi le sodium (Na), le potassium (K), le magnésium (Mg), le calcium (Ca), le bore (B), le soufre (S) et le strontium (Sr). La présente invention couvre également un dispositif d'extraction de lithium caractérisé en ce qu'il comprend une unité comprenant au moins une colonne, ladite colonne comprenant au moins une garniture comprenant le matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme, tel que défini selon la présente invention. Plus particulièrement, l'invention couvre un dispositif mettant en oeuvre le procédé d'extraction de lithium selon l'invention. Encore plus précisément, le dispositif de la présente invention comprend des unités ou moyens mettant en oeuvre les différentes étapes du procédé d'extraction de lithium selon l'invention. Par « selon l'invention » ou des termes équivalents, on entend couvrir tout mode de réalisation, variante, caractéristique avantageuse ou préférée, pris seul ou selon l'une quelconque de leurs combinaisons, sans aucune limitation. Description des figures : La figure 1 représente le diagramme de diffraction des rayons X du matériau solide de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH2O avec n étant compris entre 0,01 et 10 obtenu sous forme d'extrudés selon l'exemple 1 selon l'invention. L'invention est illustrée par les exemples suivants qui ne présentent, en aucun cas, un caractère limitatif.

Exemples: Exemple 1 (selon l'invention) : On prépare un matériau solide cristallisé sous forme de poudre selon l'invention, selon un procédé de synthèse conforme à l'invention comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et une étape de mise en forme par extrusion directe. Dans un premier temps, on dissout le nitrate de lithium m = 76,87g dans un volume d'eau initial de 1167 ml. Cette solution est placée dans un réacteur de 5 L. et elle est mise sous agitation mécanique et chauffée à 80°C. Ensuite, la synthèse consiste en l'ajout simultané, de façon continue dans le réacteur, du nitrate d'aluminium (acide) (Al(NO3)3 à 111 g/L en A1203) et de l'aluminate de sodium (base)(NaAIO2,155 g/L en A1203) qui précipitent pour former un solide blanc. Un débit d'eau de 46 ml/min est aussi ajouté en même temps. Tout au long de la réaction, le pH est contrôlé et ajusté à un pH de 9. La coulée des réactifs dure 50 minutes et est agité à 350 tours par minutes. Une fois terminée, le mélange réactionnel est filtré.

Le gâteau obtenu est séché dans une étuve à 40°C pendant 12 h. La pâte séchée obtenue est mise en forme directement à l'aide d'une extrudeuse piston (MTS), équipée d'une filière cylindrique de 0,8 mm de diamètre. Les extrudés obtenus sont séchés à 40°C pendant 12h. Des extrudés du matériau solide de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10 présentant une bonne cohésion et un aspect correct sont obtenus. Le diagramme de diffraction des rayons X des extrudés du matériau solide cristallisé ainsi obtenu est représenté sur la figure 1 et confirme bien la présence de la phase LiNO3.2A1(OH)3,nH20. La composition chimique du solide est Al = 11,8 % masse, NO3 = 23,5% masse, Li = 3% masse Les extrudés obtenus présentent une surface spécifique : SBET = 1 m2/g. Exemple 2 (selon l'invention) : On prépare un matériau solide cristallisé sous forme de poudre selon l'invention, selon un procédé de synthèse conforme à l'invention comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et une étape de mise en forme par malaxage - extrusion en présence de précurseurs de liant inorganiques. Les premières étapes de précipitation et de séchage sont réalisées comme dans l'exemple 1. 22.16 g de pâte sèche à mettre en forme obtenue à l'issue du séchage sont ensuite introduites dans une cuve d'un malaxeur de type Brabender. Ensuite sont ajoutés 8,275 g d'une poudre de boehmite Pural SB3 représentant 25% masse de précurseur solide d'alumine par rapport à la masse de pâte sèche à extruder et 12,225 g d'acide phosphorique à 85% masse. La proportion d'acide phosphorique en solution est telle que le rapport de la masse d'acide introduit sur la masse de précurseur solide d'alumine soit de 168%.

Le mélange est alors malaxé pendant 30 min.

La pâte obtenue est mise en forme par passage dans une extrudeuse piston (MTS), équipée d'une filière cylindrique de 0,8 mm de diamètre. Les extrudés obtenus sont ensuite séchés à 40°C pendant 12h.

Les extrudés obtenus présentent une bonne cohésion et un aspect correct. Ils sont caractérisés par les mesures suivantes : Le diagramme de diffraction des rayons X des extrudés du matériau solide cristallisé ainsi obtenu confirme la présence de la phase LiNO3.2A1(OH)3,nH20 et est identique à celui représenté sur la figure 1. La composition chimique du solide est Al = 11,8 % masse, NO3 = 23,5% masse, Li = 3% masse Les extrudés obtenus présentent une surface spécifique : SBET = 30 m2/g Exemple 3 (selon l'invention) : On prépare un matériau solide cristallisé sous forme de poudre selon l'invention, selon un procédé de synthèse conforme à l'invention comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et une étape de mise en forme par malaxage - extrusion en présence d'un liant organique. Les premières étapes de précipitation et de séchage sont réalisées comme dans l'exemple 1. 20,55 g de pâte séchée obtenue à l'issue du séchage sont introduite dans une cuve d'un malaxeur de type Brabender. Ensuite sont ajoutés dans la cuve, 2,055 g de liant organique Cerfobol R/75, soit 10% de masse organique sèche de Cerfobol, soit 0,61g de masse organique sèche par rapport à la masse de solide à mettre en forme, ce qui représente 3% masse de liant organique Cerfobol par rapport à la masse totale de pâte sèche à mettre en forme. Le mélange est alors malaxé pendant 30 min. La pâte obtenue est ensuite mise en forme à l'aide d'une extrudeuse piston (MTS), équipée d'une filière cylindrique de 0,8 mm de diamètre. Les extrudés obtenus sont séchés à 40°C pendant 12h.

Les extrudés obtenus présentent une bonne cohésion et un aspect correct. Ils sont caractérisés par les mesures suivantes : Le diagramme de diffraction des rayons X des extrudés du matériau solide cristallisé ainsi obtenu confirme la présence de la phase LiNO3.2A1(OH)3,nH2O et est identique à celui représenté sur la figure 1. La composition chimique du solide est Al = 11,8 % masse, NO3 = 23,5% masse, Li = 3% masse SBET : 3 m2/g Exemple 4 : test de cohésion La résistance mécanique des extrudés obtenus selon les exemples 1, 2, et 3, selon l'invention est testée au contact d'une solution de saumure. Les différents résultats sont récapitulés dans le tableau 1.

Tableau 1: protocole de MEF mise en oeuvre et aspect des extrudés correspondants Exemples 1 (selon 2 (selon 3 (selon l'invention) l'invention) l'invention) Étape a) Nitrate d'aluminium+ aluminate de sodium + Nitrate d'aluminium + aluminate de sodium + LiCI Nitrate d'aluminium + (précurseurs) LiCI aluminate de sodium + LiCI Étape de mise en Extrusion Malaxage avec Malaxage avec liant forme directe sans liant minéral organique Cerfobol + liant inorganique extrusion généré in situ + extrusion Filière 0,8 mm 0,8 mm 0,8 mm Séchage final 40°C, 12h 40°C, 12 h 40°C, 12 h extrudés (étape e) Aspect des extrudés Filière 0,8 Filière 0,8 mm : Filière 0,8 mm : au contact de la saumure mm : 40°C : 40°C : extrudés extrudés sans défauts sans défauts apparents apparents 40°C : extrudés sans défauts apparents Les extrudés obtenus selon l'invention (exemple 1, 2 et 3) c'est-à-dire préparés selon un procédé comprenant une étape de précipitation d'au moins une source de lithium et de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium présentent une bonne cohésion, ne présentent pas ou peu de fissures qui pourraient provoquer un gonflement néfaste à la cohésion et à la tenue du matériau lorsque celui est mis au contact d'une solution saumure. Par ailleurs, lesdits extrudés selon l'invention restent intacts et produisent très peu de fines lorsqu'ils sont placés dans une solution de saumure.

Exemple 5 : Test de résistance mécanique par vieillissement accéléré sur table d'agitation. La résistance mécanique des extrudés peut être testée par l'intermédiaire d'un protocole de vieillissement accéléré sur table d'agitation : 5g de matériau solide mis en forme et 25 mL de saumure naturelle sont placés dans un contenant cylindrique de capacité 60 mL. Ce contenant est fixé à la table d'agitation pendant toute la durée du test. La composition de la saumure naturelle utilisée lors de ce test est donnée dans le tableau 2.

Tableau 2: composition de la saumure naturelle utilisée pour le test de résistance mécanique Na K Li Mg Ca B SO4 Sr Cl Concentration 4,4 0,24 0,068 0,086 0,040 0,031 0,035 0,001 4,89 (mol/L) La table d'agitation est animée d'un mouvement unidirectionnel horizontal d'amplitude 4 cm à une vitesse de 190 mouvements par minute. Les solides mis en forme sont ainsi agités pendant une durée totale de 168h. A l'issue de ces 168h, le mélange solides mis en forme-saumure est tamisé à l'aide d'une grille de 315 iim. Puis les solides mis en forme restant sur le tamis sont lavés avec de la saumure dont la composition est indiquée dans le tableau 2. La fraction liquide ainsi obtenue, contenant de fines particules solides (diamètre inférieur à 315 lm) en suspension, est filtrée à l'aide d'un Büchner équipé d'un papier filtre dont les pores ont une dimension de 0,45 Le gâteau formé par l'agglomération des fines particules est lavé avec de l'eau déminéralisée. Le résidu solide ainsi obtenu est séché en étuve à 50°C jusqu'à stabilisation de la masse. Le rapport de la masse de résidu solide sur la masse de solides mis en forme initiale est alors calculé, donnant accès à un pourcentage de destruction des solides mis en forme. Le pourcentage de destruction des solides mis en forme permet d'apprécier la cohésion des solides. Une bonne cohésion est notamment obtenue pour les solides dont le pourcentage de destruction est inférieur à 60%, et de préférence inférieur à 50%. Les extrudés des exemples 1, 2 et 3 vérifient bien cette condition.

Exemple 6 (selon l'invention) : test du matériau selon l'invention réalisé selon l'exemple 1 dans le procédé d'extraction du lithium selon l'invention. Le matériau selon l'invention préparé dans l'exemple 1 est introduit dans une colonne double enveloppe pour constituer un lit cylindrique de diamètre 2,5cm et de hauteur 30cm. Le matériau est alors activé à température ambiante T=20 °C par un premier passage d'une solution contenant 3,4 mol/L de chlorure de sodium NaCI et 0,2 mol/L de chlorure de lithium LiCI, en flux descendant à un débit de 3 BV/h. Le volume de solution utilisé est de 14 BV. L'activation est alors poursuivie à température ambiante T=20°C par un deuxième passage d'une solution contenant 0,02 mol/L de chlorure de lithium LiCI, en flux descendant à un débit de 3 BV/h. Le volume de solution utilisé est de 14 BV. Une fois l'étape d'activation terminée, le chargement est effectué à l'aide d'une saumure naturelle dont la composition est donnée dans le tableau 3. Tableau 3: composition de la saumure naturelle utilisée pour le chargement Na K Li Mg Ca B SO4 Sr Cl Concentration 4,4 0,24 0,068 0,086 0,040 0,031 0,035 0,001 4,89 (mol/L) Le chargement du matériau activé par adsorption est effectué par passage de la saumure naturelle sur ledit matériau activé, à une température de 60°C, la température étant maintenue à l'aide d'une circulation d'eau chauffée dans la double enveloppe, avec un débit de 3 BV/h en flux ascendant.

Dans les conditions de l'exemple, la capacité d'adsorption du matériau est de 4,7 mg de Li/g de matériau solide sec pour un rendement de récupération du lithium de 93%.

A l'issue du chargement, l'étape de lavage est pratiquée en utilisant une solution aqueuse de chlorure de sodium. Cette solution est préparée à la saturation du chlorure de sodium NaCI à 20°C. La solution est ensuite chauffée à 60°C et passée à la même température en flux descendant dans la colonne à un débit de 3 BV/h pour une quantité totale de 4 BV. Puis on procède à l'étape de désorption du lithium par passage d'une solution de chlorure de lithium (LiCI) de concentration 0,02 mol/L sur ledit matériau. Cette désorption est effectuée à une température de 20°C avec un débit de 3 BV/h et en flux descendant. L'éluat contenant le lithium est récupéré entre 0,75 et 2,25 BV. La composition de l'éluat ainsi que les facteurs de décontamination résultants sont résumés dans le tableau 4. Tableau 4: composition de l'éluat et facteurs de décontamination X Na K Li Mg Ca B SO4 Sr Cl Composition 0,52 3,3.10-4 0,11 8,6.10-3 4,3.10-3 1,0.10-3 9,4.10-5 8,0.10-6 0,66 (mol/L) Facteur de 10 1000 - 15 10 40 500 90 10 décontamination 15 Les concentrations en éléments dans la saumure et dans l'éluat sont déterminées par la méthode d'ICP optique connue de l'homme du métier. Les concentrations en Cl dans l'éluat et la saumure sont déterminées par la méthode de chromatographie ionique connue de l'homme du métier.

20 Le procédé d'extraction selon l'invention permet donc l'extraction sélective du lithium à partir de la saumure naturelle. La sélectivité par rapport au lithium est exprimée sous la forme d'un facteur de décontamination qui est égal au rapport molaire X/Li dans la saumure naturelle initiale divisé par le rapport molaire X/Li dans l'éluat et qui tient compte de l'apport extérieur de lithium par la solution de lavage.

25 Les résultats obtenus indiquent que le solide préparé selon l'invention est particulièrement sélectif en potassium (K), en strontium (Sr) en bore (B) et en sulfates (SO4). 10 30

Claims (19)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'un matériau solide cristallisé sous forme d'extrudés de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : a) une étape de précipitation, en milieu aqueux, de nitrate d'aluminium et d'aluminate de sodium et d'au moins une source de lithium pour obtenir une suspension, ladite étape de précipitation opérant à une température comprise entre 20 et 90°C et à un pH compris entre 4 et 10, b) une étape de filtration de la suspension obtenue à l'étape a) pour obtenir une pâte, ladite étape de filtration n'étant pas suivie d'une étape de lavage de la pâte obtenue, c) une étape de séchage de la pâte obtenue à l'issue de l'étape b), d) une étape de mise en forme par extrusion de ladite pâte séchée pour obtenir des extrudés, e) le séchage des extrudés obtenus à l'issue de l'étape d) à une température comprise entre 20 et 200°C pendant une durée comprise entre 1 et 20 heures, pour obtenir ledit matériau.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la source de lithium est le nitrate de lithium (LiNO3).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 dans lequel ladite étape c) de séchage est réalisée en étuve, à une température comprise entre 20 et 120°C, pendant une durée comprise entre 1h et 20 h.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite étape d) de mise en forme est mise en oeuvre directement après l'étape c) de séchage, ladite pâte séchée ne subissant pas d'étapes intermédiaires entre ladite étape c) de séchage et ladite étape d) de mise en forme par extrusion.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite étape cl) de mise en forme est réalisée par malaxage - par extrusion de la pâte séchée, en présence d'au moins un liant organique choisi parmi les paraffines, et les polymères, pris seul ou en mélange.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite étape d) de mise en forme est réalisée par malaxage - extrusion de la pâte séchée en présence d'une formulation liante comprenant au moins un précurseur solide d'alumine et d'au moins un acide en solution dans des proportions telles que le ratio molaire acide/AI est compris entre 0,01 et 1,2.
7. 7.- Matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme, de préférence sous forme de granulé, et encore de préférence sous forme d'extrudé.
8. 8.- Matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, sous forme d'extrudé, susceptible d'être obtenu selon un procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
9. 9. Procédé d'extraction du lithium de solutions salines utilisant ledit matériau solide tel que défini selon la revendication 7 ou 8.
10. 10. Procédé d'extraction selon la revendication 9 dans lequel ledit procédé d'extraction du lithium comprend au moins les étapes suivantes une étape d'activation dudit matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(QH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, une étape de chargement dudit matériau activé par adsorption réalisée par passage de ladite solution saline sur ledit matériau activé, au moins une étape de lavage de la solution saline imprégnant ledit matériau par passage d'une solution de lavage sur ledit matériau, une étape de désorption du lithium réalisée par passage d'eau ou d'une solution aqueuse de sel de lithium sur ledit matériau pour obtenir un éluat comprenant au moins du lithium.
11. 11. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 et 10 dans lequel ladite étape d'activation comprend un premier passage ascendant ou descendant, d'une solution choisie parmi les solutions salines et les solutions de sels de sodium et de lithium, ladite solution de sels de sodium et lithium présentant une concentration en sel de sodium supérieure à 2 mol/L, et une concentration en sel de lithium comprise entre O mol& et 235
12. 12. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 11 dans lequel ladite étape d'activation comprend également un deuxième passage ascendant ou descendant, d'eau ou d'une solution de sel de lithium ayant une concentration comprise entre 0,001 mol/L et 0,1 mol/L.
13. 13. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 12dans lequel ladite étape d'activation est réalisée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, BV/h signifiant volume occupé par le lit du solide dans une colonne par heure.
14. 14. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 13dans lequel ladite étape de chargement est effectuée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, BV/h signifiant volume occupé par le lit du solide dans une colonne par heure.
15. 15. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 14dans lequel ladite solution de lavage utilisée dans l'étape de lavage est une solution aqueuse de chlorure de sodium (NaCI) comprenant éventuellement du chlorure de lithium (LiCl) ou de l'eau. 20
16. 16. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 15dans lequel ladite étape de lavage est réalisée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, BV/h signifiant volume occupé par le lit du solide dans une colonne par heure. 25
17. 17. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 16dans lequel ladite étape de désorption est réalisée par passage ascendant ou descendant, d'eau ou d'une solution de chlorure de lithium (LiCI) contenant de 0,001 mol/L à 2 mollL de Lia.
18. 18. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 9 à 17dans lequel ladite étape de 30 désorption est réalisée à une température comprise entre 0°C et 90°C, et à un débit compris entre 0,1 BV/h et 30 BV/h, BV/h signifiant volume occupé par le lit du solide dans une colonne par heure.
19. 19. Dispositif d'extraction de lithium caractérisé en ce qu'il comprend une unité 35 comprenant au moins une colonne, ladite colonne comprenant au moins une garniture 10 15comprenant le matériau solide cristallisé de formule LiNO3.2A1(OH)3,nH20 avec n étant compris entre 0,01 et 10, mis en forme tel que défini à la revendication 7 ou 8.