Valorisation des éléments métalliques contenus sous forme de traces dans les eaux souterraines - Juillet 2016 - pole avenia
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Valorisation des éléments métalliques contenus sous
forme de traces dans les eaux souterraines
1 Juillet 2016 Juillet
I 2016
Présentation des résultats
Table des matières
page
Contexte 5
Objectifs 7
Méthodologie 8
Sélection des métaux d’intérêt 12
Présence dans les eaux cibles 13
Potentiel de valorisation 20
Extraction et mise sur le marché de ces métaux 31
Chaine de valeur 32
Extraction et transformation 36
Mise sur le marché 46
Synthèse et recommandation 53
Prochaines étapes 58
Contacts 62
Annexes 63
2 Juillet 2016 I
Plan de la présentation
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Synthèse et recommandation
Annexes
3 Juillet 2016 I
Contexte, objectifs et méthodologie
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Synthèse et recommandation
Annexes
4 Juillet 2016 I
Le pôle AVENIA
Le pôle de compétitivité AVENIA a pour ambition de participer à la valorisation du sous-
sol.
• Créé en 2006, le pôle AVENIA positionné sur les géosciences a été labellisé pôle de
compétitivité en 2010.
• Son ambition, définie dans sa feuille de route 3.0, réside dans la valorisation du sous-sol dans
la transition énergétique, avec parmi les défis celui de minimiser l’impact environnemental de
l’exploitation et des produits extraits.
• Il compte parmi ses adhérents :
o Des producteurs de pétrole : VERMILION, GEOPETROL …
o Des Géo-thermiciens : Electricité de Strasbourg Géothermie …
5 Juillet 2016 I
Le consortium
Dans le cadre de cette valorisation du sous-sol, le pôle AVENIA a constitué un consortium
souhaitant travailler sur les métaux à forte valeur ajoutée issus des eaux pétrolières et
géothermales.
Le Pôle AVENIA a réuni un consortium (Vermilion, TOTAL, ESG, ENGIE) qui souhaite identifier les métaux à valeur ajoutée qui
pourraient être contenus dans les eaux issues des champs pétroliers et de la géothermie. L’ADEME soutient financièrement ce
projet. L’objectif est d’avoir une vision globale de la dynamique sur ces métaux, de pouvoir anticiper les analyses d’eau à
réaliser sur les gisements pour voir si ces métaux y sont bien présents et pour le pôle d’identifier éventuellement des axes de
recherche supplémentaires pouvant déboucher sur des projets collaboratifs.
6 Juillet 2016 I
Les objectifs
ALCIMED a donc accompagné ce consortium afin d’identifier les métaux d’intérêt et
d’analyser les modalités de valorisation des métaux.
Identifier les métaux d’intérêt au regard de leur
présence dans les eaux pétrolières et géothermales
et de leur potentiel de valorisation (balance offre /
demande)
Analyser les voies de valorisation de ces métaux :
acteurs clés, technologies d’extraction, mise sur le
marché
7 Juillet 2016 IDéroulé de l’étude
L’étude s’est déroulée en deux phases de novembre 2015 à mai 2016.
Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Mai
Sélection des
1
métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché des métaux
2 sélectionnés (délai dû à l’entrée dans le consortium
de TOTAL en cours de mission)
Réunion de Réunion Point Présentation
lancement intermédiaire intermédiaire des résultats
8 Juillet 2016 IMéthodologie – phase 1
La phase 1 a permis de sélectionner les métaux d’intérêt au regard de leur présence dans
les eaux ciblées et de leur potentiel de valorisation.
Présence de métaux dans les eaux cibles Potentiel de valorisation des éléments
• Identifier les métaux présents dans • Analyser le potentiel de valorisation
O ces eaux et identifier des fourchettes des éléments au regard de 3 critères : la
B de concentration production, la demande, le prix des
J
E • Classer les métaux du plus présent métaux
C au moins présent au regard de leur • Challenger cette analyse auprès Sélection
T concentration et de l’occurrence de
I d’experts du domaine des
F citations dans les publications • Sélectionner les métaux d’intérêt au métaux
S • Challenger ce classement auprès regard de leur potentiel de valorisation d’intérêt
d’experts du domaine
S
O • 9 publications analysées / 437 identifiées • 14 rapports généraux analysés
U
R • 4 rapports généraux analysés • 7 sites internet analysés
C
E
S
• 5 entretiens téléphoniques réalisés • 6 entretiens téléphoniques réalisés
Accès liste de contacts Accès bibliographie
9 Juillet 2016 IMéthodologie – phase 2
La phase 2 a permis d’analyser les métaux sélectionnés en termes d’extraction et de mise
sur le marché.
Le circuit d’extraction La mise sur le marché
• Identifier les technologies permettant
O • Identifier les typologies d’acteurs
B d’extraire des métaux en milieux aqueux
positionnés sur le circuit de
J
E
• Analyser les technologies en termes de commercialisation des métaux
Recommandation
C fonctionnement, de conditions d’utilisation,
• Analyser l’intérêt de ces acteurs pour sur les métaux à
T et de coûts dans la mesure du possible
I de nouveaux fournisseurs de métaux et valoriser en
F • Identifier les acteurs positionnés sur les conditions de partenariat priorité et les
S l’extraction des métaux étapes à mettre en
œuvre pour les
valoriser
S
O • 9 rapports analysés (USGS) / 11 rapports généraux sur les technologies d’extraction (+sites
U internet des acteurs identifiés)
R
C • 4 entretiens réalisés avec des traders / 9 entretiens réalisés avec des fournisseurs &
E
S développeurs de technologies d’extraction / 4 entretiens réalisés avec des leaders d’opinions
Accès liste de contacts Accès bibliographie
10 Juillet 2016 ILivrables
Cette étude a donné lieu à trois livrables permettant de délivrer l’ensemble des
informations obtenues.
Analyse de l’ensemble des Recherches bibliographiques Infographie reprenant les
informations obtenues et Fiches par métaux messages clés
recommandation ALCIMED Fiches par technologie - Livrable public -
- Confidentiel - d’extraction
- Confidentiel -
11 Juillet 2016 ISélection des métaux d’intérêt
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Synthèse et recommandation
Annexes
12 Juillet 2016 ISélection des métaux d’intérêt
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Présence dans les eaux cibles
Potentiel de valorisation des métaux
13 Juillet 2016 IMéthodologie
Une analyse de la littérature a permis d’identifier les métaux ayant déjà été retrouvés dans
les eaux pétrolières et géothermales.
Mots clés choisis et
437 publications résultats des recherches
Publications identifiées sur la dans l’excel ci-joint
base des combinaisons de mots
clés définies avec le consortium
sur la base de données SCOPUS Sélection des publications
d’intérêt sur la base du titre
Premier tri et de l’abstract des
publications
9 publications
Caractérisation des publications
sélectionnées sur la base du texte complet en
termes de :
Résumés disponibles dans - Métaux présents
le fichier excel ci-joint - Zones géographiques
- Concentrations Eléments
disponibles
- Typologies d’échantillon
dans le fichier
- Dates de prélèvements Excel
14 Juillet 2016 IMétaux identifiés
29 métaux ont été identifiés dans les publications analysées sur les 61 métaux existants.
9 métaux identifiés
dans les eaux
15 Juillet 2016 I
cibléesConcentration des métaux (1/2)
Les concentrations en métaux sont très variables en fonction de la zone géographique et
de la typologie de la source.
« La composition de l’eau d’une source géothermale va varier de manière conséquente
en fonction de la profondeur du puit, de la zone géographique et aussi de la position
exacte dans la zone géographique (variabilité à 100m !). », expert eaux géothermales
Concentration variable
« La composition des eaux souterraines dépend de chaque gisement (position des métaux en fonction
géographique, type de puits…), de la profondeur du puit. Ainsi, chaque source d’eau de la zone géographique
nécessite un projet à part entière. », expert en géochimie et de la typologie de la
source
« Les concentrations en éléments dépendent de la région géographique et cela va aussi
déterminer la forme sous laquelle se trouvent les éléments. », expert en biolixiviation
16 Juillet 2016 IConcentration des métaux (2/2)
Cependant, le Mg, Na, K, Ca et Fe sont retrouvés en forte quantité, et peuvent masquer des
métaux plus intéressants en termes de valorisation.
« La présence très importante de Sodium
et de Magnésium dans les eaux
géothermales « cache » les autres
éléments plus intéressants. Il existe donc
une « pollution » par ces éléments qui
rend difficile l’identification et l’extraction
des métaux d’intérêt.», expert eaux
géothermales
17 Juillet 2016 IOccurrence des métaux
17 éléments sont retrouvés très fréquemment, en termes d’occurrence au niveau des
publications, dans les eaux pétrolières et géothermales.
« Dans ces eaux on trouve très souvent du
Nickel, du Cobalt à de très faibles
concentrations.», expert en eaux
géothermales
« Quand on exploite des eaux
géothermales ou pétrolières, des éléments
très présents avec les produits extraits, tels
que le Calcium et le Sodium, peuvent
gêner la sélection des métaux d’intérêt.»,
expert en Chimie
18 Juillet 2016 ISynthèse
Sur les 29 métaux identifiés, 7 sont fortement présents en termes de concentration et
d’occurrence.
Classement des métaux au regard de
leur présence dans les eaux ciblées
19 [ ] : concentration Juillet 2016 ISélection des métaux d’intérêt
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Présence dans les eaux cibles
Potentiel de valorisation des métaux
20 Juillet 2016 IMéthodologie
Le potentiel de valorisation des métaux a été analysé via 3 paramètres, la production, la
demande et le prix de vente de ces métaux.
29 métaux
3 critères de sélection
croissance stagnation décroissance
Tendance de la production mondiale
croissance stagnation décroissance
Tendance de la demande mondiale
> 10k$/t 10k$t < x < 5k$t < 5k$t
Prix de vente du produit
9 métaux à fort potentiel Présentés dans la suite du document
de valorisation
20 métaux écartés Présentés en annexe
21 Juillet 2016 IMétaux d’intérêt
Parmi les 29 métaux identifiés, 9 sont d’intérêt prioritaire puisqu’il s’agit de métaux
stratégiques / critiques dont la demande est croissante, le prix intéressant et les
applications clés au niveau mondial.
« Le Lithium est un élément très
intéressant. En effet, plus l’eau
est chaude, plus il est soluble. Il
peut atteindre donc des
concentrations importantes. Son
extraction est très simple : zones
d’évaporation. Il est utilisé par
exemple pour la production de
batteries. », Géothermicien
« Pour le Nickel, la
principale utilisation
reste la fabrication
d’aciers inoxydables,
toujours d’usage. »,
expert métaux
22 Juillet 2016 IQuantité et forme
Ces métaux sont produits en quantités et formes variables en fonction de leur source.
PRODUCTION
Métaux
Volume Forme Source
400 000 t/an de bromine, 15 t/an de - Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: Borax - Mines ; Saumures ; Eaux géothermales et
Bore B métal (moyenne annuelle) (Na2B4O7,10H2O), oxyde, acide borique pétrolières
- Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: hydroxyde - Mines ; Recyclage ; Eaux géothermales et
Béryllium 230 t de Be contenu (2014)
et oxyde pétrolières
5 960 000 t en Mg contenu, 910 - Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: oxyde de - Mines ; Eaux de mer, Lacs salés, Saumures ;
Magnésium 000 t de Mg métal (2013) Magnésium Eaux géothermales et pétrolières
- Minerais, mattes et concentrés ; Produits intermédiaires: - Mines, sédiments eaux minières ; Eaux
Cobalt 120 000 t de Co contenu (2013)
métal blanc, hydroxyde, carbonate géothermales et pétrolières
- Minerais, mattes et concentrés ; Produits intermédiaires: - Mines, sédiments eaux minières ; Recyclage ;
Nickel 1 930 000 t de Ni contenu (2015)
ferronickel Eaux géothermales et pétrolières
- Mines, sédiments eaux minières ; Recyclage,
29 000 000 t de chromite (2014) - Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: dichromate
Chrome 58 000 t de chrome metal (2012) de sodium, ferrochrome, trioxyde
eaux usées industrielles ; Eaux géothermales
et pétrolières
266 170 t de sulfure de molybdène - Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: trioxyde, - Mines, sédiments eaux minières ; Veines de
Molybdène (2014) molybdate d’ammonium, ferromolybdène Quartz ; Recyclage
- Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: oxyde et - Mines ; Charbon ; Pétrole et eaux
Vanadium 80 000 t de métal (2014) ferrovanadium géothermales ; Recyclage
- Minerais et concentrés ; Produits intermédiaires: carbonates - Gisements de pegmatites granitiques ;
Lithium 36 000 t de Li contenu (2014) et hydroxydes Saumures, eaux géothermales ; Recyclage
23 Juillet 2016 ISecteurs d’application
Les applications de ces métaux sont variées mais quelques secteurs clés se dégagent
comme l’énergie, l’électronique, la chimie, le médical et l’aéronautique.
Co Li Be Cr B Mo Ni Mg V
Energie
Electronique
Secteurs
Chimie d’applications
majoritaires
Médecine
Aéronautique
Industrie du verre
Automobile Secteurs
d’applications
Construction secondaires
Thermique
24 Juillet 2016 IPays consommateurs
Les principaux pays consommateurs de ces métaux (en volume par an) sont localisés en
Asie et en Europe; les Etats-Unis étant l’un des principaux pays consommateurs de Be et
Ni. Pays consommateurs des 9 métaux d’intérêt
25 Juillet 2016 IPays producteurs
Les ressources disponibles ne sont pas toujours localisées dans les principaux pays
consommateurs, hormis pour le cas de la Chine.
Par exemple, le Cr métal est le seul métal
produit de manière considérable en Europe.
Pays producteurs des 9 métaux d’intérêt
De plus, la production de métaux tels que V,
Be, Co, Mg est fortement représentée en
Afrique et en Russie alors que ces pays n’en
sont pas les principaux consommateurs.
Par contre, la Chine produit et consomme en
masse.
26 Juillet 2016 IRecyclage
Des efforts de recyclage sont faits sur la majorité des métaux et ils sont donc à prendre en
compte comme source de métaux complémentaire.
Métaux Effort de recyclage Explications
Le recyclage fournit 50 % du Ni destiné à la production des aciers inoxydables (le Ni contenu
Nickel
dans les aciers inoxydables est réutilisé lors du recyclage de ces aciers)
Chrome Le taux de recyclage du chrome, dans le monde, est estimé à 38 %.
Molybdène En 2013, le recyclage représente environ 26 % de la consommation.
Béryllium Le recyclage est estimé à 20 - 25 % de la consommation.
Vanadium Le recyclage représente, en 2013, 11 % de la consommation.
Le lithium contenu dans les verres et les céramiques est trop dispersé pour être récupéré. Par
Lithium contre, la récupération de celui utilisé dans les batteries se développe.
Magnésium Pas significatif au niveau mondial
Cobalt Pas significatif au niveau mondial
Bore -
27 Juillet 2016 IFiches par métaux
Des fiches pour chacun de ces métaux ont été établies résumant la production, la
demande, le prix, les applications et les acteurs clés.
28 Tableau de synthèse complet Juillet 2016 ISynthèse (1/2)
9 métaux ont été priorisés pour la suite de l’étude au regard de leur potentiel de
valorisation et de leur présence dans les eaux.
Potentiel de Présence dans les
Liste des métaux
Valorisation eaux cibles
Li, Cr, Mg, Mo, Ni
FORT A
conserver
Niveau d’intérêt
pour la
suite de
l’étude
Co, Be, B, V
MOYEN
K, Fe, Zn, Pb, Cd, Mn, Sr, Na, Ca,
FAIBLE Ti, Al, Hg, Cs, Ag, Zr, Sn, Rb, As
29 Juillet 2016 ISynthèse (2/2)
Les 9 métaux sélectionnés sont
stratégiques ou critiques pour des
applications particulières, notamment en
énergie, électronique, aéronautique,
médecine et chimie.
Demande
Il existe encore de la place sur le marché
de ces métaux, notamment en raison de
tensions sur la demande et du fait que la
=
Production
production n’est pas forcément située au
même endroit géographique que les lieux
de consommation
30 Juillet 2016 IExtraction et mise sur le marché
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Synthèse et recommandation
Annexes
31 Juillet 2016 IExtraction et mise sur le marché
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Chaine de valeur
Extraction / transformation
Mise sur le marché
32 Juillet 2016 IChaine de valeur
Pour aller de la ressource jusqu’au marché d’application, trois étapes sont à prendre en
compte : l’extraction, la transformation et la mise sur le marché.
Mise sur le
Ressources / Marchés
Extraction Transformation marché -
métaux d’application
trading
• A partir d’une matrice • Modification du métal • Commercialisation des
complexe, contenant de afin d’augmenter sa métaux purs ou des
nombreux métaux / pureté, de modifier sa alliages par des traders
éléments, extraction du forme pour aux utilisateurs finaux
métal d’intérêt correspondre aux
exigences du marché,
de l’associer à d’autres
métaux dans le cas
d’alliages
33 Juillet 2016 IActeurs (1/2)
Cette chaine de valeur se caractérise par une multiplicité d’acteurs spécifiques pour
chaque étape...
Ressources / Mise sur le Marchés
Extraction Transformation
métaux marché d’application
34 Juillet 2016 IActeurs (2/2)
… Mais également par des acteurs positionnés sur plusieurs étapes de la chaine de valeur.
Ressources / Mise sur le Marchés
Extraction Transformation
métaux marché d’application
Glencore est impliqué dans l’extraction « Nous ne faisons pas appel à des
des minerais, leur traitement et raffinage, traders puisque nous avons
pour la production de métal pur, développé notre propre pôle de
Vale prend en charge l’extraction du concentrés, produits intermédiaires et trading au sein de l’entreprise. »,
minerai dans les mines et produit ensuite alliages et leur vente. SamancorCr
du Nickel, du Cobalt et des ferroalliages.
Eramet prend en charge l’extraction du « Nous gérons l’extraction du minerai, sa purification,
minerai, sa transformation en produits la raffinerie en métal presque pur, et la vente aux
intermédiaires, et aussi la production de consommateurs finaux par le biais des différents
métal pur ou alliages de haute pôles de la compagnie. », Glencore
performance.
35 Juillet 2016 IExtraction et mise sur le marché
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Chaine de valeur
Extraction / transformation
Mise sur le marché
36 Juillet 2016 IExemples d’extraction de métaux
La valorisation de métaux contenus dans les eaux pétrolières et géothermales existe
d’ores et déjà.
« La compagnie Leslie Salt a géré le processus d’évaporation pour la récupération de sels minéraux à
partir des flux salins géothermaux à l’Imperial Valley en Californie dans les années 70’. », Recovery of
Minerals and Metals from geothermal fluids, W.L. Bourcier & Al., 2005
« Il existe des sites d’exploitation pétrolière et géothermale qui extraient
déjà des métaux de leurs eaux de process. », Eramet Research
« Il s’est produit un grand intérêt pour la récupération de silice à partir des flux géothermaux
en Nouvelle Zélande (Wairakei geothermal system), au Japon, en Russie et aux Etats-Unis
(Mammoth Lakes, California geothermal Plant). », Recovery of Minerals and Metals from
geothermal fluids, W.L. Bourcier & Al., 2005
37 Juillet 2016 IDéveloppement technologique à façon
Cependant, chaque cas est spécifique et nécessite un développement technologique à
façon.
« Les eaux en question sont très complexes. Il est impératif pour le dimensionnement
de connaître la matrice complète de la source. », Extracthive
Développement « La solution n’est pas sur étagère et une phase de développement sera nécessaire. Les
technologies d’aujourd’hui telles qu’elles sont ne sont pas adaptées à la complexité des eaux
technologique à ni à la dimension des sources. Du développement sera nécessaire. », Recupyl
façon
« D’un point de vue scientifique, l’extraction et valorisation de ces éléments est faisable.
Néanmoins, il n’existe pas une solution sur étagère. », Magpie Polymers
« Le choix d’une solution de gestion n’est jamais générique ni transposable. De plus, en pratique, les
installations ont rarement recours à une seule technique mais utilisent souvent des couplages de
procédés. », Bru K. (2006) – Etat de l’art des procédés de récupération sélective et de valorisation
des métaux présents dans les Drainages Miniers Acides des mines métalliques.
38 Juillet 2016 ITechnologies identifiées
6 technologies pouvant servir de base avant développement ad’hoc ont été identifiées
dans le cadre de l’étude.
Acteurs interrogés dans le cadre de
Nom technologie Principe
l’étude ouverts à discussion
Procédé dans lequel les ions d'une certaine charge contenus dans
Echange d’ions une solution (ex: cations) sont éliminés de cette solution par
adsorption sur un matériau solide (échangeur d'ions).
Phénomène de saturation d'un solvant vis-à-vis d'une espèce
Précipitation chimique. On peut faire précipiter un ion particulier d'un mélange
en jouant sur les conditions opératoires (pH, T°C, …).
Processus d'échange au cours duquel l'énergie électrique est
Electrolyse transformée en énergie chimique. La réaction a lieu dans une
solution d'eau chargée en ions : l'électrolyte.
Le principe est d'appliquer une pression P supérieure à la
Osmose inverse pression osmotique P° dans le compartiment à concentrer séparé
du compartiment d’eau pure par une membrane.
Evaporation L'évaporation consiste à chauffer la solution jusqu'à la
température d'évaporation de l'eau, afin de récupérer uniquement
Cristallisation les éléments (sels et autres) qui s'y trouvent.
Coagulation La coagulation est la déstabilisation de colloïdes par la
neutralisation des forces qui les tiennent séparées par addition
Floculation d'un réactif chimique, le coagulant.
39 Juillet 2016 I
Fiches par technologieCritères de choix d’une technologie
Le choix d’une technologie dépend de 3 paramètres clés, dont la concentration des
différents éléments contenus dans la source. « L’extraction des huiles contenues dans
La composition de la source les eaux pétrolières coûte cher. Ceci
- Concentration des éléments présents représente un investissement
Critères de choix d’une technologie
- Cinétique des différentes réactions chimiques supplémentaire. », Outotec
- Problème de masquage des métaux d’intérêt
« Plus le débit de la source est important,
plus l’investissement initial sera
Le débit de la source conséquent. », Extracthive
« L’installation de la technologie (pompes,
Le coût de la technologie réservoirs..) sur le site nécessite de la
- Coût du développement construction de l’infrastructure adéquate. »,
- Coût des infrastructures Outotec
- Coût d’exploitation
Il n’y a pas une technologie définie pour un métal en particulier, mais plusieurs technologies pouvant servir de base pour
l’extraction de ce métal.
« La solution finale sera une juxtaposition de plusieurs technologies déjà développées », Recupyl
40 Juillet 2016 IEtape de concentration
La teneur en métaux d’intérêt étant faible, il peut être nécessaire de rajouter une étape de
concentration.
« Afin de pouvoir extraire les métaux les plus valorisables, il faut s’affranchir
des métaux très présents comme le calcium, le sodium en les extrayant et en
concentrant par la suite la solution. », Chalmers University of Tehcnology
Importance « Pour chaque source, il faudra déterminer les métaux prioritaires à valoriser
d’une étape de car tous les éléments ne seront pas valorisables à chaque fois en vue de leur
concentration et de la matrice dans laquelle ils baignent. », Eramet Research
concentration
« De faibles concentrations mènent à des produits fins (produit peu mélangé et
faible granularité), mais la teneur doit être suffisamment importante pour
pouvoir faire une extraction sélective. Il faut donc procéder à une concentration
de la solution. », Outotec
41 Juillet 2016 ICoût du procédé d’extraction
Le coût du procédé d’extraction dépend directement de la composition initiale des eaux
contenant les métaux d’intérêt et doit donc être étudié au cas par cas.
Le coût du procédé d’extraction est à définir au cas par cas
« Le coût du processus d’extraction dépend directement de la
composition des eaux et de la concentration de chaque
élément. », Eramet Research
3 facteurs influençant le coût du procédé
« Avant de pouvoir établir le coût de l’extraction, il faut faire une
Composition de la source étude préliminaire pour comprendre les différentes réactions se
produisant dans chaque cas, et les technologies applicables. »,
Recupyl
Technologie choisie et
R&D associée « Plus le débit de la source est important, plus l’investissement
initial sera conséquent. », Extracthive
Débit de la source « La partie la plus conséquente des coûts est liée à
l’investissement initial. », Recupyl
42 Juillet 2016 IForme finale du métal d’intérêt
La forme finale de l’élément ne dépend pas uniquement de la technologie utilisée pour
l’extraire mais surtout de la composition initiale de la source.
Forme finale du métal d’intérêt dépendant de la matrice initiale …
« Un élément particulier pourra dans certains cas être extrait de manière
valorisable. Cela dépend de la matrice initiale dans laquelle il est inclus et des
caractéristiques de la source. », Extracthive
« Il est impossible de prévoir la forme sous laquelle se trouveront les éléments après
extraction sans une étude approfondie : des interférences entre les éléments se
produisent et elles dépendent de la matrice à chaque étape. », Recupyl
… et de la technologie d’extraction utilisée
« De part les réactifs utilisés par une technologie donnée (additifs chimiques,
réaction redox…), les éléments se trouveront sous une forme ou sous une
autre. », Recupyl
43 Juillet 2016 ITransformation des métaux
De plus, les métaux peuvent être modifiés pour modifier leur forme initiale ou les associer
à d’autres métaux afin de renforcer les propriétés des alliages.
Métaux Transformation Renforcer les propriétés des alliages (résistance à la température, à la corrosion, augmenter la dureté, …)
Bore Utilisé comme additif en sidérurgie pour modifier les propriétés de certains alliages.
Béryllium -
Ce métal pur est principalement utilisé pour la production d'alliages de Mg, alliages de Al et comme agent de
Magnésium
réduction.
Cobalt Composant des aciers spéciaux, des alliages à vocation structurale et magnétique, des superalliages
Nickel La principale utilisation du Nickel est la production d'alliages et superalliages.
Il est utilisé comme additif dans la production de superalliages à base de Nickel ou de Cobalt afin d'augmenter
Chrome
la résistance à la corrosion (notamment à haute température) et la résistance mécanique.
La principale utilisation du molybdène, à près de 80 %, est le renforcement de la résistance mécanique des
Molybdène
aciers, à haute température, en formant des carbures durs et stables, et leur résistance à la corrosion.
Le vanadium est utilisé principalement pour les aciers (~90% de la consommation). Le vanadium est
Vanadium
également employé dans des alliages de titane utilisés entre autres dans l’aéronautique
Lithium -
44 Juillet 2016 I
Focus sur les acteurs de la transformationSynthèse
Chaque cas d’extraction d’un métal est
spécifique ; des développements à façon
de procédés sont donc nécessaires et un
calcul de coût de procédés au cas par cas
est à effectuer.
De nombreux acteurs proposent une ou
plusieurs des 6 technologies d’extraction
identifiées et sont ouverts pour poursuivre
les discussions et monter des études de
faisabilité.
45 Juillet 2016 IExtraction et mise sur le marché
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Extraction et mise sur le marché de ces métaux
Chaine de valeur
Extraction / transformation
Mise sur le marché
46 Juillet 2016 ITypologies d’acteurs (1/2)
Une fois ces métaux extraits, purifiés et transformés, deux typologies de traders existent
en fonction de leur taille ...
Traders identifiés B Be Co Cr Li Mg Mo Ni V
Traxys
spécialisés
Goodfellow
Non
IndiaMart
Cronimet
MMTC
Ugitech
AMG Metal Trading
Spécialisés
Cofermin
Mitsui & Co
Asia Steel & Metals
GECX Group
Standard Bank Group
Koch Industries
47 Juillet 2016 ITypologies d’acteurs (2/2)
… et de leur localisation géographique.
Traders identifiés B Be Co Cr Li Mg Mo Ni V
Traxys
spécialisés
Goodfellow
Non
IndiaMart
Cronimet Les traders non spécialisés commercialisent un
grand nombre de métaux et sont généralement de
MMTC grande taille et implantés au niveau mondial
(Traxxys) ou alors positionnés sur une zone
Ugitech
géographique clé de consommation (IndiaMart).
AMG Metal Trading
Spécialisés
Cofermin
Mitsui & Co
Asia Steel & Metals Les traders spécialisés commercialisent de 1 à 3
métaux et sont majoritairement de petite taille.
GECX Group
Standard Bank Group
Koch Industries
48 Juillet 2016 IAttentes des traders – pureté des métaux
Les traders non spécialisés ont besoin d’une pureté de 99% alors que les traders
spécialisés sont prêts à accepter des puretés plus faibles et des intermédiaires.
« La pureté des métaux dépend de la demande du client mais est toujours
autour de 99% de pureté. », TRAXYS
Les traders de grande
taille souhaitent des
« Nous achetons des métaux qui respectent les standards fixés par la
métaux purs répondant LME. », Koch Industries
aux exigences de la
bourse dans laquelle
« La plupart du temps nous achetons des métaux raffinés avec des
ces métaux sont côtés. puretés de l’ordre de 99,9%. », Standard Bank Group
« D’une manière générale, la forme sous laquelle nous commercialisons
Les traders de petite le Chrome est du sable à des teneurs de 44 à 54% en Chrome. »,
taille sont moins COFERMIN
regardant et acceptent
des minerais, des « On achète tous ces éléments sous différentes forme et on les
produits intermédiaires commercialise même en très petites quantités. », Goodfellow
et des métaux purs.
49 Juillet 2016 IAttentes des traders – quantité
Les quantités requises par un trader varient entre le millier et la centaine de milliers de
tonnes en fonction de la qualité du métal.
« D’une manière générale, nous avons des contrats pour des
« On signe de nouveaux contrats fournisseurs pour
dizaines de milliers de tonnes par an pour les petits métaux et des
quelques tonnes à des dizaines de milliers de tonnes par
centaines de milliers de tonnes par an pour les métaux les plus
an. », COFERMIN
communs. », TRAXYS
« Nos clients achètent de 1kt à 10kt de produits Variation des « La qualité est un facteur décisif : plus le produit
intermédiaires par an, en fonction de la qualité du quantités et des est fin, plus faibles sont les quantités que les
produit.», SamancorCr acteurs achètent.», SamancorCr
formes requises
« La quantité moyenne achetée à nos fournisseurs
varie entre 30 et 80kt/an. », COFERMIN
50 Juillet 2016 IIntérêt des traders
Les traders contactés étaient majoritairement ouverts à de nouvelles sources de métaux et
donc enclins à poursuivre la discussion avec les partenaires de l’étude.
« Nous sommes toujours intéressés par de nouvelles
sources d’approvisionnement, moyennant la qualité du
produit et les spécificités fixées par les clients. »
Ouverture des traders « Nous achetons tous les métaux que vous proposez
à de nouvelles sous diverses formes en fonction de la demande de nos
clients. Le plus souvent, on gère des petites quantités à
sources de métaux grande pureté. »
« Si le produit respecte les spécificités établies par la
bourse de Londres en termes de pureté et spécificités,
on achète à partir de quelques dizaines de tonnes par
an. »
51 Marché du Nickel plus fermé et exigeant. Juillet 2016 IMessages clés
Les traders de grande taille, localisés au
niveau mondial, ne sont pas spécialisés sur
un métal en particulier. Ils ont des attentes
de pureté de 99% et de quantités Tous sont
conséquentes supérieures à des milliers de globalement ouverts
tonnes. à de nouvelles
sources de métaux.
Les traders de plus petite taille, sont eux
souvent localisés à un endroit précis et
spécialisés sur un ou deux métaux. Ces
traders sont plus souples en termes
d’attentes que ce soit en pureté ou en
quantité.
52 Juillet 2016 ISynthèse et recommandation
Contexte, objectifs et méthodologie
Sélection des métaux d’intérêt
Analyse du circuit de valorisation de ces métaux
Synthèse et recommandation
Annexes
53 Juillet 2016 IMétaux d’intérêt
Sur les 29 métaux identifiés dans les eaux ciblées, 9 ont été considérés comme d’intérêt ;
ils permettent d’adresser 5 marchés en développement.
29 métaux
Quelles concentrations dans les eaux cibles ?
Quel ratio production / demande ?
Quelles applications ?
Quel prix de vente ?
5 marchés cibles
9 métaux d’intérêt
Aéronautique Médical Energie
Electronique Chimie
54 Juillet 2016 INouveaux entrants
De nouveaux entrants peuvent encore se positionner sur la production de ces 9 métaux.
Une production de ces métaux laissant encore de la place à de nouveaux entrants
• Une multiplicité de secteurs d’application pour ces métaux qui sont en développement
(métaux critiques ou stratégiques pour ces applications)
• Des besoins du marché non satisfaits même en prenant en compte les efforts de
recyclage en cours (tension sur la ressource)
• Un décalage entre les lieux de production et les lieux de consommation
• Une ouverture des traders à de nouvelles sources de production
55 Juillet 2016 IChoix d’une technologie d’extraction
6 technologies d’extraction sont utilisables mais des développements à façon sont
nécessaire pour s’adapter à la composition de l’eau contenant les métaux d’intérêt.
Technologies d’extraction Développement à façon
Pour chaque source, une phase de
6 technologies développement est nécessaire en
partant des technologies déjà
3 critères de choix maitrisées comme base, et en faisant
Composition de la des adaptations au cas par cas.
source
Etudes de faisabilité
Débit de la source
Pour faire face aux particularités de
chaque matrice en termes de
Coût de la technologie
composition et de paramètres
physiques (T°, pH, pression), il est
nécessaire de faire des études de
faisabilité en laboratoire et in situ.
56 Juillet 2016 IRecommandation
ALCIMED recommande au consortium d’évaluer la rentabilité économique des métaux
présents dans les eaux pétrolières et géothermales.
Quels métaux d’intérêt pour les partenaires de l’étude afin de générer de la
valeur ?
Et ses partenaires Comment développer cette nouvelle activité ?
RECOMMANDATION D’ALCIMED
Evaluer la rentabilité économique des métaux pouvant
être présents dans les eaux pétrolières et géothermales
Doser les 9 métaux identifiés comme clés dans le cadre de cette étude
Définir le procédé d’extraction le plus adapté techniquement
Réaliser un bilan économique au regard du coût du procédé et de la
demande
57 Juillet 2016 IProchaines étapes – analyses d’échantillons d’eau
A partir des devis établis par le Pôle AVENIA, sélectionner les échantillons d’eau d’intérêt
et réaliser les analyses sur les 9 métaux sélectionnés.
2 devis Conditions Action à prendre
165,56 € par unité
(-15% pour série de 10 à Choix entre ces
15 échantillons et -30%
pour plus de 20 prestataires
échantillons)
319,80 € TTC par unité Réalisation des
(-10% pour plus de 10 analyses
échantillons et -20% pour (concentration, forme, …)
plus de 20 échantillons.)
58 Juillet 2016 IProchaines étapes – étude de faisabilité
Lancer une étude de faisabilité technique et économique avec un des acteurs identifiés.
Questions clés
Faire appel à un spécialiste de Quel métal est le plus intéressant à valoriser au
l’extraction regard du marché et des spécificités de la source en
question (composition, réactions chimiques…) ?
Quelles sont les technologies disponibles et quel est
le développement restant pour les adapter à ce cas
d’étude ?
Quels sont les acteurs positionnés sur cette activité ?
OU Lesquels choisir comme partenaires et comment les
Faire appel à un acteur ayant intégré choisir ?
toute la chaîne de valeur
Quel est l’ordre de grandeur de l’investissement initial
/ du coût de fonctionnement ?
Quel retour sur investissement envisager ?
…
59 Juillet 2016 IProchaines étapes – bilan économique
Une fois la faisabilité validée, effectuer un bilan économique en prenant en compte les
coûts du procédé et le chiffre d’affaires potentiel associé.
Coût du procédé
Chiffre d’affaires -
-
Coûts des installations
Coûts de maintenance
potentiel - Coûts de fonctionnement
(réactifs)
- Marchés d’applications à - Temps de fonctionnement
viser en priorité
- Partenaire clé
- Demande
- Chiffre d’affaires
Bilan économique
60 Juillet 2016 IProchaines étapes – collaboration avec ALCIMED
ALCIMED peut continuer à vous accompagner jusqu’à la mise en place de pilotes
d’extraction.
Identification du meilleur partenaire pour
mener à bien l’étude de faisabilité
Assistance à maitrise d’ouvrage dans le cadre
de l’étude de faisabilité
Réalisation du bilan économique et du design
du pilote / recommandation sur l’intérêt ou
non de lancer la valorisation de l’eau ciblée
61 Juillet 2016 IContacts
N’hésitez pas à contacter ALCIMED à n’importe quel moment si vous avez des questions
sur nous ou sur comment nous pourrions vous aider.
Laurie Rey
Responsable de missions
Laurie.rey@alcimed.com
05 62 30 38 22
Suivez-nous sur Twitter: Suivez-nous sur Linkedin:
Paris : +33 1 44 30 44 30 – Lyon : +33 4 37 48 22 00 – Toulouse : +33 5 62 30 38 50
Lausanne : +41 21 317 5870 – Koln: +49 221 946 0742– Brussels : +32 253 303 40
London: +44 207 749 34 90 – Singapore: +65 6809 3855 – Princeton: +1 609 514 01 45
62 www.alcimed.com / contact@alcimed.com Juillet 2016 IAnnexes
page
Liste de contacts – phase 1 64
Sources bibliographiques – phase 1 65
Liste de contacts – phase 2 67
Sources bibliographiques – phase 2 68
Métaux non sélectionnés 69
Focus sur la transformation 71
Focus sur le marché du nickel 72
63 Juillet 2016 IAnnexes
Liste de contacts - Phase 1
Typologie Société
Laboratoire de recherche CREGE
Leader d’opinion BRGM
Laboratoire de recherche BRGM
Laboratoire de recherche Chalmers University of Technology, Sweden
Laboratoire de recherche CERIA
Centre de Ressources Pédagogiques en Chimie :
Leader d’opinion
Économie et Industrie
Laboratoire de Recherche CNRS
Trader Cofemin
Technologies d'extraction Lenntech Water treatment
Trader TRAXYS
Leader d’opinion USGS
64 Juillet 2016 IAnnexes
Sources bibliographiques - Phase 1 (1/2)
Titre Auteur
Main characteristics of the deep geothermal brine (5 km) at Soultz-sous-Forêts (France)
Bernard Sanjuan , Romain Millot, Chrystel Dezayes, Michel Brach
determined using geochemical and tracer test data
Peter W. Swarzenski , Mark Baskaran , Robert J. Rosenbauer , Brian
A Combined Radio- and Stable-Isotopic Study of a California Coastal Aquifer System
D.Edwards and Michael Land
Geochemistry of Metallic Trace Elements in Surficial Sediments of the Gulf of Morbihan,
M. C. ong & Al.
Brittany, France
DETERMINATION OF HEAVY METALS IN CHOAPA RIVER SEDIMENTS USING BCR
SEQUENTIAL SYLVIA V. COPAJA1, XIMENA MOLINA AND ROXANA TESSADA
EXTRACTION PROCEDURE
Study of potential environmental risk of metallic trace elements in mine tailings: case of
Barkouch Y., Yannick F., Pineau A.
Sidi Bou Othmane abandoned mine in Marrakech - Morocco
Application of the principal component analysis (PCA) for the assessment of the I. Chaouki, L. Mouhir, M. Fekhaoui, A. El Abidi, A. Bellaouchou, M. El
wastewater industrial qualityof the Salam Gas – Skhirat Morhit
Mapping of Iodine, Lithium and Strontium in Oilfield Water of Cambay Basin, Gujarat Babular R. & Al.
Hassan Taghipour, Mohammad Mosaferi , Mojtaba Pourakbar,
Heavy Metals Concentrations in Groundwater Used for Irrigation
Feridoun Armanfar
État du développement technologique en matière d'enlèvement des métaux des effluents
J. F. Blais, S. Dufresne et G. Mercier
industriels
Global Chemicals Outlook UNEP
Optimization of operation conditions for extracting lithium ions from calcium chloride-
Hong-jun Yang & Al.
type oil field brine
65 Juillet 2016 IAnnexes
Sources bibliographiques - Phase 1 (2/2)
Titre Auteur
Évolution des prix de divers métaux et autres substances minérales entre janvier 2002
BRGM
et juillet 2015
Approvisionnements en métaux critiques Blandine Barreau & Al.
Panorama 2011 du marché du Lithium BRGM 2012
Opérations minières et développement durable : apport de la biohydrométallurgie BRGM
MetalMiner Annual Metals Outlook - 2016 Metal Miner
A closer look at Magnesium Zimtu Research
Quarterly Metals Report – January 2015 Sucden Financial
PROSPECTIVE Mutations économiques du secteur de l’industrie des métaux non ferreux
Pipame et DGE
– Rapport Final
Facteurs de criticité et stratégies publiques française et européenne. Enjeux et réponses Christian Braux, Patrice Christmann.
On the review of the list of critical raw materials for the EU and the implementation of
European Commission
the Raw Materials Initiative
66 Juillet 2016 IAnnexes
Liste de contacts - Phase 2
Typologie Société Typologie Société
Extraction Samancor Trader Cargill
Extraction OUTOTEC Laboratoire de recherche CERIA
Extraction Magpie Polymers Transformateur Aubert & Duval
Extraction CODELCO Extraction RECUPYL
Institut Jean Lamour - Université de
Extraction Extraction Extracthive
Lorraine
Affinerie CCR
Extraction NOVACHIM (CRITT Chimie et Matériaux) Transformateur
(Glencore PLC)
Trader Standard Bank Group Transformateur Goodfellow Cambridge Ltd
Trader Koch Industries Leader d’opinion extraction Eramet Research
Trader Noble Group Transformateur ERAMET
67 Juillet 2016 IAnnexes
Sources bibliographiques - Phase 2
Titre Auteur
Adsorption des métaux lourds (Cu, Zn, Cd et Pb) par les sédiments superficiels d'un cours
B. Serpaud, R. Al-Shukry, M. Casteignau et G. Matejka
d'eau : rôle du pH, de la température et de la composition du sédiment
La Biolixiviation : des bactéries au service de la production des métaux Patrick d’Hugues (BRGM)
L’Hydrométallurgie Jean-Louis Vignes, Yves Jehanne
PROSPECTIVE Mutations économiques du secteur de l’industrie des métaux non ferreux – Annexe :
Pipame et DGE
R&D et Innovations Technologiques
Study of pH Influence on Selective Precipitation of Heavy Metals from Acid Mine Drainage Magdalena Balintova, Aneta Petrilakova
Removal of Heavy Metals Using Chemicals Precipitation Dr.Mahmood M. BrbootI, Dr. Balasim A. AbiD & Dr. Najah M. Al-ShuwaikI
Solvent extraction for metal and water recovery from industrial wastes and effluents Marcelo Borges Mansur - UFMG
GEOTHERMAL WATERS: A SOURCE OF ENERGY AND METALS Dr A.P.W. Hodder (Department of Earth Sciences, University of Waikato)
Les procédés de concentration des effluents aqueux – Etat de l’art RECORD, Mars 2013
Etat de l’art des procédés de récupération sélective et de valorisation des métaux présents dans les
BRGM Sept. 2006
Drainages Miniers Acides des mines métalliques
68 Juillet 2016 IAnnexes
Métaux non sélectionnés (1/2)
16 métaux n’ont pas été sélectionnés en raison de leur faible potentiel de valorisation :
balance entre demande, surproduction actuelle et faible prix de vente.
Métal Production Demande Prix Métal Production Demande Prix
Fe, Cu, Ag Na, Cs, K
Zn Ba
Mn Sr
Ti Rb
Al Ca
Sn Zr
« Les petits éléments tels que le Rubidium, le Zirconium
ou le Césium par exemple sont présents en trop faibles
quantités pour que leur extraction soit rentable en vue de
leur prix sur le marché. », chercheur au CREGE
69 Tableau de synthèse détaillé Juillet 2016 IAnnexes
Métaux non sélectionnés (2/2)
4 métaux n’ont pas été sélectionnés car ils correspondent à des métaux toxiques, et leur
valorisation n’a pas d’intérêt.
« Les métaux toxiques ont un impact
sanitaire important. Cependant vos eaux
ne sont pas destinées à la consommation
ni recyclées. Leur potentiel de valorisation
Métal Production Demande Prix
et leur teneur étant faibles, leur extraction
Pb n’a que peu d’intérêt.», CNRS
Cd
Hg
As
« Les limitations croissantes concernant
les éléments toxiques rendent le marché
de ces métaux de plus en plus restreint.
Dans ce cas particulier, l’extraction semble
sans intérêt.», CREGE
70 Tableau de synthèse détaillé Juillet 2016 IAnnexes
Focus sur la transformation
Peu d’acteurs sont aujourd’hui positionnés sur la transformation du B, Be, V, à l’inverse
des autres métaux qui sont couverts par de nombreux acteurs.
Métaux Acteurs identifiés sur les étapes de transformation des métaux
Bore Borochemie, ETI Maden
d’acteurs
Nombre
limité
Béryllium NGK Berylco, Materion
Vanadium Glencore, Evraz
Magnésium Opta Minerals, CMC, US Magnesium,
Multitude d’acteurs
Lithium Eramet, Saft Batteries, Nemaska Lithium, SQM, Talisan Lithium
Chrome Aubert & Duval, Opta Minerals, Stainless, Delachaux, Glencore, ASB Industries
Molybdène Molymet, Stainless, Glencore, Ugitech, China Molybdenum
Nickel Aubert & Duval, Norilsk Nickel, Elgiloy, Eramet, Stainless, Vale
Cobalt Elgiloy, Eramet, Stainless, Vale, Glencore
71 Juillet 2016 IAnnexe
Focus sur le marché du Nickel
Le marché du Nickel est plus concurrentiel et par conséquent de grosses quantités et des
puretés élevées sont exigées.
« Les échanges de Ni se font sur la base de
100t/an/fournisseur à une pureté maximale
selon les standards fixés par la LME. » , Koch
Ni Industries
« Nos transactions comptent des centaines de
milliers de tonnes de Ni contenu à très grande
Quantités demandées conséquentes pureté. C’est un marché assez stable avec un grand
nombre d’acteurs. » , Standard Bank Group
Pureté élevée
Risque de non intérêt des
traders au regard des
Nombreux acteurs caractéristiques des métaux
des eaux ciblées
72 Juillet 2016 IVous pouvez aussi lire
