Les catalyseurs automobiles usés: une ressource secondaire en métaux précieux
Dans un contexte où la demande en métaux du groupe du platine (MGP) s’accroît et que les ressources sont limitées, on ne peut qu’avoir recours à l’exploitation de gisements pour répondre à nos besoins. Une stratégie de circularité de la matière est à préconiser en parallèle. Les catalyseurs automobiles usés constituent une réserve en platine (Pt), palladium (Pd) et rhodium (Rh). Via des procédés propres, leur recyclage permet de maximiser l’utilisation de ces éléments.
Où trouver le platine?
L’Afrique du Sud est le plus grand producteur de MGP, suivi de la Russie et du Canada. La production minière canadienne demeure toutefois modeste et est concentrée dans les provinces de l’Ontario et du Québec. En 2020, l’exploitation minière représentait environ 69% du stock mondial de MGP. Le pourcentage restant provenait du recyclage de produits.
La fabrication de convertisseurs catalytiques utilisés dans les systèmes d’échappement des véhicules à moteur à combustion interne (MCI) représente la principale utilisation des MGP. La demande dans ce secteur est en croissance en raison de réglementations environnementales de plus en plus exigeantes et à une augmentation du nombre de camions légers en circulation. Bien que la mobilité électrique soit en progression, les véhicules à MCI demeureront présents sur les routes pendant encore plusieurs années. Ainsi, les pots catalytiques usés représentent une importante ressource secondaire dans laquelle les concentrations en Pt, Pd et Rh sont maintes fois plus élevées que celles des gîtes naturels.
Rôles des convertisseurs catalytiques
En théorie, la combustion de l’essence et du diesel génère de la vapeur d’eau et du gaz carbonique, tous deux non toxiques bien que le dernier contribue à l’effet de serre. Malgré l’amélioration continue de la qualité des carburants et des moteurs, la combustion demeure incomplète et conduit à l’émission de composés nocifs tels que du monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures (CnHm) et des oxydes d’azote (NOx).
Afin de réduire l’impact de ces émissions sur l’environnement, un catalyseur est placé sur le trajet des gaz émis par le moteur. Les gaz polluants y sont convertis rapidement par la présence de MGP et d’oxyde de cérium (CeO2). Les pots catalytiques classiques sont constitués d’une coque en acier inoxydable et d’un monolithe d’une structure en nid d’abeille. Ce dernier est composé de cordiérite (Mg2Al4Si5O18) enduite d’alumine (Al2O3) sur laquelle sont imprégnés les métaux précieux.
Récupération des MGP
Le prix élevé des MGP rend le processus de récupération rentable, et par conséquent, quelques entreprises à travers le monde ont développé des procédés métallurgiques qu’ils exploitent à l’échelle commerciale. La voie pyrométallurgique est traditionnellement utilisée, laquelle consiste à concentrer dans un premier temps les MGP. Le principe est de faire fondre le monolithe et de recueillir les métaux sous forme d’alliage MGP-extractant. La fusion est obtenue à très haute température d’où une consommation énergétique élevée. Aussi, le traitement thermique requiert l’usage d’une grande quantité de fondant dont la masse s’additionne à celle des composantes résiduelles du monolithe. Le produit secondaire généré peut atteindre jusqu’à trois fois la masse initiale traitée. En raison du caractère non noble du cérium, son recouvrement par cette approche est problématique. Une étape de raffinage permet ensuite d’isoler et de séparer les MGP.
Au Québec, il n’y a pas de législation spécifique concernant la collecte et le recyclage des pots catalytiques usés. Il existe toutefois un guide visant à encadrer la gestion des véhicules hors d’usage (VHU), lequel est suivi par les membres de l’Association des recycleurs de pièces d’autos et de camions du Québec (QRPAC). Ce document a pour objectif principal de fournir un outil permettant de s’assurer que chaque étape des activités de recyclage des VHU s’effectue dans le respect de la Loi sur la qualité de l’environnement (LQE) et des règlements qui s’y rattachent. Comme les pots catalytiques ont de la valeur, ils sont rachetés par des recycleurs, comme Métonor Inc. situé à Laval. Sur place, ils sont « décannés », broyés, puis analysés par lot afin d’établir la teneur en éléments.
Métonor expédie ensuite la matière broyée au Japon chez DOWA Metals & Mining, une coentreprise de NIPPON PGM. Environ 50 000 tonnes sont acheminées par an. DOWA a développé une méthode pour récupérer les MGP par voie pyrométallurgique. Le Japon a pris conscience que des milliers de « mines urbaines » dans l’archipel regorgent de terres rares et autres métaux précieux. Ce pays impose peu à peu sa prééminence dans l’économie circulaire des métaux.
Au Canada, selon l’information disponible, on ne répertorie pas d’usine de grand gabarit qui récupère les MGP contenus dans les catalyseurs automobiles usés. Les recycleurs envoient le matériel à l’étranger dans une de leur filiale de traitement ou dans celle d’une tierce compagnie. Son transport sur de longues distances engendre un stress environnemental significatif.
Quelques projets de développement de procédés ont vu le jour au pays dans les dernières décennies mais n’ont pas atteint l’étape de commercialisation, du moins, en territoire canadien.
Maximiser le recyclage
Si la collecte et le traitement primaire des catalyseurs classiques usés s’effectuent en province, le processus de récupération des MGP est pour sa part réalisé à l’extérieur du pays. Nous aurions intérêt à le faire à l’échelle provinciale ou nationale notamment en raison du tonnage de cette ressource collectée par l’ensemble des recycleurs et de la concentration en Pt, Pd, Rh, cérium et aluminium qu’elle contient.
On dénombre aussi plusieurs autres avantages :
- réduction des gaz à effet de serre et polluants liée au transport de la matière;
- indépendance face aux pays détenant une importante quote-part de la production mondiale. C’est le cas par exemple de l’Afrique du Sud pour le platine;
- évitement de fortes variations du cours des métaux;
- création d’emplois locaux qui stimulent l’économie.
Sur le plan technique, les procédés métallurgiques utilisés actuellement sont parfois sans égard pour l’environnement. L’objectif est dans développer de plus propres qui optimisent la consommation des intrants et utilisent des technologies économes en énergie. Les résidus générés doivent à leur tour constituer de potentiels produits secondaires valorisables de sorte que la seconde boucle de recirculation ait aussi un bénéfice environnemental. Les travaux devraient s’étendre à la récupération du cérium et de l’aluminium afin de maximiser le circuit de recyclage. Toutes les combinaisons d’approches sont à considérer : concentration physique, pyro-, hydro- et électro- métallurgie.
En parallèle, d’autres composantes automobiles pourraient faire l’objet de recyclage pour leur teneur en platine ou autres éléments du groupe du platine, tels que les sondes lambdas et les filtres à particules de suie des gaz d’échappement des véhicules à moteur diesel. Que de beaux défis!
Références
- Faits sur les métaux du groupe platine, Ressources naturelles Canada, Mars 2022.
- NIPPON PGM.
- S. Karim et al., Recycling pathways for platinum group metals from spent automotive catalyst, Resources, Conservation & Recycling, 2021.
- R. Panda et al., Commercial Processes for the Extraction of Platinum Group Metals, The Minerals, Metals & Materials Society, 2018.
- R. Rumpold et al., Recycling of platinum group metals from automotive catalysts by an acidic leaching process, The southern african institute of mining and metallurgy, Platinum 2012.
- PCT/JP2012/050573, Method for recovering PGM, DOWA Metals & Mining Co., Ltd.
- Guide de bonnes pratiques pour la gestion des véhicules hors d’usage, MDDELCC, Direction des matières résiduelles, Révisé en février 2018.
Ressources contactées: Association canadienne des industries du recyclage, Association des recycleurs de pièces d’autos et de camions du Québec, Métonor Inc., Recyc-Québec, Ressources naturelles Canada.
Photos: Courtoisie de Métonor Inc.
Laury Gauthier
Développement de procédés de transformation, Secteurs minéral et environnement
