REEcycling™ HEAVY
RARE EARTH OXIDES
(Canadian Patent 2,878,486 C)
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REEcycling™ OXYDES
de TERRES RARES
(Brevet Canadien 2,878,486 C)
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PROCESS FOR RECYCLING
RARE EARTH FROM END-OF-LIFE FLUORESCENT LAMP PHOSPHORS POWDER
Download the BILINGUAL
BROCHURE on the
RECYCLING OF RARE EARTH from FLUORESCENT
LAMPS
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file (5.5 MB)]
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PROCÉDÉ DE RECYCLAGE
DES TERRES RARES À PARTIR DE POUDRE DE LUMINOPHORES DE LAMPES
FLUORESCENTES
Télécharger la BROCHURE BILINGUE sur la
RECYCLAGE
DES TERRES RARES de LAMPES FLUORESCENTES
[Fichier
PDF (5.5 Mo)]
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OUTLINE
-
BACKGROUND
& CURRENT SITUATION
- CHALLENGES
-
PILOT TESTING
- RECYCLING
vs. MINING
-
PERFORMANCES
-
TECHNICAL BENEFITS
- FEEDSTOCKS
& RAW MATERIALS PROCESSABILITY
-
ENVIRONMENTAL
BENEFITS
-
ECONOMIC
BENEFITS
- INTELLECTUAL
PROPERTY (IP) - CANADIAN PATENT
- PRESS
RELEASE
|
PLAN
-
FONDEMENTS
& SITUATION ACTUELLE
- LES DEFIS
-
ESSAIS PILOTE
- COMPARAISON
DU RECYCLAGE vs. PROJET MINIER
-
LES PERFORMANCES
-
LES AVANTAGES
TECHNOLOGIQUES
- MATIÈRES
PREMIÈRES QUI PEUVENT ETRE TRAITÉES
-
LES
AVANTAGES
ENVIRONNEMENTAUX
-
LES
AVANTAGES ÉCONOMIQUES
-
- COUPURES
DE PRESSE
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This
chemical REEcycling™ process invented by François Cardarelli addresses
the recovery of rare earth metal oxides such as terbium, europium,
yttrium, lanthanum and cerium oxides from the phosphors powder
originating from
the
recycling of end-of-life fluorescent lamps and light
bulbs, cathode ray tubes and other industrial wastes
containing rare earths elements in the form of halophosphates, tri-band
phosphors and other fluorescent materials.
The
process consists: (1) to submit the wastes or spent materials to either
caustic fusion or hot alkaline leaching; (2) to perform the hot
alkaline leaching of the solidified melt to produce insoluble solid
residues and a barren alkaline leaching solution; (3) to recover the
tri-basic sodium phosphate by crystallization from the barren solution;
(4) to oven-dry or calcine the insoluble solid residues; (5) to perform
the hot acid leaching of the oven-dried or calcined solids; (6) to
recover the cerium (IV) oxide from insoluble solids; (7) to reduce the
cerium-free solution, precipitate, acid leach, precipitate, calcine and
recover the europium (III) oxide; (8) to precipitate the remaining rare
earths as oxalates; (9) to calcine the rare earths oxalates and
dissolve the rare earths oxides in acid; (10) to separate the
lanthanium, yttrium,
gadolinium, terbium and lutetium by ion exchange (IX) or solvent
extraction (SX); (11) to precipitate and calcine the pure oxalates to
yield pure yttrium (III) oxide, gadolinium (III) oxide, terbium (III,
IV) oxides, and lutetium (III) oxide; (12) Finally, to regenerate the
spent alkaline solution after causticizing with calcium
oxide or calcium hydroxide and
recycle it back to the
upstream process.
The process was invented by François Cardarelli and it is
entitled PROCESS FOR RECOVERING
RARE EARTH OXIDES FROM PHOSPHORS, FLUORESCENT LAMPS AND LIGHT BULBS,
CATHODE RAY TUBES AND OTHER INDUSTRIAL WASTES is now
patented and enforced in Canada Canadian Patent CA
2,878,486 C [PDF file (1.84 MB)]. |
Le procédé REEcycling™ inventé par François Cardarelli concerne la
récupération des oxydes de métaux
des terres rares tels que les oxydes de terbium, d'europium, d'yttrium,
de lanthane et de cérium à partir de la poudre de luminophores
provenant du recyclage des lampes fluorescentes et des ampoules
électriques en fin de vie, des tubes à rayons cathodiques et d'autres
déchets industriels contenant éléments de terres rares sous forme
d'halophosphates, de luminophores tri-bandes et d'autres matériaux
fluorescents.
Le
procedes consiste: (1) à soumettre les déchets ou les matériaux à
une fusion caustique ou à une lixiviation alcaline à chaud; (2)
effectuer la lixiviation alcaline à chaud de la masse fondue solidifiée
pour produire des résidus solides insolubles et une solution de
lixiviation alcaline stérile; (3) récupérer le phosphate de sodium par
cristallisation à partir de la solution stérile; (4) sécher au four ou
calciner les résidus solides insolubles; (5) effectuer la
lixiviation à chaud des solides séchés au four ou calcinés; (6)
récupérer l'oxyde de cérium (IV) à partir de solides insolubles; (7)
réduire la solution sans cérium, précipiter, lixivier à l'acide,
précipiter, calciner et récupérer l'oxyde d'europium (III); (8)
précipiter les terres rares restantes sous forme d'oxalates; (9)
calciner les oxalates des terres rares et dissoudre les oxydes des
terres rares dans l'acide; (10) pour séparer le lanthanium, l'yttrium,
le gadolinium, le terbium et le lutétium par échange d'ions ou
extraction par solvant; (11) pour précipiter et calciner les oxalates
purs pour donner de l'oxyde d'yttrium (III) pur, de l'oxyde de
gadolinium (III), des oxydes de terbium (III, IV) et de l'oxyde de
lutétium (III); (12) Enfin, pour régénérer la solution alcaline usée
après caustification avec de l'oxyde de calcium ou de l'hydroxyde de
calcium et la recycler en amont.
Le procédé
a été inventé par François Cardarelli
et il porte la dénomination PROCESS FOR RECOVERING
RARE EARTH OXIDES FROM PHOSPHORS, FLUORESCENT LAMPS AND LIGHT BULBS,
CATHODE RAY TUBES AND OTHER INDUSTRIAL WASTES dont le
brevet Canadien est octroye et en vigueur Brevet Canadien CA
2,878,486 C, [Fichier PDF (1.84 Mo)]. |
BACKGROUND & CURRENT SITUATION
-
From our
market review it is estimated that
620 tonnes of mercury phosphors powder are
currently
by-produced annually in Canada coast-to-coast from the recycling of
end-of-life fluorescent lamps.
-
The
Canadian situation, by contrast with other jurisdictions such as the
USA and the European Union (EU), is even worst as it is estimated that
only 25 percent of the mercury phosphor powder currently by-produced
annually are simply disposed as hazardous waste and discarded into
smelting facilities in Québec and British Columbia to end up as
hazardous slags in tailings and landfills nationwide.
-
Only
a handful of Canadian lamp recyclers are environmentally proactive
already recycling 16% of lamps Canada wide and recovering a clean glass
product reused in various industries and storing all the contained
mercury phosphors powder for future processing.
- The
commercial value of their mercury contaminated phosphors powder is
unfortunately
very low with an offered purchasing price per tonne way below the
value
of heavy rare earth oxides contained.
- However,
the
current depressed market for certain rare earth especially terbium
and europium oxides precludes our commercial deployment toward
production until the prices return to acceptable levels unless
incentives to pay for recycling the critical metals from such wastes
are put in place by related governmental agencies.
|
FONDEMENTS & SITUATION ACTUELLE
-
D'après une etude de marché, nous estimons que
620 tonnes de
poudre de luminophore contenant du mercure sont
actuellement
produites annuellement au Canada d'un océan à l'autre lors du recyclage
des lampes fluorescentes.
-
La situation au Canada, contrairement à
d'autres juridictions telles
que les États-Unis et l'Union européenne (UE), est encore pire car on
estime que seulement 25% de la poudre de luminophore de produite
annuellement sont simplement éliminés en
tant que déchets dangereux et jetés dans des fonderies au Québec et en
Colombie-Britannique pour devenir des scories dangereuses dans les
résidus et les décharges à l'échelle nationale.
-
Seule une poignée de recycleurs
canadiens de lampes fluorescentessont
proactifs sur
le plan environnemental, recyclant déjà 16% des lampes à l'échelle du
Canada et récupérant un produit en verre propre réutilisé dans diverses
industries et stockant toute la poudre de luminophore avec du mercure
contenue
pour un traitement futur.
-
La
valeur commerciale de la poudre de luminophore contaminée au
mercure est malheureusement très basse avec un prix d'achat offert la
tonne bien de deça du prix basé sur la valeur des oxydes de
terres
rares lourds contenus.
- Cependant,
le marché
actuel déprimé des prix des terres rares, en particulier le terbium et
l'europium, retarde notre déploiement commercial jusqu'à ce que les
prix reviennent à des niveaux acceptables à moins que des incitatifs
financiers soient mis en place pour la récuperation des métaux
critiques par les instances gouvernementales concernées.
|
 |
|
RECYCLING
PHOSPHORS POWDER vs. OPENING A NEW RARE EARTH MINE
| PROJECTS |
RECYCLING
RARE EARTH |
RARE
EARTH MINING |
| CAPEX |
Low capital investment
$2M to $5M |
Very high CAPEX
$200M to $500M |
| FEEDSTOCK |
Powder
contains from 16 to 25 wt.% heavy
rare earth |
Low
grade concentrates contains only light rare earth with few mg/kg heavies |
| OCCUPATIONAL
HEALTH |
No radioactivity |
Radioactivity issues and
disposal of hazardous wastes |
| RAMP-UP |
Few months before commissioning |
5 to 10 years before a new mine opens |
| IMPLEMENTATION |
Fast |
Long |
| PROFITABILITY |
Payback
time less than a year |
Payback
time up to 5 years |
| 1 tonne
of terbium oxide |
Only
200 tonnes of
phosphors powder |
At
least 14,285 tonnes of ore
(Run-of-Mine) |
| 1 tonne
of yttrium oxide |
Only
10 tonnes of
phosphors powder |
At
least 15,000 tonnes of ore
(Run-of-Mine) |
|
LES
AVANTAGES DU RECYCLAGE vs. L'OUVERTURE D'UNE MINE DE TERRES RARES
| PROJET |
RECYCLAGE
DES TERRES RARES |
MINE
DE TERRES RARES |
| INVESTISSEMENT |
Faible
investissement en capital ($2M et $5M) |
Trés
important ($200M a $500M) |
| MATIERE
PREMIERE |
La
poudre contient de 16 a 25% de terres rares lourdes |
Les
concentrés contiennent essentiellement des terres rares légères |
| HYGIENE
INDUSTRIELLE |
Aucune radioactivité |
Déchets radioactifs qui
doivent etre enfouis |
| DEMARRAGE |
Quelques mois |
De 5 a 10 ans pour l'ouverture d'une
mine |
| INSTALLATION |
Rapide
à cause de la petitesse |
Trés
importantes |
| PROFITABILITE |
Retour
sur investissement < 1 an |
Retour
sur investissement jusqu'à cinq ans |
| 1
tonne d'oxyde de terbium |
Nécessite
seulement 200 tonnes de poudre
de luminophores |
Au
moins 14,285 tonnes de minerai |
| 1
tonne d'oxyde d'yttrium |
Nécessite
seulement 10 tonnes de poudre
de luminophores |
Au
moins 15,000 tonnes de minerai |
|
CHALLENGES
-
To
extract terbium, europium and lutetium and in a lesser extent yttrium,
lanthanum and cerium
while also recovering and monetizing the sodium phosphate and sodium
silicate as co-products.
-
To be applicable to a plethora of phosphors powders
in order to mitigate the sourcing
-
To utilize affordable and available chemicals (e.g.,
sodium hydroxide)
-
To rely on a nearby source of chemicals and raw material
to reduce transporation costs
-
To limit both water and energy consumptions
-
To minimize the carbon foot print
-
To use existing industrial equipment off-the-shelves
(e.g., shaft and rotary kilns, digesters)
-
To implement a cost affordable and proven technologies
-
To facilitate a rapid commercial deployment
-
To become highly profitable after commissioning by
monetizing all metal values
|
LES DÉFIS
-
Extraire tout le terbium, l'europium, l'yttrium, le cérium
et le lanthane ainsi que le phosphate de sodium
-
Doit être applicable à de nombreuses autres sources afin
de sécuriser l'approvisionnement
-
Doit reposer sur l’utilisation de produits chimiques peu
dispendieux et disponibles (e.g., soude caustique)
-
Accès à une source locale pour ces produits afin de
minimiser l'impact des coûts de transport
-
Réduire drastiquement la consommation d’eau et d’énergie
-
Minimiser l’empreinte carbone
-
Utiliser des infrastructures et des équipements
industriels existants
-
Technologie abordable et prouvée.
-
Facile et rapide à implémenter commercialement
-
Doit être très profitable rapidement après le démarrage
tout en valorisant tous les métaux
|
PILOT TESTING
The
pilot testing of the process was performed succesfully in-house during
2016 at ELECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATERIALS INC.
facilities located in Boucherville, Qc, Canada. This using
our proprietary equipments such as a 12 kW shaft kiln, 30-Liter nickel
and 25-Liter fused quartz crucibles along with our 60-Liter
caustic
digestion vessel.
The
nameplate processing capacity was only 25 kg per day of retorted
phosphors powders, that is, an annual nameplate capacity of 8.75 tonnes
of phosphors powder if such process was carried-on 350 days in a row
with sufficient raw material, enough chemicals, and staff. Larger
furnaces for
processing batches above 1000 kg were identified but they will require
additional investment and workforce.
-
Prototype and semi-pilot campaigns completed
-
Recovery of cerium, lanthanum, terbium, and europium oxides
-
Sodium hydroxide consumption close to stoichiometry
-
Reduced water consumption
-
Recovery of trisodium phosphate (Na3PO4)
as co-product
-
Benchmarking of various retorded phosphors powders
(Canada, USA and EU)
-
Preliminary
costs and benefit analysis (CAPEX and OPEX) followed by a preliminary
discounted cash flow financial analysis.
|
ESSAIS PILOTE
Les
essais pilotes ont été effectués avec succés dans les installations d'ÉLECTROCHEM TECHNOLOGIES & MATÉRIAUX INC. situées
a Boucherville, Qc, avec
nos équipements exclusifs comme le four de 12kW, nos creusets de 30
litres en nickel et de 25 litres en quartz fondu et et notre digesteur
de 60
litres qui nous permet
d'effectuer toutes les opérations unitaires requises par ce
procédé chimique vert et innovant.
La
capacité de traitement était seulement de 25 kg par jour de poudre de
luminophores, cela correspond à une capacité nominale annuelle de 8.75
tonnes si la production est effectuée 350 jours en ligne avec
suffisament de matière première, de réactif et de personnel. Des
équipements plus grand permettant de recycler 1000 kg par jour ont été
identifié mais cela requiert un imvestissement en capital
supplémentaire.
-
Campagnes prototypes and semi-pilotes complétées
-
Récupération du terbium, europium, lanthane, cérium et
yttrium
-
Consommation de soude proche de la stœchiométrie
-
Consommation d’eau réduite au minimum requis
-
Récupération du phosphate de sodium
-
Analyse
technico-économique préliminaire (Investissement en capital, cout
d'exploitation) suivie d'une analyse financière préliminaire
par analyse des flux de trésorerie actualisés.
|
PERFORMANCES
- LOW WATER
and ENERGY CONSUMPTION
-
PRODUCTS
-
RARE EARTH METAL
OXIDES
- TRI-SODIUM PHOSPHATE
-
SODIUM
SILICATE
|
LES
PERFORMANCES
- MOINS D'EMISSIONS DE
CO2
-
RECYCLAGE DES
EFFLUENTS
-
PRODUITS
-
OXYDES DE TERRES RARES
- PHOSPHATE DE SODIUM
|
TECHNICAL BENEFITS
|
LES AVANTAGES TECHNOLOGIQUES
- Le nouveau procédé permet de récupérer
individuellement toutes les terres rares (Y, Eu, Tb) et de générer des
coproduits tels que le silicate de sodium et le phosphate de sodium.
- La rentabilité est assurée car toutes les valeurs de
matériaux et de métaux sont monétisées tout en visant une approche zéro
rejet
|
ENVIRONMENTAL
BENEFITS
|
LES
AVANTAGES ENVIRONNEMENTAUX
|
ECONOMIC
BENEFITS
-
COSTS
& BENEFITS
-
LOW
CAPEX & LOW OPEX
-
HIGH
PROFITABILITY
-
COMMERCIAL
DEPLOYMENT
-
COMPETITIVE
ADVANTAGE FROM ELECTROCHEM
- AGREEMENT
WITH CANADIAN LAMP RECYCLER
|
LES
AVANTAGES ÉCONOMIQUES
-
COUTS
ET
BÉNÉFICES
-
DÉPLOYEMENT
COMMERCIAL
-
AVANTAGES
COMPÉTITIFS OFFERT PAR ELECTROCHEM
- ACCORD AVEC
RECYCLEUR CANADIEN
|
INTELLECTUAL PROPERTY
(IP) - CANADIAN PATENT
|
PROPRIÉTÉ INTELLECTUELLE
- BREVET CANADIEN
|
PRESS RELEASES
NEW YORK CITY, NY –
June 1st, 2014 – The
American trade magazine CHEMICAL ENGINEERING (www.che.com)
has just published its June
2014 issue including a press release describing the novel metallurgical
process and entitled - A
process that recovers rare-eath elements from "urban mining"
-
written by
Gerald Ondrey [PDF
file (49 kB)] . The article
is published in the CHEMENTATOR
section on page 12.
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COUPURES
DE PRESSE
NEW YORK CITY, NY –
June 1st, 2014 – The
American trade magazine CHEMICAL ENGINEERING (www.che.com)
has just published its June
2014 issue including a press release describing the novel metallurgical
process and entitled - A
process that recovers rare-eath elements from "urban mining"
-
written by
Gerald Ondrey [PDF
file (49 kB)] . The article
is published in the CHEMENTATOR
section on page 12.
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