La présente demande revendique la priorité, sous la loi applicable, de la demande de brevet canadienne N° 2,996,961 déposée le 1 ^er mars 2018, le contenu de laquelle est incorporé ici par référence dans son intégralité et à toutes fins.

DOMAINE TECHNIQUE

La présente demande se réfère au domaine de la mise en solution quantitative et sécuritaire des métaux alcalins ou alcalino-terreux, au domaine de la destruction et de la stabilisation des résidus de métaux alcalins ou alcalino-terreux et au domaine du recyclage des métaux alcalins ou alcalino-terreux.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Les métaux alcalins (tels que le lithium, le sodium et le potassium) sont dotés de propriétés chimiques semblables et possèdent un électron de valence très réducteur. De ce fait, ils réagissent violemment avec l’eau pour produire de l’hydrogène pouvant être explosif selon la réaction :

2M(s) + 2H20(I) ® 2M ⁺ (aq) + 20H (aq) + H2(g) (1 )

Les métaux alcalino-terreux (tels que le magnésium, le calcium, le strontium, et le baryum) réagissent également avec l’eau pour produire de l’hydrogène gazeux selon l’équation suivante : M(s) + 2H20(I) ® M ²⁺ (aq) + 20H (aq) + H2(g) (2)

Ainsi, le calcium, le strontium et le baryum réagissent dans l’eau avec violence. Dans les deux cas, l’hydrogène libéré par ces réactions est un gaz hautement inflammable pouvant être explosif. La limite inférieure d’explosivité ou d’inflammabilité de l’hydrogène se situe à 4% tandis que sa limite supérieure se situe à 75%. L’hydrogène peut s’enflammer dès qu’il se retrouve à l’intérieur de cet intervalle de concentration dans l’air. De ce fait, lors d’un emprisonnement d’hydrogène, les risques d’explosion et de projection sont présents.

Il est possible d’effectuer la mise en solution des métaux alcalins en substituant l’eau par du méthanol, de l’éthanol ou du butanol (voir Dulski, T. R. " A Manu al for the Chemical Analysis of Metals, ASTM Manual Sériés MNL 25” Ann Arbor, Ml (1996); et Furukawa, T., et al. Nuclear Materials and Energy 9 (2016): 286-291 ). Les métaux alcalins peuvent alors rompre la liaison O-H pour donner des alcoolates. Par exemple :

CH3-CH2-O-H + Na CH ₃ -CH ₂ -0-Na ⁺ + 1/2 H2 (3) Pour des fins de conservation et de transport, les métaux alcalins, comme le lithium, sont donc généralement immergés dans de l’huile minérale.

La synthèse d’organomagnésiens ou de réactifs de Grignard implique la mise en solution du magnésium dans un solvant anhydre. Par exemple, les solvants utilisés peuvent être des éthers, tels que l’oxolane (tétrahydrofurane) ou l’éther diéthylique. Dans la synthèse de réactifs de Grignard, le solvant a pour rôle de solvater l'organomagnésien et le stabiliser. La synthèse de réactifs de Grignard s’effectue selon la réaction suivante :

La synthèse de réactifs organolithiens s’apparente à celle des organomagnésiens et implique la mise en solution du lithium avec des réactifs anhydres et elle s’effectue selon la réaction suivante :

Li

R- -Li + Li- -X

(2 eq) (5)

selon laquelle X est un halogène par exemple, Br, Cl ou I.

L’eau est l’oxydant le plus disponible et le moins coûteux. Cependant, la réaction des métaux alcalins avec l’eau n’est pas adaptée à une mise en solution sécuritaire. Par conséquent, il existe un besoin accru pour une méthode sécuritaire de mise en solution aqueuse de métaux alcalins.

SOMMAIRE

Selon un premier aspect, la présente description concerne un procédé de mise en solution d’un métal, selon lequel le métal est choisi parmi des métaux alcalins, des métaux alcalino-terreux et des alliages comprenant majoritairement au moins un de ceux-ci, le procédé comprenant une étape (a) de mise en contact du métal avec un inhibiteur de réaction et de l’eau; selon lequel l’inhibiteur de réaction est choisi parmi un hydrocarbure, un composé hydroxylé et un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci.

Selon un mode de réalisation, l’hydrocarbure est de formule C _n H _m où n et m sont des nombres entiers naturels; n est compris entre 5 et 40; et m est choisi de sorte que la molécule soit stable et comprenne optionnellement une ou plusieurs insaturations. Selon un autre mode de réalisation, le composé hydroxylé est de formule R(OH) _x où R est choisi parmi les groupements Ci-ealkyle et C2-3alkyl(OC2-3alkyl) _y , où x est compris entre 1 et 4, et y est compris entre 1 et 5, étant entendu que le ratio C:0 du composé hydroxylé est situé dans l’intervalle de 1 :1 à 3:1.

Selon un autre mode de réalisation, le composé hydroxylé est de formule R(OH)x, où R et x sont tels que la formule définit un polyalkylèneglycol de poids moléculaire moyen compris entre 300 et 800 g/mol ou un alcool polyvinylique de poids moléculaire moyen compris entre 7000 et 101 000 g/mol, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupement(s) ester.

Selon un autre mode de réalisation, l’eau est comprise dans une émulsion d’huile minérale légère et d'eau.

Selon un autre mode de réalisation, la présente description concerne un procédé tel qu’ici défini, selon lequel l’inhibiteur est un hydroxyde du métal et l'étape (a) comprend la mise en contact du métal avec une solution concentrée de l’hydroxyde du métal dans l’eau.

Selon un autre mode de réalisation, le métal est choisi parmi les métaux alcalins lithium, sodium, potassium et les alliages comprenant majoritairement un de ceux- ci. Par exemple, le métal est le lithium. Alternativement, le métal est un alliage de lithium et de magnésium ou d’aluminium, où le lithium est majoritaire. Selon un mode de réalisation alternatif, le métal est choisi parmi le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum et un alliage comprenant majoritairement un de ceux-ci.

Selon un autre mode de réalisation, l’inhibiteur de réaction est un composé hydroxylé choisi parmi le propylène glycol, le glycérol, l’éthylène glycol, l’éthanol, le dipropylène glycol, le tripropylène glycol, l'alcool polyvinylique, le polyéthylène glycol, le méthoxypolyéthylène glycol et un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci. Par exemple, le composé hydroxylé est le propylène glycol ou l’hydroxyde de lithium. Selon un autre mode de réalisation, l’inhibiteur de réaction est un hydrocarbure comprenant principalement des alcanes linéaires, cycliques ou ramifiés. Selon un autre mode de réalisation, l’inhibiteur est un mélange comprenant au moins un composé hydroxylé et un hydrocarbure.

Selon un autre mode de réalisation, l’inhibiteur est un hydroxyde du métal et l'étape (a) comprend la mise en contact du métal avec une solution concentrée d’hydroxyde du métal dans l’eau. Par exemple, l’hydroxyde du métal est de l’hydroxyde de lithium.

Selon un autre mode de réalisation, la solution concentrée d'hydroxyde du métal a une concentration comprise entre 4 et 12,8 % poids/volume (% poids/volume = g/100 ml_). Alternativement, la solution concentrée d'hydroxyde du métal a une concentration comprise entre 6 et 12,8 % poids/volume. Alternativement, la solution concentrée d'hydroxyde du métal a une concentration comprise entre 8 et 12,8 % poids/volume. Alternativement, la solution concentrée d'hydroxyde du métal est une solution saturée. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend l’immersion complète ou partielle du métal dans l’inhibiteur de réaction suivie de l’ajout de l’eau ou d’une émulsion d’huile minérale légère et d'eau.

Dans un mode de réalisation, le métal à être dissout est fixé sur un métal non réactif avant l’étape de mise en contact.

Selon un autre aspect, le procédé est utilisé pour la mise en solution quantitative de métaux. Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend, en outre, une étape de pesage du métal avant la mise en contact. Le procédé peut comprendre, en outre, une étape optionnelle de séparation de la solution, et l’analyse quantitative de la solution. L’analyse quantitative de la solution peut, par exemple, s’effectuer par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES).

Selon un autre aspect, le procédé est utilisé pour la destruction et la stabilisation de résidus métalliques. Par exemple, les résidus métalliques adhèrent à la surface d’une pièce d’équipement. Selon un autre mode de réalisation, le procédé est effectué sur la pièce d’équipement complète sur laquelle les résidus métalliques adhèrent.

Selon un autre aspect, le procédé est utilisé pour le recyclage de batteries. Selon un autre mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de démantèlement ou de déchiquetage de la batterie avant l’étape de mise en contact. Alternativement, l’étape de démantèlement ou de déchiquetage de la batterie s’effectue simultanément avec l’étape de mise en contact.

Selon un dernier aspect, le procédé est utilisé pour recycler le lithium sous forme de LiOH ou de LiOH hteO, ou converti sous forme de L12CO3, ou d’un autre sel de lithium. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La Figure 1 présente des images de la mise en solution de la pastille formée montrant : (A) une pastille de lithium (métal du dessus) fixée sur une pastille d’acier inoxydable (métal du dessous); et (B) la position du lithium (métal du dessus) dans le cylindre gradué pour la dissolution quantitative du lithium, telle que décrite à l’Exemple 1 (b).

La Figure 2 présente une image de la mise en solution dans l’huile minérale de la pastille de lithium (métal du dessus) fixée à une pastille d’acier inoxydable (métal du dessous), telle que décrite à l’Exemple 2. La Figure 3 présente une image de la mise en solution de la pastille de lithium fixée à la pastille d’acier inoxydable dans une solution saturée d’hydroxyde de lithium, telle que décrite à l’Exemple 5(a).

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Tous les termes et toutes les expressions techniques et scientifiques utilisés ici ont les mêmes définitions que celles généralement comprises de la personne versée dans l’art de la présente technologie. La définition de certains termes et expressions utilisés est néanmoins fournie ci-dessous.

Le terme « environ » tel qu'utilisé dans le présent document signifie approximativement, dans la région de, et autour de. Par exemple, lorsque le terme « environ » est utilisé en lien avec une valeur numérique, il la modifie au-dessus et au-dessous par une variation de 10% ou de 5% par rapport à la valeur nominale. Ce terme peut aussi tenir compte, par exemple, de l'erreur expérimentale d'un appareil de mesure ou de l’arrondissement.

Lorsqu'un intervalle de valeurs est mentionné dans la présente demande, les bornes inférieures et supérieures de l'intervalle sont, à moins d'indication contraire, toujours incluses dans la définition. Les termes « majoritairement » et « principalement » tels qu'utilisés dans le présent document signifient une concentration supérieure à 50% v/v ou en poids, selon si le terme est associé à une valeur nominale en volume ou en poids respectivement. Tel qu’ici utilisé, le terme « hydrocarbure » se réfère à une huile ou un mélange à base d’huile(s) constitué exclusivement de carbone et d’hydrogène et ne comprenant donc aucun autre groupement de substitution. L’hydrocarbure comprend principalement des alcanes saturés linéaires, cycliques ou ramifiés. L’hydrocarbure peut provenir de la distillation du pétrole. Alternativement, il peut avoir été fabriqué synthétiquement. Il est entendu que, lorsque l’hydrocarbure provient de la distillation du pétrole, il peut comprendre outre les alcanes saturés linéaires, cycliques ou ramifiés, lesquels demeurent majoritaires, un mélange de différents produits en proportion moindre, incluant des composés partiellement insaturés ou des aromatiques tels que le benzène et le toluène. Tel qu’ici utilisé, l’expression « composé hydroxylé » se réfère à des composés organiques ou inorganiques comprenant au moins un groupement fonctionnel hydroxylé (-OH).

Tels qu’ici utilisés, les termes « alkyle » ou « alkylène » se réfèrent à des groupements hydrocarbones saturés ayant entre un et huit atomes de carbone, incluant les groupements linéaires ou ramifiés. Des exemples de groupements alkyles comprennent, sans limitation, méthyle, éthyle, propyle et ainsi de suite. Lorsque le groupement alkyle est localisé entre deux groupements fonctionnels, alors le terme « alkylène » peut également être utilisé, tel que méthylène, éthylène, propylène, et ainsi de suite. Les termes « Ci-Cnalkyle » et « Ci-Cnalkylène » se réfèrent respectivement à un groupement alkyle ou alkylène ayant du nombre « i » au nombre « ii » d’atome(s) de carbone.

La présente demande décrit un procédé de mise en solution de métaux, selon lequel, le métal est choisi parmi les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux et les alliages comprenant majoritairement au moins un de ceux-ci. Par exemple, le métal est un métal alcalin choisi parmi le lithium, le sodium et le potassium. Le métal peut également être un métal alcalino-terreux choisi parmi le magnésium, le calcium, le strontium et le baryum. Alternativement, le métal peut également être un alliage comprenant majoritairement un métal alcalin ou alcalino- terreux. Selon une variante d'intérêt, le métal est le lithium. Selon une autre variante d’intérêt, le métal est un alliage de lithium et de magnésium ou d’aluminium, dans lequel le lithium est majoritaire.

Le procédé comprend une étape de mise en contact du métal avec un inhibiteur de réaction et de l’eau, l’eau étant optionnellement sous la forme d’une émulsion d’huile minérale légère et d'eau. Dans le procédé de la présente demande, le métal est préalablement fixé sur un métal non réactif, par exemple, sur de l’acier inoxydable. Par exemple, la mise en solution peut être effectuée sur un échantillon (par exemple, une pastille) composé d’une couche de métal à dissoudre fixée sur une couche de métal non réactif. Le métal à dissoudre se retrouve sur le dessus de l’échantillon afin d’éviter ou de réduire le risque que l’hydrogène libéré ne s’accumule sous celui-ci.

L’inhibiteur de réaction peut être choisi parmi un hydrocarbure, un composé hydroxylé et un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci. Dans le contexte de la présente description, l’hydrocarbure est de formule CnHm où n et m sont des nombres entiers naturels; n est compris entre 5 et 40; et m est choisi de sorte que la molécule soit stable et comprenne optionnellement une ou plusieurs insaturations.

Selon une alternative, le composé hydroxylé est de formule R(OH) _x où R est choisi parmi les groupements Ci-ealkyle et C2-3alkyl(OC2-3alkyl) _y , où x est compris entre 1 et 4, et y est compris entre 1 et 5, étant entendu que le ratio molaire C:0 du composé hydroxylé est situé dans l’intervalle de 1 :1 à 3:1. Selon une seconde alternative, le composé hydroxylé est de formule R(OH) _x , où R et x sont choisis de sorte que la formule définisse un polyalkylèneglycol de poids moléculaire moyen compris entre 300 et 800 g/mol ou un alcool polyvinylique de poids moléculaire moyen compris entre 7 000 et 101 000 g/mol, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupement(s) ester.

Des exemples non limitatifs de composés hydroxylés comprennent le propylène glycol, le glycérol, l’éthylène glycol, l’éthanol, le dipropylène glycol, le tripropylène glycol, l'alcool polyvinylique, le polyéthylène glycol, le méthoxypolyéthylène glycol, ou un mélange comprenant au moins deux de ceux-ci.

Par exemple, l’inhibiteur de réaction est le propylène glycol ou une huile de paraffine. Selon une autre variante, l’inhibiteur de réaction est un mélange comprenant au moins un composé hydroxylé et un hydrocarbure. Selon un autre exemple, l’inhibiteur comprend en outre du méthanol.

Selon un exemple, l’inhibiteur de réaction peut comprendre, en outre, un ou plusieurs adjuvant(s) ou additif(s), par exemple, afin de modifier ou d’améliorer les propriétés de celui-ci, comme sa viscosité. Par exemple, l’adjuvant peut être du glucose ou un autre composé similaire.

Selon un exemple, l’inhibiteur de réaction est un mélange incluant un composé hydroxylé présent à une concentration comprise entre 1 et 99%v/v, préférentiellement entre 10 et 80%v/v, ou entre 30 et 60%v/v, ou encore environ 50%v/v, bornes supérieures et inférieures incluses.

Selon un autre exemple, l’étape de mise en contact du métal avec un inhibiteur de réaction et de l’eau (l’eau étant optionnellement sous forme d’émulsion d’huile minérale légère et d'eau) comprend l’immersion complète ou partielle du métal dans l’inhibiteur de réaction suivie de l’ajout de l’eau ou de l’émulsion d’huile minérale légère et d'eau.

Selon un autre exemple, le métal est immergé dans un volume d’inhibiteur de réaction équivalent à environ 14 pL par milligramme de métal à dissoudre. L’eau ou l’émulsion d’huile minérale légère et d'eau peut être ajoutée par portion à intervalles réguliers, par exemple, comprise entre environ 0,10 et environ 6,0 pL par milligramme de métal à dissoudre par période de 15 minutes, bornes supérieure et inférieure incluses. Alternativement, elle peut être ajoutée en continu et à faible débit contrôlé, par exemple, à un débit situé entre environ 0,05%v/v et environ 1 %v/v par minute, bornes supérieure et inférieure incluses.

Selon un autre exemple, l’eau ou l’émulsion d’huile minérale légère et d'eau peut être ajoutée jusqu’à ce que la solution atteigne une concentration comprise entre environ 50%v/v et environ 90%v/v en eau ou jusqu’à la mise en solution complète du métal.

Selon une autre variante d’intérêt, l’inhibiteur de réaction du procédé tel qu’ici défini est un hydroxyde du métal et l'étape (a) comprend la mise en contact du métal avec une solution concentrée d’hydroxyde du métal dans l’eau. Par exemple, l’hydroxyde du métal est de l’hydroxyde de lithium. Par exemple, la solution concentrée de l'hydroxyde du métal a une concentration comprise entre environ 4 et environ 12,8 % poids/volume, ou comprise entre environ 6 et environ 12,8 % poids/volume, ou encore comprise entre environ 8 et environ 12,8 % poids/volume, bornes supérieures et inférieures incluses. Alternativement, la solution concentrée est une solution saturée.

Selon un autre aspect, la présente description propose également l’utilisation du procédé de la présente demande pour la mise en solution quantitative de métaux. Par exemple, le procédé peut comprendre en outre une étape de pesage du métal avant la mise en contact et une étape d’analyse quantitative de la solution. L’étape d’analyse quantitative de la solution peut s’effectuer, par exemple, par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES).

Selon un autre aspect, la présente description propose également l’utilisation du procédé de la présente demande pour la destruction sécuritaire et la stabilisation de résidus métalliques. Le procédé de la présente demande peut permettre, entre autres, de diminuer la vitesse de réaction et de libération d’hydrogène gazeux, de diminuer l’atmosphère d’hydrogène gazeux locale, d’éviter réchauffement local et/ou d’éviter l’atteinte de la température de fusion du lithium. De plus, une libération plus lente peut permettre, en utilisant une ventilation adéquate, de rester sous la limite inférieure d'inflammabilité de l’hydrogène gazeux, qui est d’environ 4% en volume.

Des résidus métalliques comme du lithium métallique peuvent aussi adhérer à la surface de pièces d’équipement. Selon un mode de réalisation, la pièce d’équipement complète sur laquelle les résidus métalliques adhèrent est traitée avec le procédé de la présente demande afin de dissoudre ou de stabiliser ceux- ci.

Selon un autre aspect, la présente description propose également l’utilisation du procédé de la présente demande pour le recyclage de piles. Par exemple, le procédé peut comprendre, en outre, une étape de démantèlement ou de déchiquetage de la batterie, et ce, avant l’étape de mise en contact. Alternativement, l’étape de démantèlement ou de déchiquetage de la batterie peut être effectuée lors de l’étape de la mise en contact. Par exemple, lors de l’utilisation de ce procédé, le lithium s’oxyde dans la solution aqueuse pour former du LiOH. Le lithium peut ensuite être recyclé à partir de la solution aqueuse de LiOH sous forme de LÎ0H H20 ou converti sous forme de U2CO3 ou d’un autre sel de lithium. Ces composés peuvent ensuite être réutilisés dans la production de matériaux électrochimiquement actifs tels que, par exemple, le LiFeP04, le LUTi50i2, du lithium métallique, ou des sels de lithium entrant dans la fabrication d’électrolytes liquides, solides ou gels.

Selon un dernier aspect, l’inhibiteur de réaction peut aussi être une solution d’hydroxyde de lithium. Le LiOH solide se trouve commercialement sous sa forme anhydre (LiOH) ou sa forme monohydratée (LÎ0H H20). La solubilité maximale du LiOH anhydre dans l’eau est d’environ 128 g/L à une température de 20°C (concentration équivalente à environ 12,8 % poids/volume). La mise en solution du lithium métallique dans une solution aqueuse concentrée de LiOH se produit très lentement et donc, celle-ci peut être utilisée pour solubiliser le lithium métallique de façon sécuritaire. La solution issue de cette dissolution contrôlée peut ensuite être utilisée afin de récupérer le lithium sous une forme possédant une valeur commerciale substantiellement significative (telle que LiOH anhydre, LiOH-hteO ou U2CO3). Par exemple, un avantage lié à l’utilisation de cet inhibiteur provient de sa grande pureté chimique puisqu’aucun autre produit chimique n’est introduit dans le procédé. Cet inhibiteur peut aussi être employé dans la destruction de résidus de lithium métallique, pour le recyclage de piles au lithium métallique ou pour des fins d’analyse chimique quantitative des impuretés contenues dans le lithium et/ou la détermination de la pureté de celui-ci.

EXEMPLES

Les exemples qui suivent sont présentés à titre illustratif et ne doivent pas être interprétés comme limitant davantage la portée de l'invention telle que décrite.

Exemple 1 - Mise en solution quantitative du lithium pour analyse chimique en utilisant le propylène glycol comme inhibiteur de réaction

(a) Préparation de l’échantillon

L’échantillon de lithium à dissoudre a été préparé dans une salle anhydre ayant un point de rosée inférieur à - 40 °C. Une pastille propre et sèche d’acier inoxydable a d’abord été pesée sur une balance analytique et insérée à l’intérieur d’un moule à pastille (par exemple, Evacuable Pellet Die 13 mm GS03000, de Specac brilliant spectroscopy™) de sorte que la surface non polie soit en contact avec l’échantillon afin de favoriser l’adhésion du lithium sur la pastille d’acier inoxydable. Un feuillard de lithium métallique a ensuite été prélevé et inséré dans le moule à pastille. Une pastille propre et sèche de polyéthylène de masse molaire élevée (UHMW-PE) (12,90 mm x 6,0 mm) a ensuite été insérée dans le moule à pastille de sorte que son côté poli soit en contact avec l’échantillon de lithium, permettant ainsi de décoller facilement la pastille de UHMW-PE. L’assemblage du moule a ensuite été effectué et placé dans une presse hydraulique manuelle (YLJ- 15, MTI Corporation). Une ligne à vide a été connectée à la base du moule à pastille afin d’éliminer l’air de l’échantillon et le moule mis sous vide durant une minute. Une pression de 80 Bars a été appliquée sous vide durant une minute. Une fois la pression relâchée, le vide a été maintenu pendant une minute supplémentaire. La pastille de lithium ainsi formée, s’est donc retrouvée entre une pastille d’acier inoxydable et une pastille UHMW-PE.

La pastille a ensuite été éjectée de la matrice à l’aide d’un anneau d’extraction et de la presse hydraulique. Lors de l’extraction, la pastille d’UHMW-PE a été décollée à l’aide d’un outil de forme cylindrique. L’échantillon a ensuite été pesé sur une balance analytique et la masse de la pastille d’acier inoxydable a été soustraite.

La même méthode a également été effectuée avec un alliage comprenant 90% en poids de lithium et 10% de magnésium pour des fins de comparaison.

(b) Mise en solution quantitative de l’échantillon

La pastille de lithium ou d’alliage à base de lithium ainsi formée sur une pastille d’acier inoxydable (voir Figure 1 A) a été insérée dans un cylindre gradué de 25 mL. La pastille de lithium a été placée vers le haut afin de favoriser la libération des bulles d’hydrogène lors de la dissolution (voir Figure 1 B). La dissolution a été effectuée dans un cylindre afin d’obtenir une colonne de liquide qui vient capter le lithium résiduel extrait. En utilisant le procédé du présent exemple, la libération d’hydrogène se fait de façon graduelle afin d’éviter d’atteindre une concentration locale élevée en hydrogène inflammable et en limitant l’augmentation de la température au niveau de la surface de lithium, réduisant ainsi les risques de feu ou d’explosion.

Un volume de 5 mL de propylène glycol a été ajouté. Afin de contrôler la réaction de dissolution, 1 mL d’eau ultrapure a été ajouté toutes les 15 minutes pour une période d’environ 6 heures afin d’obtenir un volume total d’eau d’environ 25 mL. L’échantillon a ensuite été laissé à réagir jusqu’à dissolution complète et jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de formation de bulles d’hydrogène.

La solution résultante de la dissolution a été transférée dans une fiole jaugée de 50 mL et acidifiée avec 4,15 mL d’acide chlorhydrique concentré. Des solutions concentrées d’acide chlorhydrique (2,50 mL) et d’acide nitrique (2,50 mL) ont ensuite été ajoutées (concentrations finales respectives de 5% v/v). Le volume de la fiole a été complété au trait de jauge avec de l’eau ultrapure. La solution a ainsi été acidifiée afin d’obtenir la même matrice que les étalons pour l’analyse par ICP- OES.

(c) Analyse quantitative du lithium, du magnésium et d’impuretés contenues dans le lithium métallique ou dans un alliage à base de lithium par ICP-OES

La solution est par la suite analysée par ICP-OES. Cette méthode permet de quantifier, à l’aide d’une courbe d’étalonnage, le magnésium et le lithium à haute concentration. Cette analyse permet donc, entre autres, de quantifier la teneur en lithium ou autre dans un alliage à base de lithium. Elle permet également de quantifier les impuretés contenues dans le lithium métallique ou dans un alliage à base de lithium. Les impuretés peuvent, à titre d’exemple, comprendre du calcium, du chrome, du fer, du potassium, du magnésium, du manganèse, du sodium, du nickel, du silicium, du strontium et/ou du zinc.

Lorsque la méthode est utilisée afin de quantifier les impuretés contenues dans le lithium métallique, le blanc et les étalons sont préparés avec la même concentration en propylène glycol et en lithium que les échantillons à analyser, et ce, afin d’obtenir la même matrice que les échantillons analysés (" matrix matching").

Exemple 2 - Mise en solution quantitative du lithium pour analyse chimique en utilisant une huile minérale comme inhibiteur de réaction

Un échantillon de lithium a été préparé selon le procédé présenté à l’Exemple 1 (a). L’échantillon a ensuite été mis en solution selon le procédé présenté à l’Exemple 1 (b) en remplaçant le propylène glycol par de l’huile minérale légère. Encore une fois, avec cet exemple, la pastille de lithium a été déposée dans un cylindre gradué. Le lithium a été placé vers le haut afin de favoriser la libération des bulles d’hydrogène. De l’huile minérale légère a ensuite été ajoutée afin d’immerger complètement la pastille de lithium. Progressivement, de l’eau ultrapure ou une émulsion d’eau ultrapure et d’huile minérale a été ajoutée afin de contrôler la réaction d’oxydation du lithium métallique et du dégagement d’hydrogène. Par la suite, la solution a été laissée à reposer et a été décantée. L’analyse par ICP-OES est ensuite effectuée.

La mise en solution dans l’huile minérale de la pastille de lithium (métal du dessus) fixée à la pastille d’acier inoxydable (métal du dessous) a été effectuée (voir Figure 2). Lors de l’ajout d’eau ou d’une émulsion eau-huile, il était possible d’observer la formation d’un précipité blanc d’hydroxyde de lithium non soluble dans l’huile minérale (voir Figure 2). L’utilisation de l’huile minérale en tant qu’inhibiteur de réaction permet la libération lente d’hydrogène inflammable sans augmentation locale de température, pour ainsi améliorer la sécurité du procédé.

Exemple 3 - Destruction sécuritaire et stabilisation de résidus de lithium

L’inhibiteur de réaction peut être employé afin de détruire sécuritairement et de stabiliser des résidus de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux et d’alliages comprenant au moins un de ceux-ci adhérant ou non à une pièce d’équipement.

À titre d’exemple, du lithium métallique ayant adhéré sur une pièce d’équipement est éliminé. Compte tenu de la quantité de lithium métallique à dissoudre, la pièce d’équipement complète est immergée dans une solution de lavage contenant du propylène glycol et de l’eau dans un ratio volumique de 1 :1. Le procédé d’élimination de métaux alcalins est considéré complet après l’arrêt de formation de bulles d’hydrogène, ceci marquant une dissolution complète du lithium métallique sous forme d’hydroxyde de lithium (LiOH) selon la réaction suivante :

2 Li+ 2FhO 2LiOH + Fh (6) Le procédé décrit à cet exemple permet de diminuer la vitesse de réaction et de libération du H2, de diminuer la concentration locale de H2 inflammable, d’éviter réchauffement local et d’éviter l’atteinte de la température de fusion du Li. Une libération plus lente permet de rester sous la limite inférieure d'inflammabilité de l’hydrogène gazeux qui est d’environ 4 % en volume et donc de détruire sécuritairement les résidus.

Exemple 4 - Recyclage du lithium dans les piles au lithium métallique

L’inhibiteur de réaction peut être employé afin de rendre inactif le lithium ou l’alliage à base de lithium contenu dans une pile primaire ou secondaire, et ce, afin d’en récupérer les matériaux possédant une valeur commerciale et/ou de les recycler. À titre d’exemple, un procédé de recyclage comprend le déchiquetage des piles par broyage en présence d’une solution aqueuse contenant l’inhibiteur organique. Lors de l’utilisation de ce procédé le lithium s’oxyde dans la solution aqueuse pour former du LiOH. Une fois le lithium complètement dissout sous cette forme, les matériaux déchiquetés (et non réactifs) sont rincés avec de l’eau pour enlever les traces de LiOH. Le lithium peut ensuite être recyclé à partir de la solution aqueuse de LiOH sous forme de UOH H2O ou converti sous forme de U2CO3 ou d’un autre sel de lithium. Ces composés peuvent ensuite être réutilisés pour la production de matériaux électrochimiquement actifs tels que, par exemple, le LiFeP04, le LUTi ₅ 0i2, OU du lithium métallique, ou pour la production de sels de lithium entrant dans la fabrication d’électrolytes liquides, solides ou gels.

Exemple 5 - Mise en solution contrôlée de lithium métallique dans une solution d’hydroxyde de lithium L’inhibiteur de réaction peut aussi être une solution concentrée d’hydroxyde de lithium. La mise en solution du lithium métallique dans une solution aqueuse concentrée de LiOH se produit très lentement, celle-ci pouvant donc être utilisée pour solubiliser le lithium métallique de façon sécuritaire. La solution issue de cette dissolution contrôlée peut ensuite être utilisée afin de récupérer le lithium sous une forme possédant une valeur commerciale significative (comme LiOH anhydre, LÎ0H H20 ou L12CO3). Cet inhibiteur peut aussi être employé pour la destruction de résidus de lithium métallique, pour le recyclage des piles au lithium métallique ou pour des fins d’analyse chimique quantitative des impuretés contenues dans le lithium. (a) Mise en solution dans une solution saturée d’hydroxyde de lithium

La mise en solution contrôlée d’un échantillon de lithium métallique tel que préparé à l’Exemple 1 (a) a été effectuée en ajoutant, dans un premier temps, 5 mL d’une solution saturée d’hydroxyde de lithium (12,8 % poids/volume). Ensuite, l’eau a été ajoutée progressivement par portion à intervalles réguliers (environ 1 mL par 15 minutes pour 0,350 g de métal) afin de contrôler la vitesse de dissolution du métal. Pour compléter la réaction de dissolution, une quantité totale de 18 mL d’eau a été ajoutée, correspondant à une concentration finale de 8,03 % poids/volume.

La Figure 3 présente une image de la mise en solution contrôlée du lithium métallique dans une solution d’hydroxyde de lithium saturée (12,8 % poids/volume LiOH) telle que décrite à cet exemple. Le lithium métallique a été maintenu au fond de la solution grâce à une pastille d’acier inoxydable sur laquelle le métal a été pressé, tel que décrit à l’Exemple 1 (a). En utilisant le procédé du présent exemple, le dégagement d’hydrogène s’effectue lentement et le lithium ne s’échauffe pas. (b) Mise en solution dans une solution d’hydroxyde de lithium non saturée (6,4

% poids/volume LiOH)

La mise en solution contrôlée d’un échantillon de lithium métallique, tel que préparé à l’Exemple 1 (a), a été effectuée selon le procédé décrit à l’Exemple 5(a), à l’exception que la solution saturée de LiOH est remplacée par 5 mL d’une solution contenant 6,4 % poids/volume LiOH (64 g/L). En utilisant le procédé du présent exemple, la réaction est plus violente et plus rapide. La solution s’échauffe légèrement et le dégagement d’hydrogène est plus prononcé. Afin de compléter la réaction de dissolution du lithium, une quantité d’eau totale de 14 mL a été ajoutée par portion à intervalles réguliers (soit environ 1 mL d’eau par 15 minutes pour 0,350 g de métal). La concentration finale obtenue était de 8,04 % poids/volume.

Plusieurs modifications pourraient être apportées à l’un ou l’autre des modes de réalisations décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l’invention telle qu’envisagée. Les références, brevets ou documents de littérature scientifique mentionnés dans le présent document sont incorporés ici par référence dans leur intégralité et à toutes fins.