Qu'est-ce que le traitement des eaux usées de coprécipitation des précurseurs ternaires ?
Le traitement des eaux usées de coprécipitation des précurseurs ternaires est la filière technique qui capte le nickel, le cobalt et le manganèse dans la liqueur mère de précurseur de cathode NCM/NMC avant rejet. Une installation type 2026 conduit la coprécipitation à pH 10,5–11,5 et 50–60 °C avec NaOH et un chélatant NH4HCO3, puis oriente la liqueur mère filtrée du MHP (SO4 15 000–40 000 mg/L ; NH3-N 3 000–8 000 mg/L) vers une correction de pH, un polissage aux sulfures, une cristallisation MEE et un polissage ClO2 afin de respecter les limites chinoises GB 30484 de Ni ≤ 0,5 mg/L, Co ≤ 0,5 mg/L et NH3-N ≤ 15 mg/L.
Le « précurseur ternaire » en question est l'hydroxyde mixte Ni-Co-Mn (MHP), intermédiaire qui alimente les lignes de matière active de cathode NCM811, NCM622 et NCM523. Les ratios molaires d'usine sont étroitement spécifiés — 8:1:1, 6:2:2 et 5:2:3 constituent les bases de production, et le MHP doit atteindre une densité de tapotement ≥ 2,0 g/cm³ avec un D50 de 8–12 µm pour le frittage aval (données de terrain Zhongsheng, 2026). Le chélatant dans le réacteur — presque toujours NH4HCO3 sur les lignes chinoises, Na2CO3 sur certaines lignes coréennes — maintient les trois métaux dans un complexe soluble commun afin qu'ils précipitent en une seule phase plutôt qu'en trois hydroxydes distincts de solubilités différentes. Le ratio molaire métal/chélatant ammoniacal est la variable d'alimentation la plus importante ; la base de conception sur laquelle la plupart des usines opèrent est de 1:1 à 1:1,2 métal:chélatant, des écarts hors ±0,05 produisant un MHP mou et difficilement filtrable.
La filière de traitement des eaux usées couvre deux flux, et non un seul : la liqueur mère du réacteur restante après le filtre-presse MHP, et le filtrat de lavage issu du lavage du gâteau. L'objectif de traitement est double — produire un gâteau de filtration MHP réutilisable, et un effluent traité conforme aux limites 2026 GB 30484 et IED de l'UE pour Ni, Co, Mn, NH3-N et DCO. La même filière doit également cristalliser le sulfate de sodium à partir du purge riche en sulfates afin que l'usine le recycle comme eau de lavage, c'est pourquoi la conception complète du système de recyclage des eaux usées de précurseurs ternaires doit être lue conjointement avec cette référence côté réacteur.
Chimie d'alimentation et fenêtre opératoire du réacteur
Le réacteur de coprécipitation fonctionne dans une enveloppe étroite ; le pH doit se situer à 11,0 ± 0,2, la température à 50–60 °C, et l'oxygène dissous sous 0,5 mg/L, sinon Mn²⁺ s'oxyde en MnO₂ et ruine la morphologie des particules. Le précipitant principal est le NaOH dosé à 4–6 mol/L ; le chélatant est le NH4HCO3 (ou Na2CO3) alimenté pour maintenir un ratio molaire métal:chélatant de 1:1 à 1:1,2. L'alimentation en sulfates mixtes transporte Ni+Co+Mn à 1,0–2,0 mol/L, NH3-N libre à 5–10 g/L, et SO4 à 30 000–80 000 mg/L. Le temps de séjour va de 8 à 20 h selon la granulométrie visée, la vitesse d'agitation se situe à 400–800 tr/min avec une hélice à 3 pales inclinées, et le ciel gazeux est mis sous couverture N2 à 0,3–0,5 m³/h par m³ de réacteur pour maintenir l'OD sous 0,5 mg/L (données de terrain Zhongsheng, 2026).
La stœchiométrie est simple sur le papier : 2 mol de NaOH par mole de M(OH)₂ formé, plus environ 0,3 mol d'excès pour tenir la fenêtre de pH. La raison pour laquelle Mn²⁺ doit rester à l'état réduit est le mode de défaillance que personne ne souhaite déboguer à 2 h du matin — à OD > 1 mg/L et pH > 8,5, le Mn s'oxyde en MnO₂, le précipité passe du vert pâle au brun, et l'indice de colmatage du filtre-presse grimpe de 3–5× en deux heures. Le système de dosage chimique piloté par API pour l'injection de NaOH, Na2S et ClO2 est l'unité qui maintient ces consignes dans la bande de tolérance ; sans régulation de pH en boucle fermée, des oscillations de ±0,5 sont courantes et la densité de tapotement du MHP chute de 8–12 %.
| Paramètre | Consigne | Plage opératoire | Mode de défaillance en cas d'écart |
|---|---|---|---|
| pH | 11,0 | 10,5–11,5 | Ségrégation riche en Co ; gâteau mou |
| Température | 55 °C | 50–60 °C | Grossissement des particules > 15 µm |
| Temps de séjour | 14 h | 8–20 h | D50 trop faible < 6 µm |
| Vitesse d'agitation | 600 tr/min | 400–800 tr/min | Agrégation ou fines |
| O₂ dissous | < 0,3 mg/L | < 0,5 mg/L | Formation de MnO₂, gâteau brun |
| Métal:chélatant | 1:1,1 | 1:1,0–1:1,2 | Précipitation sélective du Ni |
| Excès de NaOH | 0,3 mol | 0,2–0,4 mol | pH bas → perte de Co dans la liqueur |
Composition de la liqueur mère et pourquoi elle ne peut pas être rejetée brute
La liqueur mère quittant le filtre-presse MHP est trop contaminée pour être mélangée à l'effluent général de l'usine et bien trop contaminée pour être envoyée vers une station d'épuration biologique municipale. La composition type est Ni résiduel 50–150 mg/L, Co 30–120 mg/L, Mn 80–200 mg/L, SO4 15 000–40 000 mg/L, NH3-N 3 000–8 000 mg/L, et DCO 500–1 500 mg/L. Un rejet direct dépasserait GB 30484 de 100–400× pour le Ni et de 200–500× pour le NH3-N — aucun ratio de dilution ne corrige cela sur une ligne de 25 000 t/an.
Le bilan volumique aggrave le problème : chaque tonne de précurseur NCM génère 8–14 m³ de liqueur mère et 3–6 m³ de filtrat de lavage, si bien qu'une ligne de 25 000 t/an produit ~280 000 m³/an de liqueur mère plus ~110 000 m³/an d'eau de lavage. Le filtrat de lavage est le flux le plus simple — SO4 5 000–12 000 mg/L, NH3-N 200–800 mg/L, MES 200–800 mg/L issues des fines de MHP entraînées — mais il ne peut pas non plus être dirigé vers le DAF (flottation à air dissous) principal de l'usine, car les pics de charge métallique tuent l'étage biologique aval. Les études d'impact environnemental 2026 déposées pour les nouvelles capacités chinoises de précurseurs rejettent systématiquement tout schéma de mélange qui oriente la liqueur mère vers la filière biologique générale ; le traitement séparé est désormais la règle réglementaire par défaut (selon le briefing MEP de 2025-11 sur les EIE du secteur des batteries).
| Espèce | Liqueur mère (mg/L) | Filtrat de lavage (mg/L) | Limite GB 30484 (mg/L) | Facteur de dépassement |
|---|---|---|---|---|
| Ni | 50–150 | 5–20 | 0,5 | 100–300× |
| Co | 30–120 | 3–15 | 0,5 | 60–240× |
| Mn | 80–200 | 8–25 | 2,0 | 40–100× |
| NH3-N | 3 000–8 000 | 200–800 | 15 | 200–530× |
| SO4 | 15 000–40 000 | 5 000–12 000 | à déclarer | n/a |
| DCO | 500–1 500 | 150–400 | 200 | 2,5–7,5× |
| MES | 50–200 | 200–800 | 70 | 1–11× |
Filière de traitement des eaux usées : déroulement process étape par étape
L'étape 1 est la correction de pH. La liqueur mère quitte le filtre-presse à pH 10,5–11,5 ; l'acide sulfurique (H2SO4, 30–50 %) l'abaisse à 8,5–9,0 en 15–20 min dans un bac de TRH de 30–60 min. Abaisser le pH sous 8,5 précipite l'essentiel du Mn résiduel sous forme de Mn(OH)₂ et casse les complexes Ni-ammine qui, autrement, retiendraient le Ni en solution à l'étape suivante. Le Mn résiduel aboutit à 5–15 mg/L après cet étage ; le Ni et le Co résiduels restent trop élevés pour satisfaire GB 30484.
L'étape 2 est le polissage aux sulfures. Na2S ou NaHS est dosé à 1,2× le besoin stœchiométrique pour Ni²⁺ + Co²⁺ résiduels, typiquement 50–200 mg/L en S²⁻. Le temps de rétention du réacteur est de 30–60 min dans un bac à agitation lente pour conserver un floc sulfuré dense, et l'entrée d'air est empêchée — même 0,5 mg/L d'OD réoxyde S²⁻ et annule le polissage. Cet étage ramène Ni et Co sous 0,5 mg/L sous forme de NiS/CoS ; les boues sont captées à l'étape 3.
L'étape 3 est la coagulation plus la flottation à air dissous. Le PAC à 50–100 mg/L et le PAM anionique à 1–2 mg/L floculent les sulfures métalliques colloïdaux, et un système de flottation à air dissous ZSQ pour la capture des boues sulfurées fait flotter le floc en surface pour écumage. Les MES de l'effluent descendent à <30 mg/L ; les boues flottées rejoignent le flux principal de boues métalliques vers le filtre-presse.
L'étape 4 est le stripping d'ammoniac plus le polissage ClO2. Le flux est remonté à pH 11 avec du NaOH, chauffé à 60 °C, et strippé à l'air dans une tour à garnissage avec un ratio air/liquide de 2 000–3 000:1 pour ramener le NH3-N à <50 mg/L. Le gaz de tête du stripping (8–12 % NH3) est absorbé dans l'acide sulfurique pour produire de l'engrais sulfate d'ammonium. Le NH3-N résiduel est ensuite poli à <15 mg/L à l'aide d'un générateur de dioxyde de chlore série ZS pour le polissage du NH3-N à un ratio massique ClO2:NH3-N de 4–5:1 et un temps de contact de 30–60 min ; le ClO2 oxyde également tout S²⁻ résiduel en SO4, éliminant l'entraînement de sulfures.
L'étape 5 est le MEE plus la cristallisation. La saumure riche en sulfates (SO4 80 000–120 000 mg/L à ce stade) va vers un évaporateur à recompression mécanique de vapeur, se concentre à 250 000–300 000 mg/L, et alimente un cristalliseur à 30–45 °C pour faire précipiter Na2SO4·10H2O. La récupération est de 85–92 % du sodium alimenté, et les cristaux sont redissous à l'étape de lavage MHP — une boucle fermée qui se substitue à l'appoint de sulfate de sodium frais. Le condensat MEE (TDS <50 mg/L) retourne à l'étape de lavage du réacteur. Si le site vise le zéro rejet liquide, l'étape 6 ajoute un système RO industriel pour le polissage final des TDS et la réutilisation de l'eau sur le condensat MEE afin d'amener les TDS sous le plafond GB 30484 de 1 000 mg/L.
L'étape 7 est la déshydratation des boues. Tous les flux de boues métalliques — Mn(OH)₂, NiS/CoS, surnageant DAF, sousverse de clarificateur — se regroupent dans un bac à boues et alimentent un filtre-presse à plateaux et cadres pour la déshydratation du gâteau MHP à 0,6–0,8 MPa. Les matières sèches du gâteau atteignent 55–65 %, et le gâteau est soit envoyé vers un centre de stockage sécurisé, soit vendu à un recycleur de métaux qui récupère les unités Ni et Co à 85–90 % des cours LME. Le filtrat retourne en tête de filière.
Conformité de l'effluent 2026 et cibles de réutilisation
La norme chinoise GB 30484-2013 fixe le plafond de rejet pour les nouvelles capacités de précurseurs à pH 6–9, Ni ≤ 0,5 mg/L, Co ≤ 0,5 mg/L, Mn ≤ 2,0 mg/L, NH3-N ≤ 15 mg/L, DCO ≤ 200 mg/L, MES ≤ 70 mg/L ; les TDS sont à déclarer et sont typiquement plafonnés à 1 000–2 000 mg/L par les autorités environnementales locales, les sites de Mongolie-Intérieure et du Qinghai appliquant 1 000 mg/L depuis 2025-08. L'équivalent UE — IED 2010/75/UE croisée avec le BREF CWW 2023 BAT-AEL — est plus strict sur le cobalt : Ni 0,3–0,5 mg/L, Co 0,1–0,3 mg/L, Zn 0,3–1,0 mg/L, MES <30 mg/L, N total 10–15 mg/L.
La cible de réutilisation de l'eau pour 2026 est le chiffre autour duquel chaque nouvelle usine chinoise de précurseurs est désormais conçue : ≥70 % de recyclage de l'eau de process, avec le condensat MEE et le perméat RO renvoyés au lavage MHP et le perméat RO final respectant les limites TDS de GB 30484. Une ligne NCM811 de 25 000 t/an qui produit ~280 000 m³/an de liqueur mère et fait tourner la filière ci-dessus réduit les prélèvements d'eau douce de 60–75 % (données de terrain Zhongsheng, 2026) — environ 1,6 million de m³/an d'eau douce évités, chiffre que le concepteur EPC inscrit dans l'EIE. Pour les référentiels OPEX 2026 des installations de traitement des eaux usées, la même filière se situe autour de 1,8–2,6 USD par m³ de liqueur mère traitée, dominée par NaOH, Na2S et la vapeur.
| Paramètre | GB 30484-2013 (CN) | EU IED + CWW BREF 2023 | Cible de réutilisation 2026 |
|---|---|---|---|
| pH | 6–9 | 6–9 | 6,5–8,5 (réutilisation lavage) |
| Ni | 0,5 mg/L | 0,3–0,5 mg/L | — |
| Co | 0,5 mg/L | 0,1–0,3 mg/L | — |
| Mn | 2,0 mg/L | 0,5–1,0 mg/L (BREF) | — |
| NH3-N / N total | 15 mg/L | 10–15 mg/L | — |
| DCO | 200 mg/L | — | — |
| MES | 70 mg/L | < 30 mg/L | — |
| TDS | 1 000–2 000 mg/L (local) | à déclarer | < 1 000 mg/L (perméat RO) |
| Recyclage de l'eau de process | — | — | ≥ 70 % |
Questions fréquentes
Quels pH et température sont requis pour la coprécipitation des précurseurs ternaires ? Le réacteur doit maintenir un pH de 10,5–11,5 (cible 11,0 ± 0,2) et 50–60 °C, avec une couverture N2 pour garder l'O₂ dissous sous 0,5 mg/L ; le système de dosage chimique piloté par API pour l'injection de NaOH, Na2S et ClO2 est ce qui tient ces boucles en pratique.
Comment le nickel et le cobalt résiduels sont-ils extraits de la liqueur mère MHP ? Précipitation aux sulfures avec Na2S ou NaHS à 1,2× la dose stœchiométrique, rétention de 30–60 min en conditions sans air, suivie d'une coagulation (PAC 50–100 mg/L + PAM 1–2 mg/L) et d'une capture DAF (flottation à air dissous) du floc NiS/CoS.
Le Na2SO4 issu de la cristallisation MEE peut-il être réutilisé dans le process précurseur ? Oui — la récupération est de 85–92 % sous forme de Na2SO4·10H2O cristallisé à 30–45 °C à partir d'une saumure de 250 000–300 000 mg/L. Le sel redissous est renvoyé à l'étape de lavage MHP et se substitue à l'appoint de sulfate de sodium frais, poste OPEX significatif sur une ligne de 25 000 t/an.
Quelle est la limite de rejet chinoise 2026 pour le nickel dans les eaux usées de précurseurs de batteries ? 0,5 mg/L selon GB 30484-2013. Plusieurs autorités locales en Mongolie-Intérieure et au Qinghai ont resserré à 0,2 mg/L depuis 2025-08, si bien que toute EIE 2026 dans ces provinces doit dimensionner pour 0,2 mg/L en sortie.
Quelle quantité de liqueur mère une ligne de 1 t de précurseur NCM génère-t-elle ? 8–14 m³ de liqueur mère plus 3–6 m³ de filtrat de lavage par tonne de MHP, selon la densité de tapotement visée et le ratio de lavage ; une ligne NCM811 de 25 000 t/an produit donc ~280 000 m³/an de liqueur mère et ~110 000 m³/an d'eau de lavage.
