Sustainable Valorization of Dolomitic Limestone Waste Rocks by a Hybrid Metallurgical Process: Extraction of Alkaline Earth Metals

L’expansion rapide de la fabrication avancée, de l’électrification des transports et des systèmes énergétiques à faibles émissions de carbone a intensifié la demande mondiale en métaux critiques. Parmi ceux-ci, le magnésium (Mg) s’est imposé comme un matériau léger d’importance stratégique en raison de sa faible densité, de sa résistance spécifique élevée et de sa large applicabilité dans les systèmes structurels, électroniques et énergétiques. Cependant, la production actuelle de magnésium repose principalement sur des ressources primaires et sur des procédés pyrométallurgiques à forte intensité énergétique, en particulier la réduction silicothermique sous vide de la dolomie, associée à des émissions élevées de carbone, à une consommation énergétique importante et à des chaînes d’approvisionnement géographiquement concentrées. Ces limitations soulignent la nécessité de développer des voies de production alternatives à la fois durables et résilientes. En réponse à ces défis, un intérêt croissant s’est porté sur l’exploitation minière de la technosphère, qui permet de récupérer des métaux de valeur à partir de flux de déchets industriels et de produits en fin de vie. Parmi ces ressources, les roche stérile de calcaire dolomitique (DLWR) générés lors de l’extraction minière des phosphates, constituent une source prometteuse de magnésium mais encore sous-exploitée. Ce matériau contient des quantités importantes de Mg sous forme carbonatée, ainsi que du calcium et des impuretés. Sa valorisation offre une opportunité de répondre simultanément aux enjeux de gestion des déchets et de développement de chaînes d’approvisionnement circulaires pour les métaux critiques. Néanmoins, plusieurs défis majeurs subsistent, notamment la nécessité d’étapes de prétraitement énergivores, la difficulté de séparer sélectivement le Mg et le Ca, la gestion des émissions de CO2 au cours du procédé, ainsi que l’inefficacité des voies de réduction thermique conventionnelles. Cette thèse aborde ces enjeux en développant un procédé hybride hydrométallurgique–pyrométallurgique pour la production de magnésium à faible empreinte carbone à partir de DLWR. L’approche proposée combine une lixiviation acide inorganique et une précipitation alcaline sélective de composés de magnésium de haute pureté avec une réduction carbothermique électrifiée, permettant la production de magnésium métallique à pression atmosphérique.