Terres rares (REE) : tout savoir sur le nouvel or du 21e siècle

Dans un monde de plus en plus dépendant de la technologie, les éléments appelés terres rares Ils sont devenus des minéraux cruciaux, un nouvel « or » du 21e siècle, et ont été et continueront de l’être une source de conflits entre les pays. Ces éléments, malgré leur nom, sont vitaux, et vous pouvez apprendre ici pourquoi ils sont si importants et ce que sont ces éléments REE (Rare Earth Elements).

¿Quelles sont les terres rares ?

Les terres rares, en anglais REE (Rare-Earth Elements), Il s'agit d'un ensemble de minéraux parmi lesquels 15 éléments sont abondants dans le tableau périodique, connus sous le nom de série des lanthanides. Ces éléments sont fondamentaux pour les technologies qui cherchent à réduire les émissions, la consommation d’énergie et à améliorer l’efficacité, les performances, la vitesse, la durabilité et la stabilité thermique. Ils constituent également un élément clé des technologies visant à rendre les produits plus légers et plus petits. C’est donc la base de la technologie actuelle, d’où son importance.

Cela les rend indispensable et irremplaçable dans de nombreuses applications électriques, optiques, magnétiques et catalytiques, et comme ils ne sont pas abondants, cela a conduit à des conflits, des guerres et des tensions entre les pays, comme nous le verrons plus tard. Eh bien, bien que les éléments des terres rares soient relativement abondants dans la croûte terrestre, en raison de leurs propriétés géochimiques, ils sont généralement largement dispersés. Cela signifie qu’ils ne se trouvent pas souvent à des concentrations qui les rendent viables pour l’exploitation minière. C’est précisément cette rareté qui leur a valu d’être qualifiées de terres rares.

Entre les 17 éléments des REE sont :

1. Scandium (Sc)
2. Yttrium (Y)
3. Lanthane (Le)
4. Cérium (Ce)
5. Praséodyme (Pr)
6. Néodyme (Nd)
7. Prométhium (Pm)
8. Samarium (Sm)
9. Europium (UE)
10. Gadolinium (Gd)
11. Terbium (Tb)
12. Dysprosium (Dy)
13. Holmium (Ho)
14. Erbium (Er)
15. Thulium
16. Ytterbium (Yb)
17. Lutécium (Lu)

Propriétés des terres rares

En ce qui concerne les propriétés Parmi les terres rares, ou plutôt leurs éléments, il convient de souligner :

• Propriétés magnétiques: Le néodyme, le dysprosium et le samarium sont appréciés pour leurs propriétés magnétiques. Ils peuvent stocker de grandes quantités d’énergie magnétique, ce qui les rend utiles dans les éoliennes, les moteurs électriques, les systèmes de guidage, les haut-parleurs et les disques durs, etc.
• Propriétés luminescentes: L'europium, l'yttrium, l'erbium et le néodyme ont des propriétés luminescentes, c'est-à-dire qu'ils émettent de la lumière lorsqu'ils sont stimulés par un rayonnement électromagnétique. Ils sont utilisés dans des sources lumineuses efficaces, des écrans, l'amplification de signaux dans les lignes à fibres optiques et les lasers.
• propriétés électriques: Le cérium, le lanthane, le néodyme et le praséodyme sont utilisés dans les batteries nickel-hydrure métallique (NiMH) en raison de leurs propriétés électriques. Ils confèrent à la batterie une densité énergétique plus élevée et une meilleure capacité de rétention après de nombreux cycles de décharge-recharge.
• Propriétés catalytiques: Le cérium et le lanthane sont utilisés comme catalyseurs de réactions chimiques en raison de leur structure électronique. Ils sont plus abondants et moins chers que les autres terres rares, ce qui en fait le premier choix pour les applications catalytiques.

Notre Histoire

Les terres rares sont présentes depuis la formation de la Terre. Ils n'ont été découverts qu'au XVIIIe siècle par le lieutenant de l'armée suédoise Carl Axel Arrhenius.. Et l'isolement des éléments de ces terres est encore plus récent, certains n'arriveront qu'au XXème siècle.

Au cours des 160 années de découverte (1787-1947), le La séparation et la purification des éléments des terres rares étaient un processus long et difficile. De nombreux scientifiques ont consacré leur vie entière à l’obtention de ces éléments purs. Enfin, comme les éléments des terres rares se sont avérés être des produits de fission d’un atome d’uranium, la Commission américaine de l’énergie atomique a déployé de grands efforts pour développer de nouvelles méthodes de séparation. En 1947, des résultats ont été publiés démontrant que les processus d’échange d’ions offraient un meilleur moyen de séparer les éléments des terres rares pour produire les éléments utilisés.

Les éléments des terres rares, à l'exception du scandium, sont plus lourds que le fer et sont produits par nucléosynthèse des supernovae ou par le processus s dans les étoiles de la branche asymptotique géante. Dans la nature, la fission spontanée de l'uranium 238 produit de petites quantités de prométhium radioactif, mais la majeure partie du prométhium est produite synthétiquement dans des réacteurs nucléaires.

Réserves mondiales de terres rares

Les réserves les plus importantes de terres rares Dans le monde, on les trouve dans les pays suivants :

• Chine: Elle possède les plus grandes réserves au monde, avec environ 44 millions de tonnes. De plus, c’est le plus grand producteur de terres rares.
• Vietnam: Elle abrite d'énormes réserves de terres rares, notamment le long de la frontière nord-ouest avec la Chine et le long de la côte est, soit 22 millions de tonnes.
• Le Brésil et la Russie: Les deux pays disposent de réserves de 21MT.
• Inde: dispose de réserves de 6,9 ​​millions de tonnes.
• Australie: dispose de réserves de 4,2 millions de tonnes.
• États Unis: Ses réserves s'élèvent à 2,3 millions de tonnes.
• Groenland: Il est calculé autour de 1,5MT.

Il est important de mentionner que, même si certains pays disposent de réserves importantes, leur production peut être faible pour diverses raisons...

Et l'Europe?

En Europe, les réserves de terres rares sont rares, et se trouvent principalement aux endroits suivants :

• Suède: On pense qu'elle possède la plus grande réserve de terres rares d'Europe. La société minière publique suédoise LKAB a identifié un gisement près de la ville de Kiruna, au nord du pays, contenant plus d'un million de tonnes de terres rares.
• Finlande et Portugal: Des sites d'exploitation ont également été identifiés dans ces pays.

Concernant l'Espagne, on sait qu'il existe des réserves de terres rares, même si elles n'ont pas été étudiées de manière approfondie. Par exemple, on distingue Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), et récemment, on a beaucoup parlé des fonds marins par rapport à ce qui se passe aux îles Canaries. Certains de ces sites ne sont pas encore exploités et les réserves qui existent ne sont pas connues. Dans le cas de la réserve galicienne, son exploitation a été refusée pour des raisons environnementales, et dans le cas des îles Canaries, le Maroc maintient des tensions pour prendre le relais. ces exploitations. …

Traitement et séparation

Les terres rares sont obtenues principalement grâce à exploitation minière industrielle à ciel ouvert., dans certains cas, la production de terres rares est un sous-produit de l’extraction du fer. Les minéraux contenant des terres rares se présentent sous forme d’oxydes, ils doivent donc être traités pour obtenir les éléments :

1. L’extraction des terres rares s’effectue dans des mines à ciel ouvert, à l’aide de détonations et de machines lourdes.
2. Après extraction, le minéral est broyé ou broyé pour un traitement approprié.
3. Pour séparer le minerai en oxydes, des méthodes de lixiviation, de précipitation et de cristallisation peuvent être utilisées.
4. À l'aide de méthodes physico-chimiques, le raffinement des oxydes de terres rares en métaux de différents niveaux de pureté est réalisé.
5. Alliage de métaux des terres rares par des procédés chimiques.
6. Transformation d'alliages de terres rares en composants utilisés dans des applications commerciales.

Types de terres rares

Tout d'abord, il faut dire qu'il existe terres rares légères et terres rares lourdes. Les légers, ou LREE, sont plus abondants et sont composés de lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium et scandium. Dans le cas des lourds, ou HREE, ils ne sont généralement pas aussi abondants et présentent des concentrations de gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutétium et yttrium.

applications

Enfin, il est important de savoir quelles sont les applications potentielles des terres rares pour comprendre leur importance actuelle :

• Catalyseurs et aimants: À l'échelle mondiale, la plupart des éléments des terres rares sont utilisés pour des catalyseurs et des aimants hautes performances (néodyme), ainsi que pour la création de matériaux céramiques spéciaux, de verres et pour le polissage. Par exemple, le cérium et le lanthane sont d’importants catalyseurs et sont utilisés dans le raffinage du pétrole et comme additifs pour le diesel. D'un autre côté, lorsque nous parlons d'aimants, nous ne faisons pas seulement référence aux aimants conventionnels, mais ceux-ci sont utilisés pour des applications telles que les moteurs électriques des véhicules hybrides et électriques, les générateurs de certaines éoliennes, les disques durs, les appareils électroniques portables, les microphones et haut-parleurs.
• Fabrication d'alliages et production de piles à combustible et de batteries nickel-hydrure métallique: Le cérium, le lanthane et le néodyme sont importants dans la fabrication d'alliages et dans la production de piles à combustible et de batteries nickel-hydrure métallique.
• Électronique: Le cérium, le gallium et le néodyme sont importants en électronique et sont utilisés dans la production d'écrans LCD et plasma, de fibres optiques et de lasers, ainsi que dans l'imagerie médicale.
• Applications médicales, engrais et traitement de l'eau: Ils sont utilisés comme traceurs dans les applications médicales, dans les engrais et dans le traitement des eaux.
• Agriculture: ont été utilisés en agriculture pour augmenter la croissance, la productivité et la résistance des plantes au stress, apparemment sans effets négatifs sur la consommation humaine et animale. De plus, les éléments des terres rares sont des additifs à l’alimentation du bétail, ce qui a entraîné une augmentation de la production, notamment des animaux plus gros, ainsi qu’une augmentation de la production d’œufs et de produits laitiers.
• Plus: Les utilisations sont très étendues, par exemple, ils peuvent également être utilisés pour dater des fossiles, car les concentrations de terres rares dans les roches ne changent que lentement par des processus géochimiques, ce qui les rend utiles pour la datation. D'autres exemples sont :
  • Le scandium est utilisé pour fabriquer des lumières à haute intensité et comme agent de suivi pour les raffineries de pétrole.
  • L'yttrium peut être ajouté à une multitude d'alliages métalliques pour améliorer leurs propriétés.
  • Le lanthane est utilisé comme catalyseur de craquage du pétrole et comme additif pour fabriquer de la fonte nodulaire.
  • Le cérium peut être utilisé dans diverses industries, des catalyseurs pour réduire la pollution aux gaz d’échappement des véhicules, en passant par les produits de nettoyage et les pigments.
  • Le praséodyme peut être allié à d’autres métaux pour créer des aimants pour appareils électroniques, mais aussi comme catalyseur.
  • Le néodyme est largement utilisé pour fabriquer des aimants très puissants, avec des applications telles que dans l'industrie des moteurs électriques, bien qu'il soit également utilisé pour les caméras, les optiques avec lasers, etc.
  • Le prométhium est utilisé par les jauges d'épaisseur comme source bêta, également comme batterie à impulsions, il peut être converti en source de rayons X portable, etc.
  • Le samarium est également utilisé pour fabriquer des aimants permanents de haute puissance, des lentilles spéciales et des matériaux absorbant les neutrons pour les réacteurs nucléaires.
  • L'europium est le plus réactif des métaux des terres rares et n'est pas courant dans les applications pratiques.
  • Le gadolinium est utilisé en médecine, pour l'imagerie par résonance magnétique, ainsi que dans les micro-ondes, les téléviseurs couleur, les amplificateurs et les systèmes audio professionnels.
  • Le terbium est utilisé pour falsifier certains composants, fabriquer des appareils électroniques, etc.
  • Le dysprosium est utilisé dans les alliages magnétiques à base de néodyme pour les rendre plus résistants à la démagnétisation à haute température. Il est également utilisé dans les lampes à décharge aux halogénures.
  • Holmium pour appareils électroniques, écrans plasma, lampes au mercure, etc.
  • Herbium utilisé pour les alliages, les amplificateurs électroniques, les lasers, etc.
  • Le thulium est utilisé pour les appareils à rayons X, les lasers à haute portée, les matériaux céramiques-magnétiques, etc.
  • L'ytterbium, courant dans l'industrie métallurgique pour les alliages avec le fer et l'acier, les catalyseurs, les lasers et les fibres optiques. Egalement en médecine nucléaire pour traiter certaines maladies et en radiothérapie.
  • Le lutécium, utilisé comme catalyseur dans le craquage des hydrocarbures dans l'industrie pétrochimique, dans le traitement du cancer, etc.

Comme vous pouvez le constater, fondamental pour l'industrie électronique, en particulier fabriquer des condensateurs en céramique que vous les retrouverez dans de nombreux PCB…