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RÉSUMÉ
La production des lanthanides à partir des minerais enrichis est assez complexe, leurs propriétés structurales et chimiques ne facilitant pas la séparation. Les traitements hydrométallurgiques mis en œuvre sont des techniques de précipitation sélective, d’échange d’ions sur résine, mais surtout d’extraction par solvant. Les applications industrielles des terres rares sont pointues et très diversifiées, elles résident dans la particularité de leurs structures électroniques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain LÉVÊQUE : Docteur ès Sciences - Directeur des recherches de l’activité Terres raresRhône-Poulenc - Secteur Intermédiaires Organiques et Minéraux - Paris
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Patrick MAESTRO : Docteur ès Sciences - Chercheur associé. Responsable scientifique du groupe Chimie du solideRhône-Poulenc - Centre de Recherches d’Aubervilliers
INTRODUCTION
Ce ne sont pas des éléments rares : avec une teneur d’environ 0,08 %, les terres rares se trouvent dans l’écorce terrestre en quantité plus importante que le cuivre ou le plomb. Toutefois, les teneurs relatives des divers lanthanides dans les minerais, qui peuvent varier de 50 % à quelques centièmes de pour-cent, sont un facteur important qui, ajouté à l’identité de propriétés chimiques, contribue à rendre les séparations délicates.
Les procédés de production des terres rares relèvent des traitements hydrométallurgiques comprenant les étapes successives suivantes à partir de minerais enrichis :
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attaque des minerais par voie humide ;
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à partir des solutions obtenues, séparations et purifications mettant en œuvre les techniques de précipitation sélective (cas des terres rares à degré d’oxydation différent de III), parfois les techniques d’échange d’ions sur résine, mais principalement celles d’extraction par solvant ;
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obtention des produits finis (oxydes, sels variés) ou bien élaboration de métaux par électrolyse des sels fondus à haute température ou encore par métallothermie.
Au niveau des applications, toute la spécificité des terres rares tient dans leur structure électronique particulière qui induit des propriétés chimiques, structurales et physiques uniques. Ces propriétés sont mises à profit dans des applications industrielles aussi variées que sophistiquées : métallurgie, catalyse, verre, optique, céramique, luminescence, magnétisme, électronique...
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- Version courante de mai 2019 par Valérie BUISSETTE, Thierry LE MERCIER
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Séparations et purifications2. Exploitation des minerais
2.1 Principaux minerais
Les terres rares sont assez largement répandues dans la nature : on a dénombré cent soixante-dix minéraux en contenant. Toutefois, le nombre des minerais riches est relativement limité.
Les deux minerais principaux traditionnels sont la monazite et la bastnaésite ; le xénotime est disponible mais en quantités beaucoup plus limitées ; la loparite moins riche est également traitée en Russie. À côté de ces minerais riches qui contiennent de 50 à 70 % d’oxydes de terres rares, il existe de nombreux minerais pauvres dont l’exploitation et le traitement ne sont rentables que dans quelques cas particuliers.
Signalons par exemple que tous les minerais de phosphates (apatites) contiennent des lanthanides à l’état de traces. L’apatite ignée de Kola en Russie est relativement riche (1 %), on en extrait des concentrés de terres rares, sous-produits de la fabrication d’engrais phosphatés.
Certains minerais d’uranium contiennent également des terres rares qui ont été récupérées (par exemple société Denison Mines au Canada de 1986 à 1990).
Dans le Sud-Est de la Chine, on extrait par lixiviation les terres rares contenues dans des argiles (appelées minerais « ioniques ») et l’on produit ainsi des concentrés d’oxydes de terres rares.
Pratiquement tous les minerais de terres rares présentent également des teneurs plus ou moins importantes de thorium et d’uranium.
Les teneurs en scandium sont toujours très faibles : quelques ppm ou dizaines de ppm (partie par million).
Le tableau 5 présente les répartitions moyennes des oxydes de terres rares des principaux minerais riches (monazite, bastnaésite, xénotime et loparite) et celles des concentrés chimiques issus de l’apatite de Kola ainsi que des minerais ioniques chinois.
Au niveau mondial, les réserves économiques prouvées de terres rares sont aujourd’hui (1992) estimées à près de 100 millions de tonnes exprimées en oxydes et correspondent essentiellement aux minéraux bastnaésite et monazite. La Chine possède plus de 50 % de ces réserves [2].
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La monazite, minerai le plus abondant, est un orthophosphate de terres rares et de thorium. C’est généralement un sous-produit de l’ilménite (minerai de titane) qu’elle accompagne le plus souvent...
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