Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Le scandium, largement dispersé dans la lithosphère, a été produit à l'origine à partir de la thortveitite et, comme sous-produit, à partir de solutions de lixiviation de minerais d'uranium. Il peut aussi être extrait de rejets miniers et de résidus métallurgiques. Les principaux usages du scandium sont les équipements sportifs, les alliages à haute résistance, les lampes à halogène, l'électronique et les lasers. Dans ses applications spécifiques, le scandium n'est pas sujet à des substitutions.
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Widely dispersed in the lithosphere, scandium was initially produced from thortveitite and as a sub-product, from lixiviation solutions of uranium ores. It can also be extracted from mining and metallurgical residues. The main uses of scandium are sports equipment, high-resistance alloys, halogen lamps, electronics and lasers. Within specific applications scandium is not subject to substitutions.
Auteur(s)
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Pierre BLAZY : Professeur honoraire - Ancien directeur de l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
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Virginie HERMANT : Agrégée de l’Université
INTRODUCTION
Le scandium est un élément à la fois très répandu et très dispersé dans la nature.
Les sources pouvant présenter un intérêt économique sont aussi bien des sources primaires que des sources secondaires ; les teneurs sont toujours faibles, voire très faibles.
Les sources primaires sont constituées soit par des minerais à thortveitite, seul minéral de scandium exploité, soit par des stériles d’exploitations minières de wolframite ou de molybdénite. On compte très peu d’exploitations minières de thortveitite à l’échelle mondiale du fait de la rareté des gisements. Les stériles miniers sont en revanche beaucoup plus répandus. Les sources secondaires sont constituées soit par des solutions d’attaque de minerais latéritiques nickelo-cobaltifères, de minerais d’uranium et de terres rares, soit par des résidus solides issus de la métallurgie du tungstène et du titane ou de la chimie des bauxites (procédé Bayer). Dans toutes ces sources secondaires, le scandium est associé à de nombreux autres éléments (U, Th, TR, W, Sn, Fe, Ni, Co...). Sauf dans le cas des minerais à thortveitite, le scandium apparaît ainsi comme le sous-produit d’un ou de plusieurs métaux. Sa récupération ne doit donc pas gêner celle des métaux principaux.
Les procédés métallurgiques de mise en solution du scandium sont adaptés aux différentes sources. À partir des sources primaires, une préparation mécanique permet de produire un concentré sur lequel on applique ensuite des procédés pyro-hydro-métallurgiques. À partir des sources secondaires, une telle pré-concentration est impossible. On applique directement des procédés hydro-métallurgiques, qu’il s’agisse du traitement des solutions d’attaque, des résidus solides de la métallurgie ou des boues de traitement chimique. Parfois, les propriétés chimiques du scandium sont voisines de celles d’éléments auquel il est associé ce qui rend difficile tout procédé d’extraction sélective.
Après sa mise en solution, le scandium est extrait par précipitation, après l'extraction des métaux principaux. La scandine (Sc2O3), obtenue à partir du précipité par décomposition thermique, est fluorée après purification ; se forme ainsi le composé intermédiaire ScF3, à partir duquel est extrait le scandium métal par calcio- ou alumino-thermie, l’alumino-thermie ayant pour avantage l’obtention directe de l’alliage Al-Sc.
L’économie du scandium repose sur des emplois voisins de ceux du titane, pour des alliages destinés notamment au domaine des transports terrestres, maritimes ou aériens, à celui des équipements sportifs spécifiques et à celui de la soudure. En outre, d’autres applications concernant l’éclairage (lampes halogènes (ScI3)), les lasers et les alliages pour l’aéronautique et l’aérospatiale, sont en cours de développement. Le matériau de base de toutes ces applications est la scandine, dont la production mondiale serait comprise entre 5 à 10 t/an en 2012.
La récupération sélective du scandium étant difficile, seule l’amélioration des techniques séparatives permettra de produire économiquement les quantités nécessaires aux nouveaux usages en métallurgie.
Le scandium est inflammable sous forme de poussières. Son absorption par inhalation ou par voie orale est dangereuse, qu’il s’agisse du métal ou de ses composés. La contrainte environnementale majeure est la radioactivité, due à l’uranium et au thorium qui suivent le scandium dans les procédés d’extraction par hydro-métallugie.
MOTS-CLÉS
thortveitite lixiviation sous-produit métallo-thermie réduction fusion sous vide sublimation affinage hydrométallurgie alliages aluminium
KEYWORDS
thortveitite | lixiviation | by-product | metallo-thermy | reduction | vacuum casting | sublimation | refining | hydrometallurgy | aluminium alloys
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12. Conclusion
Aussi bien en gîtologie qu’en métallurgie, le scandium est un métal à la fois résiduel et fortement dispersé. Ce comportement original est un handicap quand il s’agit d’évaluer des projets miniers et métallurgiques ayant pour but sa récupération et son extraction.
Concernant la récupération du métal, la richesse en scandium d’un minerai ou d’un résidu ne constitue pas à elle seule une condition décisive : un matériau riche peut s’avérer difficilement valorisable par suite de la complexité chimique et de la grande dispersion du métal qu’il contient. Il faut donc préciser en premier lieu le statut minéralogique du scandium et les combinaisons chimiques dans lesquelles il est impliqué.
Concernant les cours du scandium et de ses composés, l’évolution des prix atteste une grande volatilité, caractéristique classique de tous les domaines économiques spéculatifs. En peu de temps, les prix de la qualité « haute pureté » peuvent varier du simple au quintuple. Le fait que le scandium soit lié, en tant que sous-produit, à une industrie extractive en amont, fragilise sa position car cette industrie peut stopper son activité pour des raisons affectant le produit principal.
Concernant les usages du scandium comme additif des alliages légers et des super-alliages, il est difficile de miser aujourd’hui sur sa substitution par un nouveau métal, bien que l’incorporation des terres rares dans les alliages spéciaux fasse actuellement l’objet de nombreuses recherches.
Les difficultés techniques liées à l’obtention du scandium, la volatilité des cours et les incertitudes relatives à sa substitution imposent une politique prudente aux industriels, réticents à créer une filière spécifique du scandium qui engloberait la recherche minière, l’exploitation du minerai et la métallurgie extractive. Pour minorer les risques, ils envisagent préférentiellement la valorisation de résidus scandifères miniers ou métallurgiques.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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...
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Alfa Aesar (Johnson Matthey Company, États-Unis)
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Ames Laboratory (Iowa University, États-Unis)
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Arris International Corporation (États-Unis)
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Ashurt Technology Ltd (États-Unis)
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Boulder Scientific Company (États-Unis)
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Changsha Rare Earth Technology Co, Ltd (Chine)
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EMC Metals (Canada BC)
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GMH Jost-Henrich Stachow GmbH Metallhandel (Allemagne)
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Goodfellow (matériaux pour la Recherche et l’Industrie, États-Unis)
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GOSINCOR (Russie)
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HEFA Rare Earth (Canada, Chine)
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Meldform Group Metal Pacific Corporation (Chine)
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Mitsubishi Materials Reade Advanced Materials (Japon)
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Stanford Materials Corporation (États-Unis)
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Stigma Ltd (trader de produit, Russie)
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Tianjiao International (Chine)
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Union Carbide Metals Co (États-Unis)
1.2 Producteurs de scandium métal (HP)
À Mead (Colorado, États-Unis) et à Urbana (Illinois, États-Unis), le scandium...
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