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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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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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5. Fabrication des métaux de terres rares
La préparation des métaux de terres rares est une opération techniquement difficile.
Les métaux présentent en effet des températures de fusion élevées (800 oC à 1 700 oC) ; ils sont très réducteurs et particulièrement réactifs à l’état fondu. Les techniques de préparation sont rassemblées dans le tableau 6 ; leur mise en œuvre est liée aux températures de fusion et d’ébullition des différentes terres rares.
On peut également préparer par électrolyse des alliages à basses températures de fusion, par exemple Gd-Cr, Gd-Mn, Dy-Fe, Y-Mn, Y-Al, et réaliser ensuite des distillations sous vide pour obtenir les métaux purifiés [13] [14] [15] [16].
5.1 Électrolyse des sels fondus
Ce procédé est applicable aux terres cériques (La-Nd) et en particulier à leur mélange : le mischmétal [17]. On réalise l’électrolyse d’un bain de chlorures fondus à haute température (800 à 1 000 oC). Le bain est en général un mélange de chlorures de terres rares anhydres et de chlorures alcalins et alcalino-terreux dont le rôle est d’augmenter la conductivité et d’abaisser la température de fusion du mélange. L’anode est en graphite et la cathode généralement en fonte.
L’électrolyse peut également être réalisée en bain de fluorures fondus avec alimentation de la cellule en oxydes de terres rares. Séduisante dans le principe, en particulier pour les terres rares séparées, cette technologie a au début rencontré des difficultés de mise au point industrielle.
Les électrolyses du chlorure de Nd et de l’oxyde de Nd en milieu fluorure ont fait l’objet d’études et de développements récents au plan industriel dans le but de produire du néodyme pur ou directement des alliages Nd-Fe en utilisant des cathodes de fer, métaux de base pour l’élaboration des alliages pour aimants 6.4...
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