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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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1. Propriétés générales
Les terres rares sont constituées du groupe des lanthanides (éléments 57 à 71), auxquels on ajoute habituellement l’yttrium et le scandium 1.2. Elles forment une famille très homogène de dix-sept éléments aux propriétés chimiques extrêmement voisines (tableau 1).
On distingue les terres cériques (La, Ce, Pr et Nd) des terres yttriques (du Sm au Lu plus l’yttrium) [1].
1.1 Configuration électronique
Elle est essentiellement caractérisée par la présence de sous-couches insaturées 5 d 1 et 4 f et d’une sous-couche saturée 6 s 2.
À partir du xénon, gaz rare qui précède les lanthanides, la configuration électronique s’écrit :
et, à partir du lanthane jusqu’au lutétium, les éléments suivants proviennent du remplissage de la sous-couche 4f par quatorze électrons successifs. Ils sont donc classés dans la même case de la classification périodique des éléments.
L’existence de la sous-couche 4f non saturée confère aux lanthanides des propriétés magnétiques et optiques remarquables : moments magnétiques très élevés, en particulier pour Tb, Dy, Ho, Er, spectres d’absorption et d’émission à bandes fines, etc.
Ces propriétés sont à l’origine de nombreuses applications, en particulier en électronique (luminescence, magnétisme).
HAUT DE PAGE1.2 Rayons ioniques
Les ions terres rares trivalents possèdent des rayons ioniques (tableau 2) relativement différents avec une variation de 1,5 % d’une terre rare à la suivante : le rayon ionique va en décroissant dans le sens des numéros atomiques croissants du lanthane au lutétium (contraction...
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