Abondance des élements des Terres rares dans la croûte terrestre

Abondance des éléments des Terres rares dans la croûte terrestre

En réalité, les terres rares sont ni terres ni rares. Le mot « Terres » est imposé en raison de leur apparence sous forme d’oxydes et le mot « Rares » signifie qu’ils sont très difficiles à isoler à cause de leurs propriétés chimiques très proches [5]. Ce terme rare a plus à voir aussi avec la rareté des gisements contenant ces minéraux en vue de leurs concentrations suffisamment élevées pour être économiquement exploitables [6]. L’ETR les plus abondantes est le cérium, elle est plus répandue que le cuivre dans l’écorce terrestre et les restes de l’ETR sauf le prométhium ont une abondance moyenne mais elles sont plus abondantes que le platine ou l’or .

Structure électronique

Les configurations électroniques des couches internes de l’atome des terres rares sont symbolisées par les gaz nobles comme l’Argon pour le scandium, Krypton pour l’yttrium et Xénon pour les 15 lanthanides. Le scandium, l’yttrium et le lanthane sont les trois premières séries consécutives des éléments de transition des terres rares dont la configuration électronique de valence est ns2 (n-1) d avec n varie de 4 à 6. Concernant les 14 éléments des lanthanides, la configuration électronique est 6s2 5d1 4fn-1 ou 6s4fn . Cette configuration indique que les électrons 5d et 4f ont des énergies très voisines .

Électronégativité et degré d’oxydation

Les éléments des terres rares sont hautement électropositifs, c’est-à-dire que l’électronégativité est très faible et essentiellement de la forme ionique dans la nature. Le degré d’oxydation des majorités des ions de la terre rare est +III. Quelques éléments se produisent et se stabilisent dans le degré d’oxydation inferieur +II par exemple l’europium, l’ytterbium et le samarium. De même le cérium, le praséodyme et le terbium peuvent se stabiliser au degré d’oxydation supérieur à +IV .

Propriété et utilisation de terres rares

Depuis leur découverte, les applications des terres rares ne cessent de croitre. Ce sont des catalyseurs de développement du XXI siècle. Les ETR sont toujours utilisables en tant qu’éléments non séparés ou partiellement séparés ou totalement séparés [9]. La propriété chimique similaire provenant des trois électrons de valence quelle que soit l’ETR n’oblige pas de les faire séparer. En fait 75 à 80 % du tonnage de terres rares seraient utilisés sous une forme non séparée [10]. A ce stade, elles se trouvent sous forme d’hydroxydes, de carbonates, de fluorures, de chlorures et d’oxydes. Les terres rares séparées offrent plus d’applications très importantes particulièrement dans le domaine de haute technologie. Les utilisations des ETR séparées font appel à leurs propriétés optiques, magnétiques et physiques. Or jusqu’à maintenant la séparation des éléments qui les constituent reste encore un problème mondial.

Applications liées aux propriétés optiques

Les propriétés optiques des TR sont liées à leur configuration électronique. Les niveaux électroniques 5p et 5s, saturés, font écran au niveau 4f, ce qui explique la quasi-insensibilité du niveau 4f aux effets du champ cristallin. En conséquence, les transitions électroniques f vers f, se produisent entre niveaux discrets, comme dans l’ion libre et, de ce fait, par des absorptions ou émissions de lumière sont quasi monochromatiques [12]. Dans certains cas particuliers, l’énergie de la bande 5d est inférieure à celle des niveaux f à l’état excité. Cette propriété rend la possibilité des émissions ou des absorptions sensibles à l’environnement atomique. Les principales utilisations de terres rares liées aux propriétés optiques sont les luminophores et les verres.

Verre

L’utilisation des ETR dans ce domaine est liée à leur propriété optique et chimique. L’oxyde de terres rares est souvent utilisé pour le polissage et la coloration de verre [17]. Le pouvoir oxydant du cérium tétravalent peut transformer le fer divalent bleu intense en fer trivalent jaune très pâle. Le cérium (IV) est un agent anti brunissement très appliqué dans les verres soumis à des rayonnements de haute énergie : les ions Ce4+, agissant comme pièges pour les électrons libérés par ces rayonnements, se changent en ions Ce3+ quasi incolores pour éviter ainsi la formation des centres colorés responsables du brunissement. Les oxydes des terres rares sont utilisés aussi dans la fabrication des verreries médicales et fenêtres aérospatiales car la capacité de verre dopé par le cérium empêche la lumière ultraviolette, comme exemple 2 à 4% Ce2O3 absorbent les radiations ultraviolet (UV) et infrarouge (IR). [18]. Le verre de silice qui contient l’oxyde du lanthane possède un haut indice de réfraction à basse dispersion est utilisé largement dans la fabrication d’appareil-photo et autres lentilles.

Applications liées aux propriétés magnétiques

Les terres rares ont des propriétés magnétiques exceptionnelles, elles possèdent une aimantation à saturation très supérieure à celle du fer et leur constante d’anisotropie magnéto-cristalline est 10 à 100 fois supérieure à celles habituellement rencontrées. Ces propriétés magnétiques sont obtenues à basse température c’est-à-dire température de Curie relativement faible de l’ordre de 293K. A température ambiante, elles peuvent être paramagnétiques ou diamagnétiques. Les propriétés électromagnétiques de terres rares proviennent de leur configuration électronique avec remplissage progressif de la sous-couche 4f, à l’origine du phénomène appelé contraction lanthanide (le rayon ionique des lanthanides décroit au fur et à mesure que le numéro atomique croit) [19]. Ce phénomène est dû à l’augmentation d’attraction coulombien entre le noyau et la cage électronique 4f à travers la période lanthanide. L’utilisation de terres rares dans le domaine magnétique a connu son essor ces derniers temps. D’une manière générale, les terres rares sont utilisées dans la fabrication des aimants permanents [20]. Avant de donner les différents éléments des terres utilisées dans l’aimant permanent, il est important tout d’abord d’apporter une meilleure compréhension sur le terme « aimant permanent ».

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre I. TERRES RARES
I.1. Historique
I .2. Généralités
I.3. Abondance des élements des Terres rares dans la croûte terrestre
I .4. Structure électronique
I.5. Électronégativité et degré d’oxydation
I.6. Propriétés et applications des terres rares
I.6.1. Applications liées aux propriétés optiques
I.6.1.1. Luminophores (phosphors)
I.6.1.2. Verre
I.6.2. Applications liées aux propriétés magnétiques
I.6.3. Applications liées aux propriétés chimique et structurale
I.6.3.1. Métallurgies et alliages
I.6.3.2. Catalyseur
I .6.3.3. Céramique
I .8. Réserve et production mondial de terres rares
I.9. Ressources de terres rares à Madagascar
CHAPITRE II. MONAZITE
II.1. Généralités
II.2. Propriétés physique et chimique
II.3. Traitement du minerai de la monazite
II.3.1. Traitement physique
II.3.1.1. Enrichissement de la monazite
II.3.1.2. Broyage de minerai
II.3.2. Traitement chimique
II.3.2.1. Principe
II.3.2.2. Traitement acide
II.3.2.3. Traitement basique de la monazite
II.3.3. Etude récente sur l’extraction de terres rares à partir de la monazite
PARTIE II : MATERIELS ET METHODES
I. Introduction
II. Traitement physique de la monazite
II.1. Matériel
II.2. Méthode
II.2.1. Prélèvement de l’échantillon
II.2.2. Caractérisation des poudres par fluorescence X
II.2.2.1. Principe
II.2.2.2. Appareillage et fonctionnement
II.2.2.3. Mode operatoire
II.2.2.4. Condition experimentale
III. Traitement chimique de la monazite
III.1. Matériels et réactifs à disposition
III.2. Méthode
III.2.1. Préparation de la solution du sulfate de monazite
III-2.2) Préparation du double sulfate de sodium terres rares
III.2.3. Conversion du double sulfate de sodium terres rares en hydroxyde de terres rares
PARTIE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS
I) Résultat d’analyse de la monazite par la fluorescence X
II. Caractérisation du résidu après l’attaque chimique
III. Caractérisations des différents sels des terres rares obtenus
IV. DISCUSSIONS
V. Conclusions et perspectives
GENERALE GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES