Environ 80% de la population mondiale ne connaissent ce que sont les « terres rares ». Cela est la base de l’industrie des hautes technologies. Actuellement sans elles, notre mode de vie serait inconvenable. Comme le charbon au XIXe et le pétrole au XXe siècle, ces minerais sont aujourd’hui le moteur de la révolution industrielle. La plupart ne sont pas si « rare » comme elle l’est, car elle se présente dans le sol en quantité bien supérieure à l’argent et l’or. Madagascar est une Ile potentiellement riche. Presque toutes les différentes ressources naturelles y existent telles que les saphirs, les pierres précieuses, les bauxites, et exactement les terres rares. De nos jours, Madagascar renferme dans son sous-sol 7% des réserves des « terres rares » dans le monde, contenant également des terres rares lourdes qui sont les plus intéressantes. Cela doit alerter nos décideur sur l’intérêt que ces minerais peuvent nous ramener sur le plan économique.
Les minéraux de lanthanides sont très nombreux, mais seulement deux d’entre eux forment des gisements importants exploités industriellement, tel que le bastnaésite qui est un minerai de terres rares lourdes essentiellement en Chine et aux Etats-Unis et la monazite à la fois minerai de terres rares légers et du thorium que nous trouvons en abondance à Madagascar selon Besairie et sur laquelle nous allons travailler. On les rencontre aussi en dépôt de sable au Brésil, en Inde, au Etats-Unis, Afrique du sud …
GENERALITES
HISTORIQUE
La découverte des terres rares est une des histoires les plus longues et les plus compliquées de toutes celles qui concernent les sciences physico-chimiques. Le « Cérite »qui est le premier minerai de terre rare a été trouvé en 1750, mais considéré d’abord comme un composé de tungstène. Pendant cinquante ans de recherche, simultanément, Klaproth et Berzelius mettent en évidence un oxyde encore inconnu, la ceria. En 1787 le suédois, Carl axel Arhenius, découvre la première terre rare dans une carrière près de Stockholm. En 1794 Johan Gadolin avait découvert l’ytterbia, puis yttria. L’étude de la céria et l’yttria montra par la suite qu’en réalité ces substances étaient des mélanges complexes de plusieurs éléments inconnus, mais chimiquement identiques. Grâce au perfectionniste, en 1940, ils ont trouvé un moyen de développement de techniques d’extraction perfectionnées et la production de terres rares en grande quantité.
DEFINITION
Définition globale :
Les « Terres rares », comme son nom l’indique, sont formées de deux mots dont « terres » le terme qui désigne des oxydes réfractaires au feu, et « rares » car les chimistes ont cru qu’elles se présentent en petites quantités dans le monde. Elles sont un groupe de 17 éléments chimiques métalliques repris dans le tableau périodique de Mendeleïev. Elles rassemblent 15 lanthanides : le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhéum, le samarium, l’europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l’holmium, l’erbium, le thulium, l’ytterbium et le lutétium, auxquels s’ajoutent deux autres éléments, le scandium et l’yttrium, en raison de leurs propriétés chimiques voisines car ils se situent dans la même colonne de classification périodique. Le thorium a parfois été pris en considération car on le trouve mêlé à des terres rares dans la nature particulièrement avec la monazite. Generalement, ces terres rares sont subdivisées en deux sous-groupes selon leur masse atomique.
Catégorisation des terres rares :
Les éléments des terres rares sont catégorisés en deux sous-groupes : d’un coté les terres rares légères appelées terres cériques, qui comprennent les éléments allant du lanthane à l’europium, et de l’autre coté les terres rares lourdes, dites aussi terres yttrique, qui comprennent les autres lanthanides, du gadolinium au lutétium, ainsi que l’yttrium. Le scandium n’est, quant à lui, généralement inclus dans aucune de ces deux catégories. Certaines classifications regroupent les légers (La , Ce , Pr , Nd), les intermédiaires (Pm,Sm, Eu, Gd ,Tb) et les lourds ( Dy, Ho,Er,Tm,Yb,Lu et Y) .
Cette distinction est importante notamment car chaque catégorie possède des niveaux de dimension et rayon différentes. Les terres rares légères sont ainsi moins volumineuses que les terres rares lourdes. Ce qui entraine également a une contraction .
Contractions des lanthanides :
Cette classification en terres rares lourdes et légères est plus complexe que cela ne le paraît car elle est basée sur la dimension du rayon ionique. Il y a une relation inversement proportionnelle entre la dimension du rayon ionique et le numéro atomique (contraction des lanthanides), le rayon ionique diminue avec l’accroissement du numéro atomique.
En passant du scandinium – Sc au Lanthane-La, il y a accroissement du numéro atomique ainsi que du rayon ionique. Cela est dû au fait que l’addition d’électrons a un plus grand niveau d’énergie qui surpasse l’effet de contraction résultant de l’augmentation de l’attraction produite suite à une plus grande charge nucléaire. Toutefois, on voit aussi que plus on évolue dans la série des lanthanides, plus on constate une diminution du rayon ionique. La contraction observée d’un élément vers un autre est si faibles que la variation de dimension entre les lanthanides Ce et Lu n’est que de 0,2 Å.Cette contraction, toutefois limitée, des rayons atomiques et ioniques sont appelés contraction ou contradiction de lanthanides.
PRINCIPAUX MINERAIS
On rencontre les terres rares dans la nature en quantité plus importante sous forme d’oxydes, des carbonates, des phosphates, et des silicates. Plus de deux cent minerais sont présents dans la croute terrestre dont la monazite et le bastnaésite sont les principaux gisements. Elles sont aussi présentes dans le xénotime et la loparite mais en quantité beaucoup moins limités.
La monazite : c’est un orthophosphate de terres rares (Ce, La, Nd, Th)PO4, riche en terre cerique. Elle est aussi un gisement de l’ilménite qui est un minerai de titane ainsi que du zircon. On la rencontre dans la pegmatite mais en abondance dans le sable de plage. La teneur des oxydes des terres rares dans ce minerai est environ 60% .
La bastnaésite : c’est un fluorocarbonate de terres rares (Ce, La, Y) (CO3) F. Ce minerai est essentiellement riche en terres rares ceriques. La teneur des oxydes des terres rares dans ce minerai est environ 40% .
La loparite : c’est un minerai sous forme d’oxyde, (Na, Ca, Ce, Sr)2(Ti, Ta, Nb)2O6. Riche en terres rares ceriques, elle se présente en faible quantité dans ce minerai. La teneur des oxydes des terres rares dans ce minerai est environ 35% .
Le xénotime : c’est un orthophosphate d’yttrium Y(PO4) qui contient généralement des terres yttrique, en un teneur concentré environ 30 % d’oxydes de terres rares.
Certains minéraux sont riches en terres cériques tels que la monazite, la bastnaésite et la cérite. D’autres contiennent essentiellement des terres yttriques telles que le xenotime. La gadolinite et la fergusonite mélangent les terres rares lourdes et légères, mais ils sont tous en abondance dans le monde.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I:ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1.GENERALITES
I.1.1.HISTORIQUE
I.1.2.DEFINITION
I.1.2.1.Définition globale
I.1.2.2.Catégorisation des terres rares
I.1.2.3.Contractions des lanthanides
I .1.3. PRINCIPAUX MINERAIS
I.1.4. ABONDANCE DES TERRES RARES
I.1.5. PROPRIETE DES TERRES RARES
I.1.5.1. Propriétés générales des terres rares
I.5.1.2. Propriétés communes des terres rares
I.1.5.3. Propriétés chimiques
I.1.5.4.Propriétés thermiques et thermodynamiques
I.1.5.5.Propriété magnétique
I.2. PRODUCTION ET RESERVES DE TERRES RARES
I.2.1.Ressources mondiales et de la production
I.2.1.1.Ressources
I.2.1.2.Production
I.3. DIFFERENTES SYNTHESES D’EXTRACTION
I.4. INTERET ET USAGES DES TERRES RARES
I.4.1.INTERET DES TERRES RARES
I.4.2. Applications principales
I.4.3.Diverses applications usuelles
CHAPITRE II:MATERIELS ET METHODES
II.2. PREPARATION DU MINERAI
II.2.1 Matériel de broyage
II.3. DIGESTION
II.3.1 Etape de la digestion
II.3.2 Séchage
II.4. DISSOLUTION
II.5. PRECIPITATION
II.6. ANALYSE DES ECHANTILLONS PAR FLUORESCENCE X
CHAPITRE III:RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.1. RESULTAT DE LA DIGESTION AVEC DE LA SOUDE CAUSTIQUE
III.1.1. Evolution de la digestion au cours du temps
III.2. DISSOLUTION AVEC L’ACIDE
III.3. RESULTAT D’EXTRACTION PAR SOLVANT ET FILTRATION
III.4. RESULTAT DE LA FILTRATION
III.5.RESULTAT FINAL
III.6. RESULTAT DE L’ANALYSE PAR FLUORESCENCE X DES TERRES RARES OBTENUS
DISCUSSION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE
ANNEXE