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LANTHANE ET LANTHANIDES

Séparation et purification

Le traitement des minerais est un travail long et compliqué, mais très automatisé. Il existe plusieurs variantes, selon la composition du minerai. On peut toutefois retenir trois étapes : l'enrichissement des minerais par des voies physiques, mécaniques et chimiques précède la séparation des terres rares des autres éléments ; le dernier stade consiste à séparer les terres rares entre elles. Cette dernière étape est la plus délicate et le prix du produit final dépendra de la pureté chimique désirée.

La première étape consiste à séparer grossièrement les éléments de leur gangue et de certains métaux lourds. Après un broyage préliminaire, on opère par applications successives ou combinées de méthodes électrostatique, électromagnétique et gravimétrique. Dans le cas de la bastnaésite, on peut également utiliser plusieurs étapes de flottation par adjonction de stabilisateurs d'acidité (Na2CO3, Na2SiO3). Le résultat de cette première étape est l'obtention d'un mélange riche à 50-60 p. 100 en oxydes de terres rares.

Extraction des terres rares - crédits : Encyclopædia Universalis France

Extraction des terres rares

La deuxième étape est chimique par attaque acide ou basique des minerais enrichis. La figure 1 schématise le cycle de traitement du minerai de monazite enrichi. L'attaque basique permet dans ce cas de séparer une solution d'hydroxydes de terres rares et de thorium des phosphates des métaux résiduels, peu attaqués. Une fois filtrés et séchés, les hydroxydes sont transformés en solution chlorhydrique, ce qui permet ensuite d'éliminer le thorium par précipitation à l'ammoniaque et au pyrophosphate de sodium. Le résultat de cette deuxième étape est un mélange enrichi à environ 95 p. 100 en terres rares, toujours non différenciées. Le traitement des argiles est assez simple, car 90 p. 100 des terres rares sont récupérées par un simple lavage avec une solution ammoniaquée. L'acide oxalique précipite son sel, rapidement calciné en oxyde.

La troisième étape concerne la séparation des terres rares entre elles. On peut citer pour mémoire la méthode historique de cristallisation fractionnée des sels solubles, qui ne présente plus d'intérêt de nos jours en raison de sa lenteur et de sa difficile application industrielle en continu, la pureté des oxydes obtenus ne dépassant pas 99 p. 100. Les méthodes actuelles sont des méthodes d'extraction. Elles furent rendues possibles après 1947, lorsque les innovations scientifiques et technologiques, conséquences du projet Manhattan, furent libérées du secret militaire. Elles sont mises en œuvre, par exemple, à l'usine Rhodia de La Rochelle.

Séparation par changement du degré d'oxydation

Les degrés d'oxydation + 4 du cérium et + 2 de l'europium sont très stables. L'hydroxyde de cérium tétravalent Ce(OH)4 peut être précipité à partir de la solution de terres rares trivalentes à laquelle on additionne de l'eau oxygénée, du chlore ou de la soude. L'europium est réduit à son état divalent par le zinc amalgamé ou par électrolyse, puis précipité sous forme de sulfate europeux. Une calcination régénère ensuite les oxydes trivalents.

Extraction liquide-liquide

Terres rares : l'extraction liquide-liquide - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : l'extraction liquide-liquide

L'extraction liquide-liquide consiste à extraire une substance de sa solution aqueuse à l'aide d'un solvant organique non miscible à l'eau. En fait, une extraction n'est jamais totale, car la substance se répartit entre les solvants, selon un coefficient de partage, dans ce cas peu élevé, entre 1,5 et 2 (fig. 2). Bien que les terres rares aient des propriétés chimiques très voisines, le coefficient de partage pour un même solvant organique augmente avec le numéro atomique de l'élément. Il faut réitérer l'opération d'échange de nombreuses fois avant d'obtenir une séparation et un degré de pureté satisfaisants. On parle alors d'opération multi-étages, conception analogue à celle des distillations[...]

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Écrit par

Classification

Pour citer cet article

Concepcion CASCALES, Patrick MAESTRO, Pierre-Charles PORCHER et Regino SAEZ PUCHE. LANTHANE ET LANTHANIDES [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Terres rares : caractéristiques physico-chimiques - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : caractéristiques physico-chimiques

Terres rares : découverte - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : découverte

Terres rares : éléments - crédits : Encyclopædia Universalis France

Terres rares : éléments

Autres références

  • COMPLEXES, chimie

    • Écrit par René-Antoine PARIS, Jean-Pierre SCHARFF
    • 4 304 mots
    • 5 médias
    ...éliminer les cations métalliques des eaux résiduaires par coagulation-floculation. En outre, les séparations très délicates des éléments du groupe des lanthanides et du groupe des actinides n'ont pu être réalisées commodément que selon deux techniques utilisées soit séparément, soit conjointement :...
  • IONS ÉCHANGEURS D'

    • Écrit par Robert ROSSET
    • 6 108 mots
    • 13 médias
    La séparation des lanthanides : elle est effectuée sur un échangeur de cations en superposant à la réaction d'échange simple, pour laquelle les différences d'affinité sont quasi nulles, une réaction de formation de complexes, en solution, avec l'acide α-hydroxyisobutyrique (CH...
  • MAGNÉSIUM

    • Écrit par Maurice HARDOUIN, Michel SCHEIDECKER
    • 4 273 mots
    • 8 médias
    L'addition de thorium (radioactif), de lanthanides ou d'argent permet de maintenir les propriétés mécaniques mesurées à chaud. Ces éléments sont compatibles avec le zirconium, et les propriétés spécifiques des deux types d'addition sont cumulatives. Ces alliages sont susceptibles de durcissement...
  • MAGNÉTISME

    • Écrit par Damien GIGNOUX, Étienne de LACHEISSERIE, Louis NÉEL
    • 15 617 mots
    • 14 médias
    Le magnétisme le plus marqué et le mieux compris est celui des terres rares, ou lanthanides, dont les électrons « magnétiques » sont ceux de la couche profonde 4f, écrantée par d'autres couches complètes extérieures, 5s et 5p. Les effets de l'environnement, sans bouleverser totalement...
  • Afficher les 7 références

Voir aussi