Présentation générale Les lanthanides Présentation générale
Lanthanides : Ce-Lu Lanthanoïdes : La-Lu Terres rares : +SC/Y IUPAC : 15 éléments lanthanides La-Lu
I. Historique Nomenclature 1751: découverte du premier élément du bloc f: U, identifié en 1789 par Martin Heinrich Klaproth (chimiste allemand) et isolé à l’état métallique par Eugène-Melchior Péligot (chimiste français) en 1841 Klaproth 1743-1817 Péligot 1811-1890
I. Historique Nomenclature En 1787 : Carl Axel Arrhénius (lieutenant et chimiste amateur) découvre une roche noire lourde dans une ancienne carrière proche du village suédois d’Ytterby (baie de Stockholm). Il fait parvenir la roche qui sera nommé dans un premier temps Ytterbite (puis gadolinite) à différents chimistes pour analyse.
I. Historique Nomenclature 1794: John Gadolin (chimiste finlandais) isole l ’yttria (oxyde d’yttrium). Ytterbite (Be2FeY2SiO10) Fe3+, Be2+, Y3+ Y3+ Y(OH)3 Be(OH)2, FeCO3 Fe(OH)3 SiO2 HNO3/HCl K2CO3 pH 4-5 Confondu avec Al Be est découvert en 1798 par Vauquelin J. Gadolin 1760-1852 O2 / H2O NH3 pH 7-8
I. Historique Nomenclature 1794: John Gadolin (chimiste finlandais) isole l ’yttria (oxyde d’yttrium). un minerai contenant au moins 10 nouveaux éléments Y, Tb, Er, Yb, Sc, Ho, Tm, Gd, Dy, Lu J. Gadolin 1760-1852 1794 – 1907: beaucoup de travaux sur les nouveaux éléments
Minerais cériques: ceria 1803: Jöns Jacob Berzélius et Wilhelm von Hisinger (chimistes suédois) : Ce (58) J.J. Berzélius 1779-1848 W. Hisinger 1766-1852
Minerais cériques: ceria Berzélius : électropositif, électronégatif, catalyse, polymérisation Propose les noms lithium, vanadium, sodium ; il a isolé de nombreux éléments (Si, Ti, Th…) J.J. Berzélius 1779-1848
Minerais cériques: ceria 1839: Carl Gustaf Mosander (chimiste suédois) : La (57) C.G. Mosander 1797-1858
Minerais cériques: ceria 1879: Paul-Emile (ou François) Lecoq de BoisBaudran (chimiste français) : Sm (62) (Colonel Vasili Samarsky-Bykhovets) P.-E. Lecoq de BoisBaudran 1838-1912 Heinrich Rose 1795-1864 Miass dans le sud des montagnes de l’oural en 1847
Minerais cériques: ceria 1880: Jean Charles Galissard de Marignac (chimiste suisse) : Gd (64) Jean Charles Galissard de Marignac 1817-1894
Minerais cériques: ceria 1885: Carl Auer von Welsbach (chimiste autrichien) : Pr (59) et Nd (60) Carl Auer von Welsbach 1858-1929
Minerais cériques: ceria 1896: Demarçay: Eu (63) Eugène Anatole Demarçay 1852-1904
Minerai yttrique: yttria 1843: Mosander: Er (68) 1878: Mosander: Tb (65) 1878: Jean Charles de Marignac: Yb (70) 1879: Per Teodor Cleve (suédois 1840-1905): Ho (67) et Tm (69) 1886: Lecoq de BoisBaudran: Dy (66) 1907: Georges Urbain (français 1872-1938) et von Welsbach: Lu (71)
1913: Moseley montre qu ’il existe 14 éléments entre La et Lu 1918 - 1921: pour ces éléments, remplissage de la sous couche quantique f 1945: dernier lanthanide: Pm (61) toxique et noyau instable depuis 1955: utilisation industrielle de plus en plus intensive
Production mondiale globale
II. Lanthanides et terres rares Lanthanides Ln Terres rares: lanthanides (- Pm) + Sc Y Lu et Th La Ce Pr Nd : terres cériques les autres : terres yttriques
Abondance relative des éléments sur la croûte terrestre
Abondance naturelle des lanthanides Z 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Produit artificiellement (quelques traces naturelles)
Abondance relative dans les minerais
Abondance des lanthanides dans le corps humain Lanthanides measured in human placental tissues followed a distribution pattern similar to that of the Earth's crust, indicating that human exposure to these elements is derived mainly from natural sources ; J. Anal. At. Spectrom., 2010, 25, 1298
III. Minerais
Provenance des minerais Les plages du bout du monde ... Australie, Brésil, Afrique du Sud, Sri Lanka….
Réserves mondiales estimées: 150 millions de tonnes
B) Les différents minerais 60% à 70% de terres rares Bastnaésite Origine: Etats Unis et Chine fluorocarbonates LnCO3F 98,9% terres cériques 1,1% de terres yttriques
Mine de bastnaésite aux USA (Sierra Nevada)
Mine Californienne du désert de Mojave Mine du Mountain Pass dans le désert de Mojave (nom issu d’un peuple amérindien Les Mohaves)
Mine de Bayan obo (120 km de Baotou)
Origine: Australie, Brésil… phosphates mixtes LnPO4 2) Monazite Origine: Australie, Brésil… phosphates mixtes LnPO4 92,4% terres cériques 7,6% terres yttriques
3) Xenotime: phosphates mixtes LnPO4 91,6% terres cériques 8,4% terres yttriques
oxyde contenant 19,9% de CeO2 4) Loparite: Origine: péninsule de Kola en Russie oxyde contenant 19,9% de CeO2 et 9,9% de La2O3
oxyde contenant 19,9% de CeO2 5) Latérite: sol argileux des zones tropicales et sub tropicales (Chine) oxyde contenant 19,9% de CeO2 et 9,9% de La2O3
Composition des différents minerais La Ce Pr Nd Majoritaires Terres cériques
Composition des différents minerais terres yttriques majoritaires
Productions minières en 2008 en tonnes d’oxydes de terres rares
Quelles applications pour les terres rares ? 2009 : 124000 tonnes Céramiques Luminescents catalyseurs 6% 20% 7% Verres optiques 10% 15% 12% 18% Poudre de polissage aimants Métaux et alliages
Quelles applications pour les terres rares ? 2009 : 124000 tonnes
Décoloration et coloration du verre
Pigments colorés
Alliages et additifs métallurgiques Amélioration des propriétés thermiques et mécaniques des aciers Remplacement des métaux toxiques comme Cd
Autres applications Défense Industrie nucléaire Substitution de composés toxiques dans les pigments, les réfrigérants,… Applications respectant l’environnement
V Aspect économique
V Aspect économique
V Aspect économique 1958 2007 Lanthane 340 350 Cérium 330 Néodyme 420 450 Erbium 730 725 1958 2007 Samarium 440 300 Gadolinium 730 400 Dysprosium 500 Europium 9250 6500 Terbium 3750 1300 Lutétium 8580 7500 1958 2007 Praséodyme 420 540 Thulium 4620 6500 Ytterbium 1260 1600 Holmium 730 1200 Prix pour 1kg de métal en $
V Aspect économique Rare Earth Oxide 2007 2008 2009 2010 14/02/11 Lanthanum Oxide 3.44 8.71 4.88 23.67 52.49 64.10 Cerium Oxide 3.04 4.56 3.88 23.05 52.62 67.10 Neodymium Oxide 30.24 31.90 19.12 55.81 81.38 114.00 Praseodymium Oxide 29.05 29.48 18.03 54.37 78.62 105.50 Samarium Oxide 3.60 5.20 3.40 14.40 36.58 61.10 Dysprosium Oxide 89.10 118.49 115.67 281.54 287.85 375.00 Europium Oxide 323.90 481.92 492.92 585.31 611.54 646.00 Terbium Oxide 590.40 720.77 361.67 593.38 620.38 640.00 Prix en US$ par kg pour une pureté de 99% sur une base hors taxes et frais de transports Source : Lynas corporation
+700% sur certains minerais
+700% sur certains minerais
V Aspect économique
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V Aspect économique
V Aspect économique
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