Présentation générale

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1 Présentation générale
Les lanthanides Présentation générale

2 Lanthanides : Ce-Lu Lanthanoïdes : La-Lu Terres rares : +SC/Y IUPAC : 15 éléments lanthanides La-Lu

3 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 Péligot

4 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.

5 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 O2 / H2O NH3 pH 7-8

6 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 1794 – 1907: beaucoup de travaux sur les nouveaux éléments

7 Minerais cériques: ceria
1803: Jöns Jacob Berzélius et Wilhelm von Hisinger (chimistes suédois) : Ce (58) J.J. Berzélius W. Hisinger

8 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

9 Minerais cériques: ceria
1839: Carl Gustaf Mosander (chimiste suédois) : La (57) C.G. Mosander

10 Minerais cériques: ceria
1879: Paul-Emile (ou François) Lecoq de BoisBaudran (chimiste français) : Sm (62) (Colonel Vasili Samarsky-Bykhovets) P.-E. Lecoq de BoisBaudran Heinrich Rose Miass dans le sud des montagnes de l’oural en 1847

11 Minerais cériques: ceria
1880: Jean Charles Galissard de Marignac (chimiste suisse) : Gd (64) Jean Charles Galissard de Marignac

12 Minerais cériques: ceria
1885: Carl Auer von Welsbach (chimiste autrichien) : Pr (59) et Nd (60) Carl Auer von Welsbach

13 Minerais cériques: ceria
1896: Demarçay: Eu (63) Eugène Anatole Demarçay

14 Minerai yttrique: yttria
1843: Mosander: Er (68) 1878: Mosander: Tb (65) 1878: Jean Charles de Marignac: Yb (70) 1879: Per Teodor Cleve (suédois ): Ho (67) et Tm (69) 1886: Lecoq de BoisBaudran: Dy (66) 1907: Georges Urbain (français ) et von Welsbach: Lu (71)

15 1913: Moseley montre qu ’il existe 14 éléments entre La et Lu
: 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

16 Production mondiale globale

17 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

18 Abondance relative des éléments sur la croûte terrestre

19 Abondance naturelle des lanthanides
Z Produit artificiellement (quelques traces naturelles)

20 Abondance relative dans les minerais

21 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

22 III. Minerais

23 Provenance des minerais Les plages du bout du monde ...
Australie, Brésil, Afrique du Sud, Sri Lanka….

24 Réserves mondiales estimées:
150 millions de tonnes

25 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

26 Mine de bastnaésite aux USA (Sierra Nevada)

27 Mine Californienne du désert de Mojave
Mine du Mountain Pass dans le désert de Mojave (nom issu d’un peuple amérindien Les Mohaves)

28 Mine de Bayan obo (120 km de Baotou)

29 Origine: Australie, Brésil… phosphates mixtes LnPO4
2) Monazite Origine: Australie, Brésil… phosphates mixtes LnPO4 92,4% terres cériques 7,6% terres yttriques

30 3) Xenotime: phosphates mixtes LnPO4
91,6% terres cériques 8,4% terres yttriques

31 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

32 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

33 Composition des différents minerais
La Ce Pr Nd Majoritaires Terres cériques

34 Composition des différents minerais
terres yttriques majoritaires

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36 Productions minières en 2008 en tonnes d’oxydes de terres rares

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38 Quelles applications pour les terres rares ?
2009 : tonnes Céramiques Luminescents catalyseurs 6% 20% 7% Verres optiques 10% 15% 12% 18% Poudre de polissage aimants Métaux et alliages

39 Quelles applications pour les terres rares ?
2009 : tonnes

40 Décoloration et coloration du verre

41 Pigments colorés

42 Alliages et additifs métallurgiques
Amélioration des propriétés thermiques et mécaniques des aciers Remplacement des métaux toxiques comme Cd

43 Autres applications Défense Industrie nucléaire
Substitution de composés toxiques dans les pigments, les réfrigérants,… Applications respectant l’environnement

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46 V Aspect économique

47 V Aspect économique

48 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 $

49 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

50 +700% sur certains minerais

51 +700% sur certains minerais

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