La consommation de terres rares dans un pays peut être utilisée pour déterminer son niveau industriel.Tous les matériaux, composants et équipements de haute qualité, précis et avancés ne peuvent être séparés des métaux rares.Pourquoi le même acier rend-il les autres plus résistants à la corrosion que vous ?Est-ce la même broche de machine-outil que d'autres sont plus durables et plus précises que vous ?Est-ce aussi un monocristal dont d'autres peuvent atteindre une température élevée de 1650°C ?Pourquoi le verre de quelqu'un d'autre a-t-il un indice de réfraction si élevé ?Pourquoi Toyota peut-elle atteindre le rendement thermique automobile le plus élevé au monde, soit 41 % ?Tout cela est lié à l’application de métaux rares.
Métaux des terres rares, également connus sous le nom d'éléments de terres rares, sont un terme collectif désignant 17 éléments duscandium, yttrium, et la série des lanthanides dans le groupe IIIB du tableau périodique, communément représenté par R ou RE.Le scandium et l'yttrium sont considérés comme des éléments des terres rares car ils coexistent souvent avec les éléments lanthanides dans les gisements minéraux et ont des propriétés chimiques similaires.
Contrairement à son nom l'indique, l'abondance des éléments des terres rares (à l'exclusion du prométhium) dans la croûte est assez élevée, le cérium se classant au 25e rang en termes d'abondance des éléments de la croûte, représentant 0,0068 % (proche du cuivre).Cependant, en raison de leurs propriétés géochimiques, les éléments des terres rares sont rarement enrichis à un niveau économiquement exploitable.Le nom des éléments des terres rares dérive de leur rareté.Le premier minéral de terres rares découvert par l'homme était le minerai de silicium-béryllium-yttrium extrait d'une mine du village d'Iterbi, en Suède, d'où proviennent de nombreux noms d'éléments de terres rares.
Leurs noms et symboles chimiques sontSc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Yb et Lu.Leurs numéros atomiques sont 21 (Sc), 39 (Y), 57 (La) à 71 (Lu).
L'histoire de la découverte des éléments de terres rares
En 1787, le suédois CA Arrhenius a découvert un minerai noir inhabituel de terres rares dans la petite ville d'Ytterby, près de Stockholm.En 1794, le Finlandais J. Gadolin en isola une nouvelle substance.Trois ans plus tard (1797), la société suédoise AG Ekeberg a confirmé cette découverte et a nommé la nouvelle substance yttria (terre d'yttrium) d'après l'endroit où elle a été découverte.Plus tard, en souvenir de la Gadolinite, ce type de minerai fut appelé gadolinite.En 1803, les chimistes allemands MH Klaproth, les chimistes suédois JJ Berzelius et W. Hisinger ont découvert une nouvelle substance - l'oxyde de cérium - à partir d'un minerai (minerai de silicate de cérium).En 1839, le Suédois CG Mosander découvre le lanthane.En 1843, Musander découvrit à nouveau le terbium et l'erbium.En 1878, le Suisse Marinac découvre l'ytterbium.En 1879, les Français ont découvert le samarium, les Suédois ont découvert l'holmium et le thulium et les Suédois ont découvert le scandium.En 1880, le Suisse Marinac découvre le gadolinium.En 1885, l'Autrichien A. von Welsbach découvrit le praséodyme et le néodyme.En 1886, Bouvabadrand découvre le dysprosium.En 1901, le Français EA Demarcay découvre l'europium.En 1907, le Français G. Urban découvre le lutécium.En 1947, des Américains comme JA Marinsky obtenaient du prométhium à partir des produits de fission de l'uranium.Il a fallu plus de 150 ans entre la séparation de la terre d'yttrium par Gadolin en 1794 et la production de prométhium en 1947.
Application des éléments de terres rares
Éléments de terres raressont connues sous le nom de « vitamines industrielles » et possèdent d'excellentes propriétés magnétiques, optiques et électriques irremplaçables, jouant un rôle énorme dans l'amélioration des performances du produit, l'augmentation de la variété des produits et l'amélioration de l'efficacité de la production.En raison de leur effet important et de leur faible dosage, les terres rares sont devenues un élément important dans l'amélioration de la structure des produits, l'augmentation du contenu technologique et la promotion du progrès technologique de l'industrie.Ils ont été largement utilisés dans des domaines tels que la métallurgie, l’armée, la pétrochimie, la vitrocéramique, l’agriculture et les nouveaux matériaux.
Industrie métallurgique
Terres raresest appliqué dans le domaine métallurgique depuis plus de 30 ans et a formé des technologies et des processus relativement matures.L’application des terres rares dans l’acier et les métaux non ferreux constitue un domaine vaste et vaste offrant de larges perspectives.L'ajout de métaux des terres rares, de fluorures et de siliciures à l'acier peut jouer un rôle dans le raffinage, la désulfuration, la neutralisation des impuretés nocives à bas point de fusion et l'amélioration des performances de traitement de l'acier ;L'alliage de fer et de silicium de terres rares et l'alliage de silicium et de magnésium de terres rares sont utilisés comme agents sphéroïdisants pour produire de la fonte ductile de terres rares.En raison de leur aptitude particulière à produire des pièces complexes en fonte ductile avec des exigences particulières, ce type de fonte ductile est largement utilisé dans les industries de fabrication mécanique telles que les automobiles, les tracteurs et les moteurs diesel ;L'ajout de métaux de terres rares à des alliages non ferreux tels que le magnésium, l'aluminium, le cuivre, le zinc et le nickel peut améliorer les propriétés physiques et chimiques de l'alliage, ainsi que ses propriétés mécaniques à température ambiante et à haute température.
Champ militaire
En raison de leurs excellentes propriétés physiques telles que la photoélectricité et le magnétisme, les terres rares peuvent former une grande variété de nouveaux matériaux aux propriétés différentes et améliorer considérablement la qualité et les performances d’autres produits.C’est pourquoi on l’appelle « l’or industriel ».Premièrement, l’ajout de terres rares peut améliorer considérablement les performances tactiques de l’acier, des alliages d’aluminium, des alliages de magnésium et des alliages de titane utilisés dans la fabrication de chars, d’avions et de missiles.En outre, les terres rares peuvent également être utilisées comme lubrifiants pour de nombreuses applications de haute technologie telles que l’électronique, les lasers, l’industrie nucléaire et la supraconductivité.Une fois que la technologie des terres rares sera utilisée dans l’armée, elle entraînera inévitablement un bond en avant dans la technologie militaire.Dans un certain sens, le contrôle écrasant de l’armée américaine dans plusieurs guerres locales après la guerre froide, ainsi que sa capacité à tuer ouvertement des ennemis en toute impunité, découlent de sa technologie des terres rares, comme le Superman.
Industrie pétrochimique
Les éléments des terres rares peuvent être utilisés pour fabriquer des catalyseurs à tamis moléculaire dans l'industrie pétrochimique, avec des avantages tels qu'une activité élevée, une bonne sélectivité et une forte résistance à l'empoisonnement aux métaux lourds.Par conséquent, ils ont remplacé les catalyseurs au silicate d’aluminium pour les procédés de craquage catalytique du pétrole ;Dans le processus de production d'ammoniac synthétique, une petite quantité de nitrate de terres rares est utilisée comme cocatalyseur et sa capacité de traitement du gaz est 1,5 fois supérieure à celle du catalyseur nickel-aluminium ;Dans le processus de synthèse du caoutchouc cis-1,4-polybutadiène et du caoutchouc isoprène, le produit obtenu à l'aide d'un catalyseur de cycloalcanoate de terres rares triisobutylaluminium présente d'excellentes performances, avec des avantages tels qu'une suspension d'adhésif réduite par équipement, un fonctionnement stable et un processus de post-traitement court. ;Les oxydes composites de terres rares peuvent également être utilisés comme catalyseurs pour purifier les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne, et le naphténate de cérium peut également être utilisé comme agent de séchage de peinture.
Vitrocéramique
L'utilisation d'éléments de terres rares dans l'industrie chinoise du verre et de la céramique a augmenté à un taux moyen de 25 % depuis 1988, pour atteindre environ 1 600 tonnes en 1998. Les vitrocéramiques de terres rares ne sont pas seulement des matériaux de base traditionnels pour l'industrie et la vie quotidienne, mais aussi un acteur majeur du secteur high-tech.Les oxydes de terres rares ou les concentrés de terres rares traités peuvent être largement utilisés comme poudres de polissage pour le verre optique, les verres de lunettes, les tubes cathodiques, les tubes d'oscilloscope, le verre plat, le plastique et la vaisselle en métal ;Dans le processus de fusion du verre, le dioxyde de cérium peut être utilisé pour avoir un fort effet d'oxydation sur le fer, réduisant ainsi la teneur en fer du verre et atteignant l'objectif d'éliminer la couleur verte du verre ;L'ajout d'oxydes de terres rares peut produire du verre optique et du verre spécial à des fins différentes, notamment du verre capable d'absorber les rayons ultraviolets, du verre résistant aux acides et à la chaleur, du verre résistant aux rayons X, etc.L'ajout d'éléments de terres rares aux émaux en céramique et en porcelaine peut réduire la fragmentation des émaux et donner aux produits des couleurs et des brillants différents, ce qui les rend largement utilisés dans l'industrie de la céramique.
Agriculture
Les résultats de la recherche indiquent que les éléments des terres rares peuvent augmenter la teneur en chlorophylle des plantes, améliorer la photosynthèse, favoriser le développement des racines et augmenter l'absorption des nutriments par les racines.Les éléments des terres rares peuvent également favoriser la germination des graines, augmenter le taux de germination des graines et favoriser la croissance des semis.En plus des fonctions principales mentionnées ci-dessus, il a également la capacité d’améliorer la résistance aux maladies, au froid et à la sécheresse de certaines cultures.De nombreuses études ont également montré que l’utilisation de concentrations appropriées d’éléments de terres rares peut favoriser l’absorption, la transformation et l’utilisation des nutriments par les plantes.La pulvérisation d'éléments de terres rares peut augmenter la teneur en Vc, la teneur totale en sucre et le rapport sucre-acide des pommes et des agrumes, favorisant ainsi la coloration des fruits et leur maturation précoce.Et il peut supprimer l’intensité respiratoire pendant le stockage et réduire le taux de décomposition.
Domaine des nouveaux matériaux
Le matériau à aimant permanent néodyme fer bore de terres rares, avec une rémanence élevée, une coercivité élevée et un produit à énergie magnétique élevée, est largement utilisé dans les industries électronique et aérospatiale et dans la conduite d'éoliennes (particulièrement adapté aux centrales électriques offshore) ;Les monocristaux et polycristaux de ferrite de type grenat formés par la combinaison d'oxydes de terres rares purs et d'oxyde ferrique peuvent être utilisés dans les industries des micro-ondes et de l'électronique ;Le grenat d'yttrium et d'aluminium et le verre de néodyme en oxyde de néodyme de haute pureté peuvent être utilisés comme matériaux laser solides ;Les hexaborides de terres rares peuvent être utilisés comme matériaux cathodiques pour l'émission d'électrons ;Le lanthane nickel métallique est un matériau de stockage d'hydrogène nouvellement développé dans les années 1970 ;Le chromate de lanthane est un matériau thermoélectrique à haute température ;À l'heure actuelle, des pays du monde entier ont réalisé des percées dans le développement de matériaux supraconducteurs en utilisant des oxydes à base de baryum modifiés avec des éléments d'oxygène en cuivre, baryum, yttrium, qui peuvent obtenir des supraconducteurs dans la plage de température de l'azote liquide.En outre, les terres rares sont largement utilisées dans l'éclairage des sources lumineuses grâce à des méthodes telles que la poudre fluorescente, la poudre fluorescente pour écran intensificateur, la poudre fluorescente à trois couleurs primaires et la poudre de lampe à copier (mais en raison du coût élevé causé par la hausse des prix des terres rares, leurs applications dans l'éclairage diminuent progressivement), ainsi que dans les produits électroniques tels que les téléviseurs à projection et les tablettes ;En agriculture, l’application de traces de nitrate de terres rares sur les grandes cultures peut augmenter leur rendement de 5 à 10 % ;Dans l'industrie textile légère, les chlorures de terres rares sont également largement utilisés dans le tannage des fourrures, la teinture des fourrures, la teinture de la laine et la teinture des tapis ;Les éléments des terres rares peuvent être utilisés dans les convertisseurs catalytiques automobiles pour convertir les principaux polluants en composés non toxiques lors des gaz d'échappement du moteur.
Autres applications
Les éléments des terres rares sont également appliqués à divers produits numériques, notamment les appareils audiovisuels, photographiques et de communication, répondant à de multiples exigences telles qu'une durée d'utilisation plus petite, plus rapide, plus légère, plus longue et des économies d'énergie.Dans le même temps, il a également été appliqué à plusieurs domaines tels que l’énergie verte, les soins de santé, la purification de l’eau et les transports.
Heure de publication : 16 août 2023