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Comment se forme les terres rares ?

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Baotou, en Mongolie intérieure, en Chine, un lac avec de la boue toxique rappelle l’impact environnemental de l’industrie électronique. Mais comment extraire vraiment des terres rares et pourquoi est-elle si polluante ? Ici, bien sûr, les recettes sont radioactives. Cristal de bastnaesite-cerium, l’un des trois principaux minéraux dont les terres rares sont extraites. Source : ButtShark//WikiMedia Commons

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Baotou est la plus grande ville de Mongolie intérieure, une province du nord de la Chine. La vie de ses 2,5 millions d’habitants se caractérise par l’extraction de terres rares, laissant la Bine Bayan Obo à une centaine de kilomètres au nord des profondeurs. Ces atomes, indispensables à la fabrication de nombreux objets technologiques, y compris nos smartphones, se transforment en conditions hygiéniques et environnementales dystopiques.

A quelques kilomètres de la Le centre-ville de Baotou est un lac artificiel (lien Google Maps), qui se compose de déchets accumulés provenant de raffineries de terres rares. Peu d’informations ont été filtrées sur sa composition chimique exacte. Les artistes qui fabriquaient des vases à partir de la boue marine ont rapporté une teneur radioactive et élevée en métal. Les résidents locaux sont souvent affectés par des maladies et les nouveau-nés souffrent de nombreuses malformations.

Il faut se rappeler que les « terres rares » ne sont pas rares sur le globe. Mais ils sont le plus souvent dispersés et très nocifs pour l’environnement à extraire. Bien que la Chine possède un certain nombre de réserves, elle est essentiellement la seule à vouloir payer les coûts environnementaux et humains du traitement de ces métaux. 95% des terres rares extractibles proviennent de trois roches : la nésite bast, la monazite et le xenotime.

Les trois

Le bastnäsitminerais est après un La mine suédoise est nommée à l’ouest de Stockholm et contient du carbone et du fluor associés au cérium, au lanthane ou à l’yttrium. Il contient également souvent du néodyme et du praséodyme. Des gisements plus importants se trouvent au col Mountain en Californie, à Bayan Obo en Mongolie intérieure et à diverses fermes du Sichuan. Comme on peut le voir dans cet article, le fluor de bastnaesite forme des acides très nocifs lors de la transformation de la roche.

Le nom Monazite signifie « qui est seul » en grec. Il s’agit d’une roche de phosphate radioactif contenant du cérium, du lanthane, du néodyme et du samarium, ainsi que d’importantes quantités de thorium et d’uranium. Acclamée au Brésil, en Afrique du Sud et en Inde, Monazite a perdu du terrain pour des travaux de bast non radioactifs, mais s’intéresse aux projets potentiels de centrales nucléaires au Thorium.

Xenotim est également une roche phosphate plus rare, qui utilise principalement l’yttrium et les terres rares les plus lourdes (Gadolinium, dysprosium, terbium, erbium, ytterbium…). Il est extrait de mines d’étain en Malaisie. Comme la monazite, il contient du thorium et de l’uranium et est donc plus ou moins radioactif.

Un cristal de bastnaesite-cérium. Source : Robert M. Lavinsky//Wikimedia Commons

Un cristal xénotima associé au rutile (titane). Source : Robert M. Lavinsky//Wikimedia Commons

Un cristal de cérium monazite (orange) en quartz (blanc). Crédit : Robert M. Lavinsky//Wikimedia Commons Comme pour tous les minerais, l’extraction d’éléments utiles de ces roches nécessite plusieurs étapes. Découvrez comment cela se produit dans l’industrie étape par étape. Nous sommes vous promesses, ce n’est pas si compliqué, mais vous devrez peut-être tenir un peu.

Enrichissement

Lorsque le minerai est extrait, il contient non seulement des terres rares. Il est plein de diverses impuretés de souvent grandes Taille. L’ enrichissement (bénéfice) devrait garantir que la proportion de terres rares est aussi élevée que possible. Le principe général est de broyer le minerai en petits morceaux, puis d’enlever les pointes inutiles.

Le meulage se fait en deux étapes. Tout d’abord, la pierre passait à travers un concasseur à mâchoires. C’est une grande machine avec un mécanisme en forme de V, dans lequel le minerai est réduit en gravier d’un diamètre de moins de 1 centimètre. Cette phase se déroule habituellement sur le site de la mine. Ensuite, le gravier est passé à travers un moulin à billes. Un tambour plein de boules Grindstone métallique à 40-100 microns (ou 0,04 à 0,1 millimètres, soit la taille d’une cellule végétale vivante).

Un concasseur à mâchoires, dans ce cas un LokoTrack LT105. Crédit : Bob Adams/Flickr

En fin de compte, une sorte de boue de poussière humide reçu. Maintenant, il est nécessaire de séparer la bonne pecte de la pelle par un processus appelé flottation (flottation en mousse ). Le principe est le même que l’eau savonneuse, dans laquelle le savon adhère aux particules de graisse et les enlève lors du rinçage.

Nous mettons la boue dans un réservoir, dans lequel nous faisons de petites bulles d’air, comme dans un aquarium. Ensuite, nous ajoutons deux types de produits chimiques. Les fixations déprimantes adhèrent aux minéraux indésirables pour les abaisser au sol. Et les collectionneurs prennent rarement les pièces avec la terre, ils sont attachés aux bulles d’air afin qu’ils puissent se déplacer à la surface.

Les collectionneurs accrochent des morceaux de terre rare sur des bulles

Dans le traitement de la bastnaesite, les dépresseurs sont l’acide phosphorique et les acides dicarboxyliques ; Le premier est utilisé dans la transformation alimentaire pour l’acidification de la soude, et le second est une famille qui contient certains acides aminés dans le corps.

À comprennent le silicate de sodium (irritant et utilisé dans les produits ménagers), hexafluorosilicate de sodium (toxique, mais utilisé pour ajouter du fluor à l’eau courante) ou sulfonate de lignine (non toxique, propagation sur les routes pour prévenir la poussière).

Parmi les méthodes alternatives, la séparation magnétique est particulièrement utile pour la monazite et le xénotim, où de nombreux éléments réagissent aux aimants. La séparation par gravité, une forme de centrifugation, est également utilisée, mais elle est considérée comme moins efficace, car les plus petites particules de terre rares sont généralement retirées du mélange.

À la fin de l’enrichissement de drainage, c’est le drainage. Les boues minérales sont passées à travers un concentrateur pour décanter la poussière. Ces derniers sont ensuite soumis à un séchage thermique.

Crédit : Mickey//Flickr

Chimique

traitement La poussière résultante est traitée chimiquement, ce qui permet d’augmenter sa pureté à 90% dans les terres rares. Deux méthodes sont possibles : un acide et un basique (le contraire de l’acide). Les produits chimiques utilisés sont agressifs, mais très communs et peuvent être achetés dans n’importe quel magasin de quincaillerie. Acide sulfurique (H2SO4), acide chlorhydrique (HCl), acide nitrique (HNO3), soude caustique (NaOH) et cristaux de soude (Na2Co3).

Si cette étape est si nocive pour l’environnement, elle n’est pas tant due aux substances utilisées que sur les éléments qui permettent de nettoyer la poussière. Ici, nous allons nous concentrer sur les deux principaux minéraux monazite et bastnaesite.

Monazite

Prenons la monazite. La méthode traditionnelle consiste à ajouter de la monazite à l’acide sulfurique hautement concentré et laisser mijoter pendant plusieurs heures au four à une température de 120° C à 300°C, selon la recette. Le mélange est fortement agité, jusqu’à ce qu’il acquiert la texture d’une pâte épaisse. La pâte est retirée avant durcissement et refroidie à 70°C avec de l’eau modérément chaude.

Alors faisons tremper pendant une journée entière. En fin de compte, nous obtenons la solution qui survivra (imaginez le jus monazite) en éliminant les résidus – un mélange de silicium, de titane, de zirconium et d’autres impuretés. Ce jus de monacite est très acide et nous l’adoucirons avec de l’ammoniac plusieurs fois. Comme par magie, nous apparaîtrons progressivement au fond du mélange un gâteau de thorium et de phosphate (radioactif, jeter) ; un concentré de terre rare (à tenir) ; et un concentré d’uranium (radioactif, également jeté) .

Une méthode de base plus jeune et plus efficace consiste à cuire la monazite à 140° C (thermostat 5 dans votre four domestique) dans une solution de soude, puis versez la pâte résultante avec de l’eau à 100° C pour refroidir. En conséquence, le jus est rempli de phosphate, qui peut être récupéré à des fins commerciales. L’acide chlorhydrique est ajouté pour révéler le jus de lanthane obtenu pour ses terres rares. Il ne reste que de la boue de thorium sur le fond, le titane et le zirconium , qui sont toxiques et radioactifs.

Bastnaasite

La bastnaesite peut être rôtie avec de l’acide sulfurique à plus de 100°C. L’objectif est de se débarrasser du silicium et surtout du fluor, qui est évacué par des vapeurs toxiques . Ce fluor se trouve principalement sous forme d’acide fluorhydrique (HF) — et parfois sous forme d’acide hexafluorosilique chimiquement similaire (H2SiF6).

L’ acide fluorhydrique réagit avec le calcium, un élément omniprésent dans le corps humain. Sous la forme de vapeurs, il peut conduire à un œdème pulmonaire ou le rendre aveugle. Mélangé avec de l’eau, il passe facilement à travers la peau, perturbe le fonctionnement des nerfs et peut attaquer les os ou provoquer un arrêt cardiaque.

processus de séparation

Donc, après ce tambour toxique, qui produit des montagnes de boue radioactive et de nuages de fluor entiers à traiter – nous obtenons un mélange de terre rare. Cependant, ces derniers sont tous chimiquement les mêmes. Si nous sommes extraits pendant le traitement chimique, nous les recueillons tous ensemble dans un cocktail.

Pour les séparer, différents solvants sont généralement utilisés. Ce ne sont pas les produits chimiques les plus nocifs pour l’environnement, sauf s’ils contiennent du fluor (PDF), puisque vous pouvez vous retrouver avec l’acide fluorhydrique terrible de plus tôt. L’yttrium, par exemple, est isolé (PDF) avec de l’acide naphténique, le « na » du produit incendiaire napalm, dont les effets nocifs pour l’environnement dans la production de pétrole sont plus visibles.

C’ est comme de la vinaigrette

huile d’olive.

Un peu de simplification chaque terre rare a son solvant préféré. Imaginez préparer de la vinaigrette. Vous mettez la moutarde dans le vinaigre (mélange aqueux), puis ajoutez de l’huile. L’eau et l’huile ne se mélangent pas, donc si vous laissez assez votre vinaigrette, elle se déposera : nous finissons au fond avec du vinaigre et de la moutarde, et sur le dessus de l’huile.

Il est presque incroyable que nos smartphones ne sentent pas le soufre

Dans cet exemple, les solvants tels que l’huile et les terres rares sont comme la moutarde. La plupart des terres rares resteront sur le sol, sauf celle qui aime le solvant en question et remontera. En répétant plusieurs fois le procédé avec différents solvants, chaque sol rare peut être récupéré à nouveau, qui peut ensuite être réutilisé à des fins commerciales.

Ce n’est qu’après ce processus, qui est radioactif et plein d’acide fluorhydrique , l’yttrium et le cérium peuvent leur place dans les écrans OLED et néodyme et Prenez un praséodyme dans les aimants des haut-parleurs. Autant qu’on dit, il est presque surprenant que nos smartphones — contrairement à l’air de Baotou — ne sentent pas le soufre.

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