Les métaux

REE - Éléments de terres rares et leurs utilisations



La demande d'éléments en terres rares a augmenté rapidement, mais leur présence dans les gisements exploitables est limitée.


Production d'éléments de terres rares: Ce graphique montre un historique de la production d'éléments de terres rares, en tonnes métriques d'équivalent d'oxyde de terres rares, entre 1950 et 2017. Il montre clairement l'entrée des États-Unis sur le marché au milieu des années 1960 lorsque la télévision couleur a fait exploser la demande. Lorsque la Chine a commencé à vendre des terres rares à des prix très bas à la fin des années 80 et au début des années 90, les mines des États-Unis ont été contraintes de fermer car elles ne pouvaient plus réaliser de bénéfices. Lorsque la Chine a réduit ses exportations en 2010, les prix des terres rares sont montés en flèche. Cela a motivé une nouvelle production aux États-Unis, en Australie, en Russie, en Thaïlande, en Malaisie et dans d'autres pays. En 2016, la production de terres rares aux États-Unis s'est arrêtée car la seule mine restante a été mise en service et en maintenance.

Tableau périodique REE: Les éléments de terres rares sont les 15 éléments de la série des lanthanides, plus l'yttrium. Le scandium se trouve dans la plupart des gisements d'éléments de terres rares et est parfois classé comme élément de terres rares. Image de.

Que sont les éléments de terres rares (REE)?

Les éléments des terres rares sont un groupe de dix-sept éléments chimiques qui se produisent ensemble dans le tableau périodique (voir image). Le groupe comprend l'yttrium et les 15 éléments lanthanides (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium et lutétium). Le scandium se trouve dans la plupart des gisements d'éléments de terres rares et est parfois classé comme élément de terres rares. L'Union internationale de chimie pure et appliquée inclut le scandium dans sa définition des éléments des terres rares.

Les éléments des terres rares sont tous des métaux, et le groupe est souvent appelé «métaux des terres rares». Ces métaux ont de nombreuses propriétés similaires, ce qui les amène souvent à se retrouver ensemble dans les gisements géologiques. Ils sont également appelés "oxydes de terres rares" car nombre d'entre eux sont généralement vendus sous forme de composés oxydés.

Utilisations des éléments des terres rares: Ce graphique montre l'utilisation d'éléments de terres rares aux États-Unis en 2017. De nombreux véhicules utilisent des catalyseurs de terres rares dans leurs systèmes d'échappement pour lutter contre la pollution atmosphérique. Un grand nombre d'alliages sont rendus plus durables par l'ajout de métaux des terres rares. Le verre, le granit, le marbre et les pierres précieuses sont souvent polis avec de la poudre d'oxyde de cérium. De nombreux moteurs et générateurs contiennent des aimants fabriqués avec des éléments de terres rares. Les phosphores utilisés dans les écrans numériques, les moniteurs et les téléviseurs sont créés avec des oxydes de terres rares. La plupart des batteries d'ordinateurs, de téléphones portables et de véhicules électriques sont fabriquées avec des métaux des terres rares.

Utilisations des éléments de terres rares

Les métaux et alliages de terres rares qui les contiennent sont utilisés dans de nombreux appareils que les gens utilisent tous les jours, tels que la mémoire d'ordinateur, les DVD, les piles rechargeables, les téléphones portables, les convertisseurs catalytiques, les aimants, l'éclairage fluorescent et bien plus encore.

Au cours des vingt dernières années, la demande de nombreux articles nécessitant des métaux de terres rares a explosé. Il y a vingt ans, très peu de téléphones portables étaient utilisés, mais ce nombre est passé à plus de 7 milliards aujourd'hui. L'utilisation d'éléments de terres rares dans les ordinateurs s'est développée presque aussi rapidement que les téléphones portables.

De nombreuses piles rechargeables sont fabriquées avec des composés de terres rares. La demande de batteries est tirée par la demande d'appareils électroniques portables tels que les téléphones portables, les lecteurs, les ordinateurs portables et les appareils photo.

États-Unis: utilisation d'éléments de terres rares

Catalyseurs chimiques55%
Céramique et verrerie15%
Métallurgie et alliages10%
Polissage du verre5%
Autre15%
(Données 2017 de l'USGS)

Plusieurs livres de composés de terres rares se trouvent dans les batteries qui alimentent chaque véhicule électrique et véhicule électrique hybride. Alors que les préoccupations relatives à l'indépendance énergétique, au changement climatique et à d'autres problèmes entraînent la vente de véhicules électriques et hybrides, la demande de batteries fabriquées avec des composés de terres rares augmentera encore plus rapidement.

Les terres rares sont utilisées comme catalyseurs, luminophores et composés de polissage. Ils sont utilisés pour le contrôle de la pollution de l'air, les écrans lumineux sur les appareils électroniques et le polissage du verre de qualité optique. Tous ces produits devraient connaître une demande croissante.

D'autres substances peuvent remplacer les éléments des terres rares dans leurs utilisations les plus importantes; cependant, ces substituts sont généralement moins efficaces et moins coûteux.

Des années 1950 au début des années 2000, l'oxyde de cérium était un polish lapidaire très populaire. C'était peu coûteux et très efficace. Les récentes hausses de prix ont presque éliminé l'utilisation d'oxyde de cérium dans le tumbling des roches et les arts lapidaires. D'autres types de vernis, tels que l'aluminium et l'oxyde de titane, sont désormais utilisés à sa place.

Utilisations des éléments de terres rares par la défense

Lanthanelunettes de vision nocturne
Néodymetélémètres laser, systèmes de guidage, communications
Europiumfluorescents et phosphores dans les lampes et les moniteurs
Erbiumamplificateurs pour la transmission de données par fibre optique
Samariumaimants permanents stables à haute température
Samariumarmes à guidage de précision
Samariumproduction de "bruit blanc" en technologie furtive

Utilisations critiques de la défense

Les éléments des terres rares jouent un rôle essentiel dans notre défense nationale. L'armée utilise des lunettes de vision nocturne, des armes à guidage de précision, du matériel de communication, du matériel GPS, des batteries et d'autres appareils électroniques de défense. Cela donne aux militaires américains un énorme avantage. Les métaux des terres rares sont des ingrédients clés pour fabriquer les alliages très durs utilisés dans les véhicules blindés et les projectiles qui se brisent lors de l'impact.

Des substituts peuvent être utilisés pour les éléments des terres rares dans certaines applications de défense; cependant, ces substituts ne sont généralement pas aussi efficaces et cela diminue la supériorité militaire. Plusieurs utilisations des éléments des terres rares sont résumées dans le tableau ci-joint 5.

Le saviez-vous? La majeure partie du scandium utilisé aux États-Unis est destinée aux bâtons de baseball en alliage d'aluminium et à d'autres équipements sportifs 3. Le scandium est également utilisé dans les semi-conducteurs et l'éclairage spécialisé.

Ces éléments sont-ils vraiment «rares»?

Les éléments des terres rares ne sont pas aussi "rares" que leur nom l'indique. Le thulium et le lutétium sont les deux éléments de terres rares les moins abondants - mais ils ont chacun une abondance crustale moyenne qui est près de 200 fois supérieure à l'abondance crustale d'or 1. Cependant, ces métaux sont très difficiles à extraire car il est inhabituel de les trouver à des concentrations suffisamment élevées pour une extraction économique.

Les éléments de terres rares les plus abondants sont le cérium, l'yttrium, le lanthane et le néodyme 2. Ils ont des abondances croûteuses moyennes similaires aux métaux industriels couramment utilisés tels que le chrome, le nickel, le zinc, le molybdène, l'étain, le tungstène et le plomb 1. Encore une fois, ils sont rarement trouvés dans des concentrations extractibles.

Le saviez-vous? Des aimants en terres rares sont utilisés dans les éoliennes. Certaines grandes turbines nécessitent deux tonnes d'aimants de terres rares. Ces aimants sont très puissants et rendent les turbines très efficaces. Les aimants de terres rares sont utilisés dans les turbines et les générateurs dans de nombreuses applications énergétiques alternatives.

Le saviez-vous? Les prix et la demande de matériaux de terres rares ont augmenté de façon spectaculaire au cours de la dernière décennie. La Chine produit environ 90% de l'offre. Les dépôts en Australie et aux États-Unis reprennent leurs activités et l'exploration dans de nombreux nouveaux domaines progresse.

Éléments de terres rares lourdes et légères: Les éléments des terres rares sont souvent subdivisés en «terres rares lourdes» et «terres rares légères». Le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium et le samarium sont les «terres rares légères». L'yttrium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium et le lutétium sont les «terres rares lourdes». Bien que l'yttrium soit plus léger que les éléments des terres rares légères, il est inclus dans le groupe des terres rares lourdes en raison de ses associations chimiques et physiques avec les terres rares lourdes dans les dépôts naturels.

Le saviez-vous? Chaque véhicule hybride électrique et électrique possède une grande batterie. Chaque batterie est fabriquée à l'aide de plusieurs kilos de composés de terres rares. L'utilisation de véhicules électriques devrait augmenter rapidement, en raison de l'indépendance énergétique, du changement climatique et d'autres préoccupations. Cela augmentera la demande de matériaux de terres rares.

Le saviez-vous? De minuscules quantités de métaux des terres rares sont utilisées dans la plupart des petits appareils électroniques. Ces appareils ont une courte durée de vie et le recyclage des REE est rarement effectué. Des milliards sont jetés chaque année.

Production minière mondiale et réserves(Estimations de 2017)

PaysProduction
(Tonnes métriques)
Réserves
(Tonnes métriques)
États Unis--1,400,000
Australie20,0003,400,000
Brésil2,00022,000,000
Canada--830,000
Chine105,00044,000,000
Groenland--1,500,000
Inde1,5006,900,000
Malawi--140,000
Malaisie30030,000
Russie3,00018,000,000
Afrique du Sud--860,000
Thaïlande1,600indisponible
Vietnam10022,000,000
Total mondial (arrondi)130,000120,000,000

Histoire de la production et du commerce des terres rares

Avant 1965

Avant 1965, la demande d'éléments en terres rares était relativement faible. À cette époque, la majeure partie de l'approvisionnement mondial provenait de gisements de placers en Inde et au Brésil. Dans les années 1950, l'Afrique du Sud est devenue le premier producteur de gisements de monazite contenant des terres rares. À cette époque, la mine Mountain Pass en Californie produisait de petites quantités d'oxydes de terres rares à partir d'une carbonatite précambrienne.

La télévision couleur stimule la demande

La demande d'éléments en terres rares a connu sa première explosion au milieu des années 1960, avec l'arrivée sur le marché des premiers téléviseurs couleur. Europium était le matériau essentiel pour produire les images en couleur. La mine Mountain Pass a commencé à produire de l'europium à partir de bastnasite, qui contenait environ 0,1% d'europium. Cet effort a fait de la mine Mountain Pass la plus grande productrice de terres rares au monde et a placé les États-Unis au premier rang des producteurs.

La Chine entre sur le marché

La Chine a commencé à produire des quantités notables d'oxydes de terres rares au début des années 80 et est devenue le premier producteur mondial au début des années 90. Au cours des années 1990 et au début des années 2000, la Chine a progressivement renforcé son emprise sur le marché mondial des oxydes de terres rares. Ils vendaient des terres rares à des prix si bas que la mine Mountain Pass et bien d'autres à travers le monde n'ont pas pu rivaliser et ont cessé de fonctionner.

Demande d'électronique grand public et de défense

Dans le même temps, la demande mondiale montait en flèche alors que les métaux des terres rares étaient conçus pour une grande variété de produits électroniques de défense, d'aviation, industriels et grand public. La Chine a capitalisé sur sa position dominante et a commencé à restreindre les exportations et à permettre aux prix des oxydes de terres rares d'atteindre des niveaux historiques.

La Chine, premier consommateur de terres rares

En plus d'être le plus grand producteur mondial de terres rares, la Chine est également le consommateur dominant. Ils utilisent des terres rares principalement dans la fabrication de produits électroniques pour les marchés nationaux et d'exportation. Le Japon et les États-Unis sont les deuxième et troisième plus gros consommateurs de terres rares. Il est possible que la réticence de la Chine à vendre des terres rares soit une défense de son secteur manufacturier à valeur ajoutée.

Le sommet chinois de la domination de la production?

La domination chinoise a peut-être culminé en 2010 lorsqu'elle contrôlait environ 95% de la production mondiale de terres rares, et les prix de nombreux oxydes de terres rares avaient augmenté de plus de 500% en quelques années seulement. Ce fut un réveil pour les consommateurs de terres rares et les mineurs du monde entier. Des sociétés minières aux États-Unis, en Australie, au Canada et dans d'autres pays ont commencé à réévaluer les anciennes perspectives de terres rares et à en explorer de nouvelles.

Les prix élevés ont également incité les fabricants à faire trois choses: 1) chercher des moyens de réduire la quantité d'éléments de terres rares nécessaires pour produire chacun de leurs produits; 2) rechercher des matériaux alternatifs à utiliser à la place des éléments des terres rares; et 3) développer des produits alternatifs qui ne nécessitent pas d'éléments de terres rares.

Cet effort a entraîné une baisse des quantités de matériaux de terres rares utilisées dans certains types d'aimants et un passage des produits d'éclairage à base de terres rares à la technologie des diodes électroluminescentes. Aux États-Unis, la consommation moyenne de terres rares par unité de produit manufacturé a diminué, mais la demande pour davantage de produits fabriqués avec des éléments de terres rares a augmenté. Le résultat a été une consommation plus élevée.

La Chine achète des ressources en dehors de la Chine

Les entreprises chinoises ont acheté des ressources en terres rares dans d'autres pays. En 2009, China Non-Ferrous Metal Mining Company a acheté une participation majoritaire dans Lynas Corporation, une société australienne qui possède l'un des plus hauts rendements d'éléments en terres rares en dehors de la Chine. Ils ont également acheté la mine Baluba en Zambie.

Production de terres rares en dehors de la Chine

Les mines australiennes ont commencé à produire des oxydes de terres rares en 2011. En 2012 et 2013, elles fournissaient environ 2% à 3% de la production mondiale. En 2012, la mine Mountain Pass a repris sa production et les États-Unis ont produit environ 4% des éléments des terres rares dans le monde en 2013. La production au Brésil, en Malaisie, en Russie, en Thaïlande et au Vietnam a continué ou augmenté.

De nouvelles évaluations des ressources minérales menées par la United States Geological Survey ont identifié des ressources importantes en dehors de la Chine. Bien que la Chine soit le leader mondial de la production de terres rares, elle ne contrôle qu'environ 36% des réserves mondiales. Cela donne l'occasion à d'autres pays de devenir d'importants producteurs maintenant que la Chine ne vend pas de terres rares en dessous du coût de production.

Tableau de production de REE: Ce graphique montre la domination de la Chine dans la production d'éléments de terres rares entre 1994 et 2017. Les États-Unis ont été un producteur important dans les années 1990, mais les matériaux à bas prix vendus par la Chine ont forcé les mines aux États-Unis et dans d'autres pays à ne plus fonctionner. Alors que la Chine a limité ses exportations et que les prix ont augmenté rapidement en 2009 et 2010, les mines en Australie et aux États-Unis sont redevenues actives. Graphique à l'aide des données de la United States Geological Survey.

Dangers d'un producteur mondial dominant

L'offre et la demande déterminent normalement le prix du marché d'un produit. À mesure que l'offre diminue, les prix augmentent. À mesure que les prix augmentent, ceux qui contrôlent l'offre sont tentés de vendre. Les sociétés minières voient les prix élevés comme une opportunité et tentent de développer de nouvelles sources d'approvisionnement.

Avec les éléments de terres rares, le délai entre la décision d'une entreprise minière d'acquérir une propriété et le début de la production peut être de plusieurs années ou plus. Il n'y a pas de moyen rapide d'ouvrir une nouvelle propriété minière.

Si un seul pays contrôle la quasi-totalité de la production et prend la décision ferme de ne pas exporter, alors la totalité de l'offre d'un produit peut être rapidement coupée. C'est une situation dangereuse lorsque de nouvelles sources d'approvisionnement mettent tant de temps à se développer.

En 2010, la Chine a considérablement restreint ses exportations de terres rares. Cela a été fait pour assurer un approvisionnement en terres rares pour la fabrication nationale et pour des raisons environnementales. Cette évolution de la Chine a déclenché des achats de panique et certains prix des terres rares ont explosé de façon exponentielle. En outre, le Japon, les États-Unis et l'Union européenne se sont plaints auprès de l'Organisation mondiale du commerce des politiques commerciales restrictives de la Chine en matière de terres rares.

Oxydes de terres rares: Ces oxydes de terres rares sont utilisés comme traceurs pour déterminer les parties d'un bassin versant qui s'érodent 4. Dans le sens horaire à partir du centre supérieur: praséodyme, cérium, lanthane, néodyme, samarium et gadolinium. Image de Peggy Greb, galerie d'images de l'USDA.

Ressources minérales des terres rares du monde

"Les terres rares sont relativement abondantes dans la croûte terrestre, mais les concentrations exploitables découvertes sont moins courantes que pour la plupart des autres minerais. Les ressources américaines et mondiales sont contenues principalement dans le bastnäsite et la monazite. Les gisements de Bastnäsite en Chine et aux États-Unis constituent le plus grand pourcentage de la les ressources économiques mondiales en terres rares, tandis que les gisements de monazite en Australie, au Brésil, en Chine, en Inde, en Malaisie, en Afrique du Sud, au Sri Lanka, en Thaïlande et aux États-Unis constituent le deuxième segment en importance.

L'apatite, la cheralite, l'eudialyte, la loparite, les phosphorites, les argiles contenant des terres rares (adsorption d'ions), la monazite secondaire, les solutions d'uranium usé et le xénotime constituent la plupart des ressources restantes. On pense que les ressources non découvertes sont très importantes par rapport à la demande attendue. »Cité dans le résumé 2 du Mineral Commodity Survey des États-Unis.

Références des éléments de terres rares
1 Éléments de terres rares - Ressources essentielles pour la haute technologie: United States Geological Survey, Fiche d'information 087-02.
2 Terres rares: Joseph Gambogi, United States Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2017.
3 Terres rares: Joseph Gambogi, United States Geological Survey, Minerals Yearbook 2011.
4 Une approche des terres rares pour suivre l'érosion des sols: Département de l'agriculture des États-Unis, Agricultural Research Service.
5 As de la Chine dans le trou: éléments de terres rares: Cindy A. Hurst, Presses universitaires de la Défense nationale.
6 La géologie des éléments des terres rares: Republication de "Les principaux dépôts d'éléments de terres rares des États-Unis - Un résumé des dépôts nationaux et une perspective mondiale."
7 Éléments de terres rares et sécurité nationale: Council on Foreign Relations Energy Report, 2014.

Perspectives des éléments de terres rares

La demande mondiale d'automobiles, d'électronique grand public, d'éclairage écoénergétique et de catalyseurs devrait augmenter rapidement au cours de la prochaine décennie. La demande d'aimants en terres rares devrait augmenter, tout comme la demande de piles rechargeables. De nouveaux développements dans la technologie médicale devraient accroître l'utilisation des lasers chirurgicaux, de l'imagerie par résonance magnétique et des détecteurs à scintillation par tomographie par émission de positons.

Les éléments de terres rares sont largement utilisés dans toutes ces industries, de sorte que leur demande devrait rester élevée.