Les terres rares sont des matières premières indispensables. La demande mondiale est donc très importante. Elles sont essentielles pour la transition énergétique, car elles sont nécessaires à la fabrication de moteurs électriques, de batteries et d’éoliennes. Leur extraction est liée à une utilisation importante de produits chimiques et est donc nuisible à l’environnement. Il est donc d’autant plus important d’utiliser et de recycler les terres rares déjà disponibles en préservant les ressources. La réutilisation est également l’objectif de Heraeus Remloy: Nous utilisons un nouveau procédé pour recycler les aimants permanents en néodyme.
Terres rares - Des métaux essentiels pour les technologies du futur
Qu’est-ce que les terres rares ?
Les terres rares comprennent les 17 éléments des lanthanides ainsi que l’yttrium et le scandium. Tous ces éléments chimiques sont des métaux. Les terres rares ne sont d’ailleurs pas aussi rares que leur nom le laisse supposer : Le néodyme est par exemple plus fréquent dans la croûte terrestre que le plomb, le cuivre ou l’or. Ces métaux doivent leur nom au moment de leur découverte. Ils ont été étudiés en tant que composés d’oxydes, autrefois appelés terres, dans des minéraux rares. Le néodyme n’a été découvert comme élément à part entière qu’à la fin du 19ème siècle et a été produit pour la première fois à l’état pur en 1925.
Les terres rares jouent un rôle important dans notre vie quotidienne: Les smartphones, les ordinateurs portables, les voitures électriques, les outils électriques ont besoin de terres rares. Le néodyme est utilisé pour les aimants permanents des moteurs électriques et des disques durs.
Métaux courants ─ Gisements rares
Les gisements de terres rares sont toutefois limités. De nombreux métaux ne sont extraits qu’en tant que sous-produits d’autres exploitations de minerais. Ils ne sont produits qu’en petites quantités. En 2020, la production minière mondiale d’oxyde de terres rares s’élevait à 214 000 tonnes. Près de 70 % de l’extraction et du raffinage proviennent de Chine et un tiers de la mine de Bayan-Obo en Mongolie intérieure.
Il existe certes d’autres gisements de métaux de terres rares, notamment en Amérique du Nord, en Australie, au Groenland, en Russie et même en Allemagne. Mais ces gisements sont trop faibles ou non exploités pour que leur extraction soit économiquement rentable. En raison de la position dominante de la Chine sur le marché, la Commission européenne considère actuellement les terres rares comme les matières premières présentant le plus grand risque d’approvisionnement. Le service scientifique du Bundestag s’est également penché sur l’importance des terres rares et a résumé les faits pertinents dans un document (« Les terres rares, une ressource importante »).
Comment les terres rares sont-elles extraites ?
Les terres rares sont principalement extraites dans des mines industrielles à ciel ouvert. Elles se présentent sous forme d’oxydes. À Bayan Obo, par exemple, l’extraction se fait en tant que sous-produit de la production de minerai de fer. Après l’extraction, le minerai est concassé et broyé. Après une séparation magnétique optionnelle, une flottation en plusieurs étapes est réalisée pour produire un concentré de minéraux de terres rares comme la bastnaésite ou la monazite.
Le concentré est ensuite séché, grillé et décomposé en ajoutant de l’acide sulfurique. Le concentré est ensuite traité avec une solution alcaline. Les étapes diffèrent selon le type de transport et la composition des concentrés. Enfin, les différentes terres rares sont séparées à l’aide de solvants organiques. Pour obtenir du néodyme métallique à partir de l’oxyde, il faut recourir à une électrolyse en phase liquide qui consomme beaucoup d’énergie. En règle générale, un kilogramme de néodyme peut être obtenu à partir de 200 kilogrammes de minerai brut.
Quels sont les problèmes liés à l’extraction des terres rares ?
L'extraction des terres rares est gourmande en énergie, coûteuse et polluante en raison de l’utilisation de nombreux produits chimiques. Selon le type d’extraction, les couches de sol contenant des terres rares doivent être directement lessivées et enlevées sur toute la surface. Il en résulte des interventions considérables dans la nature. De même, l’extraction nécessite une grande consommation d’eau. La production d’un kilo d’oxydes de terres rares nécessite en moyenne 2 300 litres d’eau. Les terres rares sont en outre associées à des radionucléides, notamment l’uranium et le thorium. De ce fait, les résidus miniers sont contaminés par la radioactivité selon le type de gisement. Les procédés modernes qui ont un impact moindre sur l’environnement, sont encore peu utilisés, ce qui rend le recyclage d’autant plus important.
Aimants à base de terres rares
Les aimants à base de terres rares sont des aimants permanents fabriqués à partir des métaux des terres rares. Par rapport aux aimants traditionnels, les aimants à base de terres rares présentent une densité de flux rémanent et une coercivité magnétique élevées.
L’un des aimants permanents les plus utilisés dans l’industrie est constitué de néodyme-fer-bore (Nd2Fe14B1). Ces aimants se caractérisent par des densités de flux rémanent, des intensités de champ coercitif et des densités d’énergie très élevées. Les aimants en néodyme-fer-bore sont donc particulièrement puissants et peuvent donc avoir un petit facteur de forme. Cela les rend idéaux pour les applications où l’espace joue un rôle important, comme les disques durs ou les haut-parleurs hi-fi.
Comment les aimants à base de terres rares sont-ils fabriqués ?
Les aimants permanents sont souvent comprimés dans un moule sous forme de poudre cristalline. Les aimants sont ensuite frittés, c’est-à-dire chauffés sous pression pour que les différentes matières premières se combinent. Une magnétisation avec un champ magnétique externe est ensuite réalisée. Les aimants permanents s’alignent sur ce champ magnétique et obtiennent ainsi leur effet.
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