Les terres rares : Les catalyseurs essentiels de l'industrie moderne
Si le pétrole est l'élément vital de l'industrie, les terres rares en sont les vitamines. Les terres rares sont une ressource stratégique précieuse utilisée dans la science, la technologie et l'armée de pointe, et sont considérées comme la "mère des nouveaux matériaux".
Cependant, "les terres rares ne sont pas des terres". Terre rare est l'abréviation d'un groupe de métaux. Les terres rares ont été découvertes à la fin du XVIIIe siècle. Les scientifiques découvrent de nouvelles utilisations pour les terres rares presque tous les trois à cinq ans, et une invention sur six repose sur les terres rares.
Les terres rares sont une ressource stratégique précieuse, connue sous le nom de "MSG industriel" et de "mère des nouveaux matériaux". Les matériaux fonctionnels tels que les aimants permanents en terres rares, les matériaux luminescents, les matériaux de stockage de l'hydrogène et les catalyseurs sont essentiels pour les industries de haute technologie, la fabrication d'équipements de pointe, les nouvelles énergies et les industries émergentes.
Selon les données de 2015 de l'U.S. Geological Survey, les réserves mondiales de terres rares s'élèvent à environ 130 millions de tonnes (mesurées en oxydes de terres rares (OTR)). La Chine détient 55 millions de tonnes, le Brésil 22 millions de tonnes, les États-Unis 13 millions de tonnes, l'Australie 2,1 millions de tonnes, l'Inde 3,1 millions de tonnes, la Malaisie 30 000 tonnes et d'autres pays 41 millions de tonnes.
Liste des utilisations des 17 terres rares
- Le lanthane est le principal composant des matériaux d'alliage et des films agricoles.
- Le cérium est l'élément principal de l'industrie du verre automobile.
- Le praséodyme est l'élément abondamment utilisé dans les pigments céramiques.
- Le néodyme trouve de nombreuses applications dans la fabrication de matériaux aérospatiaux.
- Le prométhium est la source d'énergie auxiliaire des satellites.
- Le samarium est l'élément utilisé dans les réacteurs nucléaires.
- L'europium est un composant de la fabrication des lentilles et des écrans à cristaux liquides.
- Le gadolinium sert d'agent de contraste dans les IRM médicales.
- Le terbium est utilisé dans les régulateurs d'ailes d'avion.
- L'erbium est l'un des éléments utilisés pour les télémètres laser militaires.
- Le dysprosium est l'élément qui constitue la source d'éclairage pour les films et l'impression.
- Le holmium est un composant des appareils de communication optique.
- Le thulium permet le diagnostic clinique et le traitement des tumeurs.
- L'ytterbium est un additif utilisé dans les mémoires d'ordinateurs.
- Le lutécium est utilisé dans la technologie des batteries d'énergie.
- L'yttrium est utilisé dans les câbles électriques et les composants porteurs des avions.
- Le scandium est souvent utilisé dans la fabrication d'alliages.
Lanthane (La)
L'élément "Lanthanum" a été nommé en 1839 lorsqu'un Suédois nommé "Mosander" a découvert que le cérium contenait d'autres éléments. Il emprunta le mot grec signifiant "caché" et nomma cet élément "Lanthanum".
Le lanthane a un large éventail d'applications, telles que les matériaux piézoélectriques, les matériaux thermoélectriques, les matériaux magnétorésistifs, les matériaux luminescents, les matériaux de stockage de l'hydrogène, le verre optique, les matériaux laser, divers matériaux d'alliage, etc. Le lanthane est également utilisé dans la préparation de catalyseurs pour de nombreux produits chimiques organiques. Le lanthane est également utilisé dans les films agricoles de photoconversion. Les scientifiques ont baptisé le lanthane "super calcium" en raison de son effet sur les cultures.
Cérium (Ce)
"Le cérium a été découvert et nommé par l'Allemand Klaus et les Suédois Usperzig et Hirschner en 1803. Ce nom commémore l'astéroïde Cérès, découvert en 1801.
(1) En tant qu'additif pour le verre, le cérium peut absorber les rayons ultraviolets et infrarouges et est désormais largement utilisé dans le verre automobile. Il protège contre les rayons ultraviolets et réduit la température à l'intérieur de la voiture, ce qui permet d'économiser l'électricité nécessaire à la climatisation. Depuis 1997, l'oxyde de cérium a été ajouté à toutes les vitres des automobiles japonaises. En 1996, au moins 2 000 tonnes d'oxyde de cérium ont été utilisées pour le verre automobile, et les États-Unis en ont utilisé environ 1 000 tonnes.
(2) Le cérium est actuellement utilisé dans les catalyseurs de purification des gaz d'échappement des automobiles, qui peuvent empêcher efficacement le rejet de grandes quantités de gaz d'échappement dans l'air. La consommation des États-Unis dans ce domaine représente un tiers de la consommation totale de terres rares.
(3) Le sulfure de cérium est plus sûr pour l'environnement et l'homme et peut remplacer des métaux tels que le plomb et le cadmium dans les pigments. Il permet non seulement de colorer les plastiques, mais il est également utile pour les revêtements, les encres et l'industrie du papier. La société française Rhône-Poulenc est actuellement le leader du marché.
(4) Ce : Le système laser LiSAF est un laser à l'état solide développé par les États-Unis. Il peut détecter les armes biologiques en contrôlant la concentration de tryptophane et peut également être utilisé en médecine. Le cérium a un large éventail d'applications et est présent dans presque toutes les applications des terres rares, telles que la poudre de polissage, les matériaux de stockage de l'hydrogène, les matériaux thermoélectriques, les électrodes en tungstène au cérium, les condensateurs en céramique, les céramiques piézoélectriques, les abrasifs en carbure de silicium au cérium, les matières premières pour les piles à combustible, les catalyseurs pour l'essence, certains matériaux pour aimants permanents, divers aciers alliés et les métaux non ferreux.
Praséodyme (Pr)
Il y a environ 160 ans, le Suédois Mosander a découvert un nouvel élément à partir du Lanthane, mais il ne s'agissait pas d'un élément unique. Mosander a constaté que les propriétés de cet élément étaient très similaires à celles du Lanthane, et l'a donc baptisé "praséodyme-néodyme".
"Praseodymium-neodymium" signifie "jumeaux" en grec. Environ 40 ans plus tard, en 1885, lorsque l'abat-jour de la lampe à gaz a été inventé, l'Autrichien Welsbach a réussi à séparer deux éléments du "praséodyme-néodyme", l'un nommé "néodyme" et l'autre "praséodyme". Ces "jumeaux" ont été séparés et le praséodyme a pu déployer ses talents dans le monde entier.
Le praséodyme, une terre rare, est le principal ingrédient du verre, de la céramique et des matériaux magnétiques.
(1) Il est utilisé pour fabriquer des aimants permanents. L'utilisation de métal praséodyme-néodyme bon marché au lieu de métal néodyme pur pour fabriquer des aimants permanents a considérablement amélioré ses propriétés antioxydantes et ses propriétés mécaniques, et peut être transformé en aimants de différentes formes. Il est largement utilisé dans divers appareils électroniques et moteurs.
(2) Le craquage catalytique du pétrole est l'une des utilisations. Le catalyseur pour le craquage du pétrole, qui a été fabriqué par l'ajout de substances riches en praséodyme et en néodyme dans le tamis moléculaire zéolitique de type Y, peut améliorer le catalyseur en termes d'activité, de sélectivité et de stabilité et lui permettre d'atteindre des performances catalytiques plus élevées.
(3) Le praséodyme est également un bon choix pour le polissage abrasif. En outre, le praséodyme est de plus en plus utilisé dans le domaine des fibres optiques. La naissance du praséodyme a été suivie de celle du néodyme. L'arrivée du néodyme a activé le secteur des terres rares, joué un rôle important dans ce secteur et influencé le marché des terres rares.
Néodyme (Nd)
Le néodyme est devenu un sujet brûlant sur le marché depuis de nombreuses années en raison de sa position unique dans le domaine des terres rares. Le plus grand utilisateur de néodyme métallique est le matériau d'aimant permanent au néodyme. L'introduction des aimants permanents NdFeB a donné un nouveau souffle au secteur de la haute technologie des terres rares et lui a également apporté une nouvelle énergie. Connus aujourd'hui comme le "roi des aimants permanents", les aimants NdFeB ont une densité d'énergie magnétique élevée.
Prométhium (Pm)
En 1947, Marinsky (J.A.Marinsky), Glendenin (L.E.Glendenin) et Coryell (C.E.Coryell) ont réussi à séparer l'élément 61 du combustible d'uranium usé d'un réacteur atomique et l'ont baptisé Prométhium, d'après le dieu grec Prométhée. Le prométhium est un élément radioactif artificiel produit par les réacteurs nucléaires.
(1) Il peut être utilisé comme source de chaleur. Il fournit de l'énergie auxiliaire pour la détection du vide et les satellites artificiels.
(2) Le Pm147 émet des rayons bêta de faible énergie et fabrique des piles au prométhium. Il est utilisé comme source d'énergie pour les instruments de guidage des missiles et les horloges. Ce type de batterie est petit et peut être utilisé en continu pendant plusieurs années. Le prométhium est également utilisé dans les instruments portables à rayons X, la préparation des luminophores, la mesure d'épaisseur et les feux de navigation.
Samarium (Sm)
En 1879, Boisbaudran a découvert une nouvelle terre rare à partir du "praséodyme-néodyme" obtenu à partir de l'yttrium-columbite, et l'a nommée samarium d'après le minerai.
Le samarium, de couleur jaune clair, est la matière première des aimants permanents en samarium-cobalt, les premiers aimants en terres rares à être utilisés industriellement. Il existe deux types d'aimants permanents : la série SmCo5 et la série Sm2Co17. La série SmCo5 a été inventée au début des années 1970, suivie plus tard par la série Sm2Co17. Actuellement, c'est ce dernier type qui est le plus demandé. La pureté de l'oxyde de samarium utilisé dans les aimants en samarium-cobalt n'a pas besoin d'être très élevée ; pour des raisons de coût, on utilise principalement des produits d'une pureté d'environ 95%. L'oxyde de samarium est utilisé dans les condensateurs céramiques et les catalyseurs. En outre, le samarium possède des propriétés nucléaires et peut être utilisé comme matériau de structure, de blindage et de contrôle dans les réacteurs nucléaires, ce qui permet d'utiliser en toute sécurité l'énorme énergie générée par la fission nucléaire.
Europium (Eu)
En 1901, Eugène-Antoine Demarcay a découvert un nouvel élément issu du samarium et l'a appelé europium. Ce nom est probablement dérivé du terme "Europe". L'oxyde d'europium est le principal ingrédient des luminophores. Eu3+ est l'activateur des luminophores rouges, tandis que Eu2+ est la source des luminophores bleus. L'Eu3+ est utilisé comme activateur pour les luminophores rouges, tandis que l'Eu2+ est utilisé pour les luminophores bleus. Actuellement, Y2O2S : Eu3+ est le meilleur phosphore en termes d'efficacité lumineuse, de stabilité du revêtement et de coûts de recyclage. Associé aux progrès technologiques visant à améliorer l'efficacité lumineuse et le contraste, il est de plus en plus utilisé. Ces dernières années, l'oxyde d'europium a également été utilisé comme luminophore à émission stimulée dans de nouveaux systèmes de diagnostic médical par rayons X. L'oxyde d'europium est également utilisé dans les systèmes d'imagerie médicale. L'oxyde d'europium est également utilisé dans la fabrication de lentilles colorées et de filtres optiques, dans les dispositifs de stockage de bulles et comme matériau de contrôle, de blindage et de structure dans les réacteurs nucléaires.
Gadolinium (Gd). En 1880, le Suisse G. de Marignac sépare le "samarium" en deux éléments, dont l'un est confirmé par Sorit et l'autre par les recherches de Boisbaudret. En 1886, Marignac nomme ce nouvel élément gadolinium en l'honneur du découvreur de l'yttrium, le chimiste néerlandais Gadolin, pionnier de la recherche sur les terres rares. Le gadolinium jouera un rôle important dans l'innovation technologique moderne. Ses principales utilisations sont les suivantes
(1) Son complexe paramagnétique soluble dans l'eau peut améliorer le signal d'imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) du corps humain en médecine.
(2) Son oxyde de soufre peut être utilisé comme grille matricielle pour les oscilloscopes à luminosité spéciale et les écrans fluorescents à rayons X.
(3) Le gadolinium contenu dans le grenat de gadolinium et de gallium est un substrat unique idéal pour le stockage de la mémoire à bulles.
(4) Il peut être utilisé comme moyen de réfrigération magnétique solide lorsqu'il n'y a pas de limite au cycle de Camot.
(5) Utilisé comme inhibiteur pour contrôler le niveau de réaction en chaîne dans les centrales nucléaires afin de garantir la sécurité des réactions nucléaires.
(6) Utilisé comme additif dans les aimants au samarium-cobalt pour garantir que leurs performances ne changent pas avec la température.
Gadolinium (Gd)
En 1880, le Suisse G. de Marignac sépare le "samarium" en deux éléments, dont l'un est confirmé par Sorit et l'autre par les recherches de Boisbaudret. En 1886, Marignac nomme ce nouvel élément gadolinium en l'honneur du découvreur de l'yttrium, le chimiste néerlandais Gadolin, pionnier de la recherche sur les terres rares. Le gadolinium jouera un rôle important dans l'innovation technologique moderne.
Ses principales utilisations sont les suivantes
(1) Son complexe paramagnétique soluble dans l'eau peut améliorer le signal d'imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) du corps humain en médecine.
(2) Son oxyde de soufre peut être utilisé comme grille matricielle pour les oscilloscopes à luminosité spéciale et les écrans fluorescents à rayons X.
(3) Le gadolinium contenu dans le grenat de gadolinium et de gallium est un substrat unique idéal pour le stockage de la mémoire à bulles.
(4) Il peut être utilisé comme moyen de réfrigération magnétique solide lorsqu'il n'y a pas de limite au cycle de Camot.
(5) Utilisé comme inhibiteur pour contrôler le niveau de réaction en chaîne dans les centrales nucléaires afin de garantir la sécurité des réactions nucléaires.
(6) Utilisé comme additif dans les aimants au samarium-cobalt pour garantir que leurs performances ne changent pas avec la température.
Terbium (Tb)
Le Suédois Karl G. Mosander a découvert le terbium en 1843, grâce à ses recherches sur la terre d'yttrium. Le principal domaine d'application du terbium est l'industrie de haute technologie. Il s'agit d'un projet à forte intensité technologique et à forte intensité de connaissances, à la pointe de l'innovation technologique.
Les principaux domaines d'application sont les suivants
(1) Phosphore utilisé comme activateur de la poudre verte dans les luminophores tricolores, matrice de phosphate activée au terbium, matrice de silicate activée au terbium et matrice d'aluminate de cérium et de magnésium activée au terbium, qui émettent tous une lumière verte à l'état excité.
(2) Au cours des dernières années, les matériaux magnéto-optiques à base de terbium ont atteint le stade de la production à grande échelle. Les disques magnéto-optiques à base de films minces amorphes Tb-Fe sont aujourd'hui utilisés comme supports de stockage dans les ordinateurs, et leur capacité de stockage est multipliée par 10 à 15.
(3) Verre magnéto-optique. Le verre pour rotateur de Faraday contenant du terbium est un matériau essentiel pour la fabrication de rotateurs, d'isolateurs et de circulateurs, et il est largement utilisé dans la technologie laser. En particulier, le développement de l'alliage magnétostrictif terbium-dysprosium-fer (TerFenol) a ouvert de nouvelles applications pour le terbium. Découvert dans les années 1970, le TerFenol est composé pour moitié de terbium et de dysprosium, parfois additionné d'holmium, et pour le reste de fer. Développé pour la première fois au laboratoire d'Ames dans l'Iowa, aux États-Unis, le TerFenol présente un changement dimensionnel plus important que les matériaux magnétiques typiques lorsqu'il est exposé à un champ magnétique. Ce changement permet des mouvements mécaniques précis. À l'origine, le TerFenol était principalement utilisé dans les sonars, mais il est désormais largement utilisé dans divers domaines technologiques, tels que les systèmes d'injection de carburant, le contrôle des vannes liquides et le micropositionnement, ainsi que dans les actionneurs mécaniques, les mécanismes et les dispositifs de réglage des ailes des avions et des télescopes spatiaux.
Dysprosium (Dy)
En 1886, le Français Boisbaudet a réussi à séparer l'holmium en deux éléments. L'un est toujours appelé holmium, l'autre est appelé dysprosium parce qu'il est "difficile à obtenir" à partir de l'holmium. Le dysprosium joue actuellement un rôle de plus en plus important dans de nombreux domaines de haute technologie.
Les principales utilisations du dysprosium sont les suivantes :
(1) Comme additif pour les aimants permanents en NdFeB. L'ajout d'environ 2% à 3% de dysprosium à ces aimants peut augmenter leur coercivité. Dans le passé, la demande de dysprosium n'était pas importante, mais avec l'augmentation de la demande d'aimants NdFeB, il est devenu un élément additif nécessaire. La teneur doit se situer entre 95% et 99,9%, et la demande augmente rapidement.
(2) Le dysprosium est utilisé comme activateur de phosphore. Le dysprosium trivalent est un ion activateur prometteur pour les matériaux luminescents trichromatiques à centre de luminescence unique. Il se compose principalement de deux bandes d'émission, l'une pour la lumière jaune et l'autre pour la lumière bleue. Les matériaux luminescents dopés au dysprosium peuvent être utilisés comme luminophores trichromatiques.
(3) Le dysprosium est une matière première métallique essentielle pour la préparation de l'alliage magnétostrictif géant terbium dysprosium fer (Terfenol), qui peut permettre le mouvement précis de certains systèmes mécaniques.
(4) Le métal de dysprosium peut être utilisé comme matériau de stockage magnéto-optique avec une vitesse d'enregistrement et une sensibilité de lecture élevées.
(5) Il est utilisé dans la préparation des lampes au dysprosium. La substance active utilisée dans les lampes au dysprosium est l'iodure de dysprosium. Cette lampe présente les avantages d'une grande luminosité, d'une bonne couleur, d'une température de couleur élevée, d'une petite taille et d'un arc stable. Elle a été utilisée comme source d'éclairage pour les films, l'imprimerie, etc.
(6) Le dysprosium ayant la caractéristique d'avoir une grande section efficace de capture des neutrons, il est utilisé dans l'industrie de l'énergie atomique pour mesurer le spectre d'énergie des neutrons ou comme absorbeur de neutrons.
Holmium (Ho)
Dans la seconde moitié du XIXe siècle, la découverte de l'analyse spectrale et la publication du tableau périodique, associées aux progrès de la technologie de séparation électrochimique des éléments de terre rare, ont favorisé la découverte de nouveaux éléments de terre rare. En 1879, le chimiste suédois Svante Cliff a découvert l'élément holmium et l'a nommé holmium d'après la capitale suédoise, Stockholm.
Le champ d'application de l'holmium doit encore être développé et la quantité utilisée n'est pas très importante. Récemment, l'Institut de recherche sur les terres rares de Baotou Steel a utilisé une technologie de purification par distillation à haute température et sous vide poussé pour mettre au point un holmium métallique de grande pureté avec une très faible teneur en impuretés non liées aux terres rares, Ho/ΣRE>99,9%.
Les principales utilisations de l'holmium à l'heure actuelle sont les suivantes :
(1) Il était utilisé comme additif pour les lampes aux halogénures métalliques. Les lampes aux halogénures métalliques sont des lampes à décharge basées sur des lampes à mercure à haute pression. Leur caractéristique est que l'ampoule est remplie de différents halogénures de terres rares. À l'heure actuelle, on utilise principalement des iodures de terres rares qui, lors de la décharge de gaz, émettent différentes couleurs spectrales. La source lumineuse des lampes à l'holmium est l'iodure d'holmium, qui peut produire une concentration plus élevée d'atomes métalliques dans la zone de l'arc, ce qui augmente considérablement l'efficacité du rayonnement.
(2) L'holmium est un élément qui peut être utilisé comme additif pour le fer yttrium ou le grenat d'yttrium aluminium.
(3) Le grenat d'yttrium et d'aluminium dopé à l'holmium (YAG) est un matériau qui peut produire de la lumière laser à une longueur d'onde de 2μm. Les tissus humains ont une efficacité d'absorption très élevée pour la lumière laser de 2μm, qui est presque trois ordres de grandeur plus élevée que le HD : YAG. Supposons que nous utilisions des lasers Ho : YAG pour la chirurgie médicale. Un faisceau sans holmium généré par des cristaux d'holmium peut se débarrasser de la graisse sans produire trop de chaleur, ce qui permet de minimiser les dommages thermiques causés aux tissus sains.
(4) L'holmium en très petites quantités peut être incorporé dans l'alliage magnétostrictif Terfenol-D pour réduire le champ externe nécessaire qui correspond à l'aimantation de saturation de l'alliage.
(5) Les fibres optiques dopées au holmium conviennent à la fabrication de divers composants optoélectroniques tels que les lasers à fibre optique, les amplificateurs à fibre optique, les capteurs à fibre optique et les dispositifs de communication optique qui seront plus importants dans le cadre de la communication par fibre optique qui connaît actuellement une croissance rapide.
Erbium (Er)
En 1843, le scientifique suédois Mosander a découvert l'élément Erbium. Les propriétés optiques de l'Erbium sont très remarquables et ont toujours été une source d'inquiétude pour les gens :
(1) L'émission de lumière d'Er3+ à 1550 nm est particulièrement importante car cette longueur d'onde correspond exactement à la perte la plus faible de la fibre optique dans la communication par fibre optique. Après avoir été excités par une lumière de longueur d'onde de 980 nm et 1480 nm, les ions erbium (Er3+) passent de l'état fondamental 4I15/2 à l'état de haute énergie 4I13/2. Lorsque l'Er3+ dans l'état de haute énergie revient à l'état fondamental, il émet une lumière d'une longueur d'onde de 1550 nm. La fibre optique en quartz peut transmettre la lumière de différentes longueurs d'onde, mais le taux d'atténuation de la lumière diffère selon les longueurs d'onde. La lumière dans la bande des 1550 nm a le taux d'atténuation le plus faible (0,15dB/km) lorsqu'elle est transmise dans une fibre optique en quartz, ce qui est presque la limite inférieure du taux d'atténuation.
(2) En outre, les cristaux laser dopés à l'erbium et leurs lasers de sortie de 1730 nm et 1550 nm sont sans danger pour les yeux humains, ont de bonnes performances de transmission atmosphérique, une forte capacité à pénétrer la fumée du champ de bataille, une bonne confidentialité, ne sont pas facilement détectés par l'ennemi et présentent un contraste élevé lorsqu'ils éclairent des cibles militaires. Ils ont été transformés en télémètres laser portables sans danger pour l'œil humain à des fins militaires.
(3) Er3+ peut être ajouté au verre pour fabriquer des matériaux en verre à base de terres rares, qui sont actuellement les matériaux laser solides ayant la plus grande énergie d'impulsion de sortie et la plus grande puissance de sortie.
(4) Er3+ peut également être utilisé comme ion actif pour les matériaux laser à conversion ascendante à base de terres rares.
(5) L'erbium peut également être utilisé pour la décoloration et la coloration des verres de lunettes, du verre et du verre cristallisé.
Thulium (Tm)
Le thulium a été découvert par le Suédois Clive en 1879 et nommé d'après l'ancien nom de la Scandinavie, Thulé.
Les principales utilisations du thulium sont les suivantes : (1) Le thulium est utilisé comme source de rayonnement pour les appareils de radiologie médicale portables. Après irradiation dans un réacteur nucléaire, le thulium produit un isotope capable d'émettre des rayons X. Il peut être utilisé pour fabriquer des irradiateurs sanguins portables. Il peut être utilisé pour fabriquer des irradiateurs sanguins portables. Cet irradiateur peut convertir le thulium-169 en thulium-170 sous l'action de faisceaux de neutrons à haute pression, en émettant des rayons X pour irradier le sang et réduire le nombre de globules blancs. Ces globules blancs provoquent le rejet des greffes d'organes, ce qui permet de réduire le rejet précoce des organes.
(2) Le thulium peut être utilisé cliniquement pour diagnostiquer et traiter les néoplasmes, car il présente une affinité hématopoïétique plus élevée pour les tissus tumoraux. Les terres rares lourdes ont une plus grande affinité que les terres rares légères, et le thulium est en tête de liste des affinités les plus élevées.
(3) Le thulium est utilisé comme activateur, LaOBr : Br (bleu), dans le phosphore utilisé dans les écrans renforçateurs de rayons X pour améliorer la sensibilité optique, réduisant ainsi l'exposition et la nocivité des rayons X pour l'homme. Par rapport aux précédents écrans renforçateurs au tungstate de calcium, il peut réduire la dose de rayons X de 50%, ce qui a une grande importance pratique dans les applications médicales.
(4) Le thulium peut également être utilisé comme additif dans de nouvelles sources d'éclairage telles que les lampes à halogénures métalliques.
(5) Le Tm3+ peut être ajouté au verre pour fabriquer des matériaux laser en verre à base de terres rares, qui sont actuellement les matériaux laser solides ayant le plus grand volume d'impulsion de sortie et la plus grande puissance de sortie. Le Tm3+ peut également être un ion activateur pour les matériaux laser à conversion ascendante à base de terres rares.
Ytterbium (Yb)
En 1878, Jean Charles et G. de Marignac ont découvert un nouvel élément de terre rare, l'"erbium", qui a été baptisé Ytterbium en l'honneur d'Ytterby.
Les principales utilisations de l'Ytterbium sont les suivantes :
(1) comme matériau de revêtement pour bouclier thermique. L'ytterbium peut être très efficace pour améliorer la résistance à la corrosion de la couche de zinc électrodéposée, et le revêtement additionné d'ytterbium a un grain plus fin et est plus uniforme et compact que celui qui ne contient pas cet élément.
(2) en tant que matériau magnétostrictif. Ce matériau possède la propriété de supermagnétostriction, c'est-à-dire d'expansion dans un champ magnétique. L'alliage comprend principalement l'alliage ytterbium/ferrite et l'alliage dysprosium/ferrite, et une certaine proportion de manganèse est ajoutée pour produire une super magnétostriction.
(3) Les éléments en ytterbium sont utilisés pour mesurer la pression. Les expériences ont montré que les éléments en ytterbium ont une sensibilité élevée dans la plage de pression calibrée, et ont en même temps ouvert une nouvelle voie pour l'application de l'ytterbium dans la mesure de la pression.
(4) Obturations à base de résine pour les cavités molaires, remplaçant l'alliage argent-mercure couramment utilisé auparavant.
(5) Des chercheurs japonais ont achevé la préparation de lasers à guide d'ondes à circuit intégré en grenat de gadolinium gallium dopé à l'ytterbium, ce qui est d'une grande importance pour la poursuite du développement de la technologie laser. En outre, l'ytterbium est également utilisé comme activateur de phosphore, céramique radio, additif d'élément de mémoire d'ordinateur (bulle), flux de fibre de verre et additif de verre optique.
Lutétium (Lu)
1907 Welsbach et Urbain font des recherches indépendantes et découvrent un nouvel élément à partir de l'"ytterbium" en utilisant des méthodes de séparation différentes. Welsbach nomme cet élément Cp (Cassiopée) et Urbain Lu (Lutétium), d'après l'ancien nom de Paris, Lutetia. Plus tard, on a découvert que le Cp et le Lu étaient le même élément, et on les a donc appelés collectivement lutécium.
(1) Fabrication de certains alliages spéciaux. Par exemple, l'analyse par activation neutronique peut être réalisée avec un alliage de lutécium et d'aluminium.
(2) Les nucléides stables de lutécium catalysent les réactions de craquage, d'alkylation, d'hydrogénation et de polymérisation du pétrole.
(3) Ajout d'éléments au grenat d'yttrium, de fer ou d'aluminium pour améliorer certaines propriétés.
(4) Matières premières pour le stockage des bulles magnétiques.
(5) Un cristal fonctionnel composite, le tétraborate d'aluminium dopé au lutécium (Yttrium-Neodyme), appartient au domaine technique de la croissance des cristaux refroidis par solution saline. Des expériences ont montré que les cristaux NYAB dopés au lutécium sont supérieurs aux cristaux NYAB en termes d'uniformité optique et de performances laser.
(6) Les recherches menées par les services étrangers compétents ont montré que le lutécium pouvait être utilisé dans les écrans électrochromes et les semi-conducteurs moléculaires de faible dimension.
En outre, le lutécium est également utilisé dans la technologie des batteries d'énergie et comme activateur pour les luminophores.
Yttrium (Y)
En 1788, Karl Arrhenius, un militaire suédois amateur de chimie, de minéralogie et de collecte de minerais, a découvert un minéral noir ressemblant à de l'asphalte et à du charbon dans le village d'Ytterby, à l'extérieur de la baie de Stockholm. Il l'a baptisé Ytterbite, d'après le nom de la localité. En 1794, le chimiste finlandais Johann Gadolin a analysé un échantillon d'Ytterbium. Il a découvert qu'en plus des oxydes de béryllium, de silicium et de fer, il contenait également 38% d'oxydes d'un élément inconnu, appelé "nouvelle terre". En 1797, le chimiste suédois Anders Gustaf Ekeberg a confirmé l'existence de cette "nouvelle terre" et l'a nommée Yttria (oxyde d'yttrium).
(1) Additif pour l'acier et les alliages non ferreux. Les alliages FeCr contiennent généralement 0,5-4% d'yttrium, qui peut améliorer la résistance à l'oxydation et la ductilité de ces aciers inoxydables. L'ajout d'une quantité appropriée de terres rares mélangées riches en yttrium à l'alliage MB26 améliore considérablement les performances globales de l'alliage, et il est capable de remplacer certains alliages d'aluminium à résistance moyenne pour être utilisé comme composants porteurs dans les avions. Une petite quantité de terres rares riches en yttrium ajoutée à l'alliage Al-Zr augmente sa conductivité. La plupart des fabricants nationaux de fils ont adopté cet alliage. L'ajout d'yttrium dans un alliage de cuivre permet d'améliorer à la fois la conductivité et la résistance mécanique.
(2) Des composants de moteur peuvent être développés en utilisant des matériaux céramiques à base de nitrure de silicium contenant 6% d'yttrium et 2% d'aluminium.
(3) Utiliser un faisceau laser de 400 watts à base de grenat d'aluminium et d'yttrium néodyme pour effectuer des traitements mécaniques tels que le perçage, la découpe et le soudage sur des composants de grande taille.
(4) Les écrans fluorescents pour microscope électronique composés de monocristaux de grenat Y-Al présentent une grande luminosité de fluorescence, une faible absorption de la lumière diffusée et une bonne résistance aux températures élevées et à l'usure mécanique.
(5) Les alliages structurels à haute teneur en yttrium contenant jusqu'à 90% peuvent être utilisés dans l'aviation et dans d'autres applications nécessitant une faible densité et un point de fusion élevé.
(6) Les matériaux conducteurs de protons à haute température SrZrO3 dopés à l'yttrium, qui font actuellement l'objet d'une grande attention, sont très importants pour la production de piles à combustible, de cellules électrolytiques et de capteurs de gaz nécessitant une solubilité élevée de l'hydrogène. En outre, l'yttrium est également utilisé dans les matériaux de pulvérisation résistants à haute température, les diluants pour le combustible des réacteurs nucléaires, les additifs pour les matériaux d'aimants permanents et en tant qu'agent d'obturation dans l'industrie électronique.
Scandium (Sc)
1879 Les professeurs de chimie suédois L.F. Nilson (1840-1899) et P.T. Cleve (1840-1905) découvrent un nouvel élément dans les minéraux rares gadolinite et sylvatite. Ils ont nommé cet élément "Scandium", l'élément "semblable au bore" prédit par Mendeleïev. Leur découverte a confirmé la validité du tableau périodique et la clairvoyance de Mendeleïev.
Comparé à l'yttrium et aux lanthanides, le scandium a un rayon ionique beaucoup plus petit et son hydroxyde est beaucoup moins alcalin. Par conséquent, lorsque le scandium et les éléments de terres rares sont mélangés et traités avec de l'ammoniaque (ou un alcali très dilué), le scandium précipite en premier. Il peut donc être relativement facilement séparé des éléments de terres rares en utilisant la méthode de "précipitation fractionnée". Une autre méthode consiste à utiliser la décomposition par polarisation des nitrates pour la séparation. Le nitrate de scandium étant le plus facile à décomposer, l'objectif de la séparation peut être atteint. Le scandium métal peut être obtenu par électrolyse.
Lors du traitement métallurgique du scandium, trois substances, ScCl3, KCl et LiCl, sont mélangées et électrolysées en utilisant du zinc fondu comme cathode. Le scandium précipite sur l'électrode de zinc, puis le zinc s'évapore, de sorte qu'il ne reste que du scandium métal.
En outre, le scandium est très facile à récupérer lors du traitement du minerai pour obtenir l'uranium, le thorium et les éléments lanthanides.
Il ne s'agit pas seulement de l'uranium, du thorium et des éléments lanthanides, mais aussi de la récupération du scandium associé dans les minerais de tungstène et d'étain, qui sont considérés comme une source importante de scandium. Le scandium se trouve principalement à l'état trivalent dans les composés et est très sensible à l'oxydation sous forme de Sc2O3 par l'oxygène de l'air ; l'éclat du métal disparaît et sa couleur vire au gris foncé.
En outre, les principales utilisations du scandium sont les suivantes :
(1) Le scandium peut réagir avec l'eau chaude pour libérer de l'hydrogène et il est également facilement soluble dans l'acide. C'est un agent réducteur puissant.
(2) Les oxydes et hydroxydes de scandium sont seulement alcalins, mais leurs cendres salines sont presque insolubles dans l'eau. Le chlorure de scandium est un cristal blanc qui est facilement soluble dans l'eau et peut être déliquescent dans l'air.
(3) Dans l'industrie métallurgique, le scandium est souvent utilisé pour fabriquer des alliages (additifs d'alliage) afin d'améliorer la solidité, la dureté, la résistance à la chaleur et les performances de l'alliage. Par exemple, l'ajout d'une petite quantité de scandium au fer fondu peut améliorer de manière significative les propriétés de la fonte, et l'ajout d'une petite quantité de scandium à l'aluminium peut améliorer sa solidité et sa résistance à la chaleur.
(4) Le scandium est un élément qui trouve de nombreuses applications dans l'industrie des semi-conducteurs. Par exemple, le sulfite de scandium est utilisé dans les semi-conducteurs qui sont devenus très populaires dans différents pays ; en outre, les ferrites contenant du scandium sont toujours des noyaux d'ordinateur prometteurs.
(5) Dans l'industrie chimique, les composés de scandium sont utilisés comme agents de déshydrogénation et de déshydratation des alcools et comme catalyseurs efficaces dans la production d'éthylène et de chlore à partir d'acide chlorhydrique usagé.
(6) Des verres spéciaux contenant du scandium peuvent être fabriqués dans l'industrie du verre.
(7) Dans l'industrie de l'éclairage électrique, les lampes à scandium-sodium, composées de scandium et de sodium, présentent les avantages d'un rendement élevé et d'une couleur de lumière positive.
(8) Le scandium existe dans la nature sous la forme de 45Sc. En outre, le scandium possède neuf isotopes radioactifs, à savoir 40-44Sc et 46-49Sc. Parmi eux, le 46Sc a été utilisé comme traceur dans l'industrie chimique, la métallurgie et l'océanographie.
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