Qu’est-ce que les terres rares ? Un guide sur l’exploitation minière et l’analyse des ÉTR

Les éléments de terres rares (ÉTR) sont l’épine dorsale de nombreuses technologies de pointe qui promettent de rendre notre monde plus intelligent et plus durable. Cependant, répondre à la demande croissante de terres rares n’est pas facile en raison des défis liés à leur extraction et à leur traitement.

Dans ce blog, nous couvrirons ce que sont les éléments de terres rares, pourquoi ils gagnent en importance et comment les entreprises minières peuvent surmonter les défis de l’extraction des terres rares à l’aide d’une analyse élémentaire de pointe.

Faits clés

• Les éléments de terres rares, également connus sous le nom de « métaux des terres rares » ou « terres rares », sont dix-sept éléments métalliques comprenant quinze lanthanides, plus le scandium et l’yttrium.
• Les éléments de terres rares ne sont pas rares en quantité mais sont qualifiés de « rares » en raison de la difficulté de les extraire de leurs minerais, ce qui a contribué à une rareté des mines de TER dans le monde entier.
• Une analyse élémentaire complète et précise, telle que l’analyse par fluorescence X à haute puissance (XRF), peut aider à l’exploration, à l’extraction et au traitement des éléments de terres rares.

Que sont les éléments de terres rares ?

Les éléments de terres rares, parfois appelés « métaux des terres rares » ou « terres rares », sont un ensemble de dix-sept éléments métalliques comprenant les quinze lanthanides, plus le scandium et l’yttrium.

Ils constituent une partie essentielle de nombreux dispositifs de haute technologie tels que les smartphones et les moteurs et batteries de véhicules électriques (VE), les rendant de plus en plus précieux, en particulier alors que de plus en plus de pays s’engagent dans la transition énergétique. Cependant, les défis liés à l’extraction et au traitement des terres rares signifient que peu de pays disposent des infrastructures nécessaires pour répondre à cette demande.

Les éléments de terres rares dans le tableau périodique

La majorité des éléments de terres rares apparaissent dans le tableau périodique comme les éléments 58 à 71. Seuls le lanthane (La), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc) n’apparaissent pas dans cette rangée.

Pourquoi les éléments de terres rares sont-ils appelés « rares » ?

Les éléments de terres rares ne sont en réalité pas « rares » en raison d’une rareté dans la nature. En fait, ils sont à peu près aussi abondants que des métaux comme le cuivre et le zinc. Au contraire, ils sont appelés « terres rares » pour plusieurs raisons :

1. Faibles concentrations. Bien qu’ils soient relativement abondants, les éléments de terres rares ne se trouvent pas souvent en haute concentration. Cela rend le processus d’extraction inefficace, car beaucoup de puissance est nécessaire pour extraire une quantité relativement petite d’éléments de terres rares.
2. Haute stabilité chimique. Les métaux des terres rares sont également difficiles à extraire car ils sont très stables chimiquement, ce qui signifie que des traitements à haute intensité sont nécessaires pour séparer les métaux de leurs minerais.
3. Dangers lors du traitement. La nécessité d’un traitement à haute intensité, combinée à la nature souvent dangereuse des éléments de terres rares eux-mêmes, fait qu’il existe de nombreuses préoccupations de sécurité associées à l’exploitation minière des éléments de terres rares.
4. Manque d’infrastructures. Ces défis signifient qu’il existe peu de lieux dans le monde dotés des infrastructures en place pour extraire les éléments de terres rares à grande échelle.

Pourquoi les éléments de terres rares sont-ils si importants actuellement ?

Les éléments de terres rares sont si importants actuellement car ils sont essentiels à la fabrication de nombreuses technologies qui sont essentielles à la transition énergétique.

L’Agence internationale de l’énergie prévoit que dans la production d’énergie à faible émission de carbone et de véhicules électriques, la demande de néodyme à elle seule pourrait augmenter de plus de 600%, passant de 4 900 tonnes en 2020 à 37 700 tonnes en 2040.

D’autres terres rares sont également importantes dans la technologie durable. Par exemple :

• Les éoliennes utilisent généralement des aimants contenant des éléments de terres rares tels que le praséodyme, le dysprosium et le terbium aux côtés du néodyme.
• Les moteurs de VE utilisent le néodyme et le samarium et parfois aussi le terbium et le dysprosium.
• Les panneaux solaires utilisent parfois le dysprosium et le cérium pour améliorer l’efficacité et la durabilité de leurs cellules solaires mince-film.

Où dans le monde les éléments de terres rares peuvent-ils être trouvés ?

La plupart des éléments de terres rares du monde proviennent de Chine. Le pays a des réserves estimées à 44 millions de tonnes de métaux des terres rares – soit environ 38 % des réserves mondiales totales, plus que tout autre pays. La Chine est également de loin le plus grand producteur mondial d’éléments de terres rares, représentant près de 70 % de la production mondiale de ÉTR en 2024.

Cette domination est due non seulement aux ressources naturelles substantielles de la Chine mais aussi à ses faibles coûts de main-d’œuvre, ses subventions gouvernementales et ses politiques environnementales plus souples, qui compensent les coûts liés à l’extraction et au traitement des métaux des terres rares.

Ces coûts ont historiquement empêché d’autres pays de tirer pleinement parti de leurs réserves d’éléments de terres rares. Par exemple, bien que le Vietnam et le Brésil aient les deuxième et troisième plus grandes réserves de métaux des terres rares, avec respectivement 22 millions de tonnes et 21 millions de tonnes, chacun ne produit qu’environ 1 000 tonnes de terres rares par an.

Les organismes de réglementation dans le monde entier s’efforcent désormais de réduire leur dépendance à la Chine pour les éléments de terres rares en accélérant les projets d’extraction locale d’éléments de terres rares. Deux exemples sont les États-Unis et l’Union européenne.

À quoi servent les éléments de terres rares ?

Les éléments de terres rares sont utilisés dans la production de nombreuses technologies avancées, notamment les moteurs de VE et les aimants pour éoliennes offshore. Ils sont également utilisés dans d’autres domaines d’application – voici un aperçu complet des applications des éléments de terres rares.

Les défis de l’analyse des éléments de terres rares pendant l’exploitation minière

Une caractérisation élémentaire efficace est essentielle à l’exploitation des éléments de terres rares. Que ce soit lors de l’exploration, de l’extraction ou du traitement, il est essentiel de connaître les éléments présents et dans quelles quantités afin d’adapter vos opérations et d’assurer un produit final solide.

Il existe quelques défis clés qui surviennent lors de l’analyse des éléments de terres rares :

1. Diversité géologique. Les éléments de terres rares se trouvent dans divers environnements géologiques – par exemple, les éléments de terres rares peuvent être trouvés dans les sables de plage, comme au Kerala, en Inde, ou dans des dépôts d’argile comme ceux du Guangxi, en Chine. Cela signifie qu’il n’existe pas de processus ou de flux de travail d’analyse universel pour l’exploitation minière des métaux de terres rares.
2. Similitude élémentaire. La plupart des éléments de terres rares sont chimiquement très similaires ; ils se produisent fréquemment ensemble et souvent en très faibles concentrations. Cela rend difficile leur analyse à l’aide d’une technique comme la XRF conventionnelle, car le chevauchement spectral pourrait obscurcir les résultats. Vous avez donc besoin d’une XRF à haute puissance pour obtenir une analyse claire.
3. Risques pour la sécurité des opérateurs. Une analyse puissante peut parfois présenter des risques pour la santé et la sécurité des opérateurs – par exemple, dans le cas de l’analyse par plasma à couplage inductif (ICP) – et les éléments eux-mêmes sont souvent radioactifs, posant ainsi des risques supplémentaires pour la sécurité des opérateurs.
4. Longs délais de rétroaction. La complexité et les infrastructures étendues nécessaires pour la caractérisation des éléments de terres rares font que les méthodes d’analyse sont souvent longues et se déroulent à distance du site d’extraction, allongeant le délai de rétroaction pour le suivi et l’optimisation des processus.

Cependant, il existe des instruments qui peuvent surmonter ces défis.

Méthodes d’analyse pour chaque étape de l’exploitation minière des métaux de terres rares

Chaque étape de l’exploitation des éléments de terres rares a des besoins analytiques différents. Voici les techniques et instruments analytiques que les professionnels des métaux de terres rares devraient envisager pour chaque étape du processus.

Exploration des éléments de terres rares

La portabilité est un facteur clé dans l’analyse élémentaire lors de l’exploration des éléments de terres rares, aidant à enquêter sur des sites géologiques divers.

Cependant, les instruments XRF portables conventionnels ont généralement des tensions de tube à rayons X maximales de 50 kV. Cela signifie que bien que ces instruments puissent mesurer les terres rares légères, ils ont du mal à mesurer de manière pratique les terres rares lourdes en raison d’une excitation inadéquate et de chevauchements spectraux avec des métaux courants tels que le fer et le nickel.

Le PowerHouse de SciAps aide à surmonter ces obstacles. Conçu spécifiquement pour l’exploration des éléments de terres rares, le PowerHouse offre :

• Un tube à rayons X miniature de 80 kV
• La capacité de mesurer à la fois les ÉTR légers et lourds et les éléments cheminement
• Des mesures pour 25 autres éléments importants pour l’exploitation minière et l’exploration
• Connexion cloud, plus deux caméras
• Une autonomie de plus de six heures
• Sécurité et interface intuitive pour les opérateurs

Cela vous aide à fermer le boucle de rétroaction lors de l’exploration, vous permettant d’analyser les dépôts sur le terrain sans attendre les résultats du laboratoire.

Découvrez-en plus sur le SciAps PowerHouse ici.

Extraction des éléments de terres rares

Au point d’extraction, il est important pour les opérateurs miniers de comprendre globalement la composition de leurs minerais afin d’adapter leurs étapes de processus ou, si nécessaire, d’ajuster la composition de leur mélange brut.

Une analyse en ligne est cruciale ici. Bien qu’elle n’offre pas la même précision que les méthodes basées en laboratoire, elle offre des informations instantanées qui peuvent aider les opérateurs à détecter les tendances dans les minerais arrivant sur leurs lignes de traitement, les aidant à ajuster leurs techniques de traitement.

Les analyseurs sur bande transversale CNA Pentos ou CNA³ sont de bons candidats pour ce type d’analyse, offrant :

• Une analyse efficace par activation neutronique rapide et thermique pulsée (PFTNA)
• Analyse à haute fréquence du volume de votre matière première
• Informations sur vos minerais sans que les opérateurs aient besoin d’approcher des matériaux potentiellement dangereux sur la ligne de processus
• Système de protection contre les radiations automatisé (ARPS) pour protéger vos travailleurs

En savoir plus sur la gamme CNA ici.

Traitement des éléments de terres rares

Enfin, les minerais de terres rares nécessitent un traitement intensif pour séparer et purifier leurs composants. Une analyse efficace et fréquente, voire en temps réel, peut aider à optimiser ces processus et réduire les coûts, aidant à élargir les marges bénéficiaires pour les mines d’éléments de terres rares. Voici trois méthodes d’analyse à considérer :

1. Epsilon Xflow. L’Epsilon Xflow est un analyseur EDXRF (XRF à dispersion d’énergie) en ligne conçu pour l’analyse élémentaire en temps réel des liquides. Il offre des avantages significatifs pour le traitement des ÉTR, par exemple, en surveillant en continu les solutions utilisées pour lessiver les éléments de terres rares. Cela vous aide à optimiser les réactifs, minimisant les coûts et l’impact environnemental.
2. Zetium. Notre instrument XRF à dispersion de longueur d’onde (WDXRF) Zetium permet une analyse multi-élémentaire très précise et reproductible d’échantillons solides. Cela est utile lors du contrôle de qualité final des concentrés et oxydes individuels de terres rares, vous aidant à vous assurer qu’ils répondent aux spécifications de pureté et aux besoins des clients. Cependant, il n’est pas adapté à chaque ÉTR.
3. Aeris. Notre système compact de diffraction des rayons X (DRX) est particulièrement utile lors de la valorisation, aidant les opérateurs à surveiller les changements de minéralogie tout au long des processus tels que la lixiviation chimique et la flottation.

Méthodes d’analyse pour l’exploitation minière des éléments de terres rares : Tableau récapitulatif

Pressé(e) ? Voici un aperçu rapide des méthodes d’analyse disponibles pour l’exploitation minière des éléments de terres rares.

Analyse sur mesure pour votre mine d’éléments de terres rares

Les éléments de terres rares sont de plus en plus demandés. Alors que la transition énergétique et le développement technologique continuent à une vitesse fulgurante, les pays du monde entier mettent la pression sur l’exploitation des métaux de terres rares.

Pour faire face à cette demande, les professionnels exploitant les terres rares ont besoin d’outils précis pour les aider à analyser leurs matériaux et à optimiser leurs processus. Chez Malvern Panalytical, nous avons l’expertise et le portefeuille large nécessaires pour non seulement alimenter vos processus, mais aussi créer une solution d’exploitation sur mesure pour votre site d’extraction d’éléments de terres rares.

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