Les analyseurs à fluorescence X (XRF) à main Vanta™ d’Olympus fournissent des données en temps réel pour les échantillons géologiques contenant des métaux du groupe des terres rares. Puisque ces dix-sept éléments sont essentiels à la transition vers l’énergie verte et à la production de celle-ci dans presque toutes les industries, il est nécessaire d’augmenter leur production nationale.1 La possibilité d’identifier ces éléments en temps réel a donc une valeur sur le marché. Les analyseurs XRF à main Vanta ont des limites de détection très intéressantes et peuvent quantifier de multiples métaux des terres rares, ce qui permet une exploration et une identification efficaces de ces métaux sur le terrain.
La recherche de gisements contenant des métaux des terres rares de grande valeur est pertinente pour l’industrie de l’exploitation et de l’exploration minière, car ces matières sont utilisées dans une grande variété de produits, notamment les technologies vertes, l’électronique grand public, les appareils d’imagerie médicale et les armes de défense. Les récents changements économiques ont incité de nombreuses régions à trouver et à utiliser les gisements nationaux de métaux des terres rares et à traiter ces minerais directement sur leur territoire.2
Les dix-sept métaux des terres rares sont souvent regroupés avec le thorium (Th) et l’uranium (U). Le logiciel de l’analyseur XRF à main d’Olympus identifie certains métaux des terres rares, soit le lanthane (La), le cérium (Ce), le praséodyme (Pr), le néodyme (Nd), le scandium (Sc) et l’yttrium (Y), et des éléments près de ceux-ci, soit le thorium (Th), l’uranium (U), le césium (Cs) et le baryum (Ba).
Résultats des analyseurs XRF à main pour les métaux des terres rares et les éléments associés
Les graphiques ci-dessous illustrent les résultats fournis par des analyseurs XRF à main Vanta tout droit sortis de leur emballage à la suite de l’analyse de matériaux de référence certifiés (CRM) contenus dans divers ensembles fournis par l’Ore Research and Exploration Assay Standards (OREAS). L’exactitude et la précision exceptionnelles des concentrations calculées par les analyseurs Vanta par rapport aux données officielles des CRM montrent à quel point les analyseurs Vanta peuvent fournir des données de haute qualité en ce qui concerne les minerais et les gisements contenant des métaux des terres rares.
Figure 1. Résultats fournis par des analyseurs XRF à main Vanta pour les métaux des terres rares et les éléments associés comparés aux valeurs étalons lors de l’utilisation de divers ensembles d’échantillons fournis par OREAS
Les analyseurs XRF à main Vanta ont fourni d’excellents résultats pour une variété d’échantillons de minerai, y compris les fluorocarbonates et les phosphates secondaires. Les fluorocarbonates sont généralement de la bastnasite, qui contient de l’yttrium, du cérium et du lanthane, tandis que les phosphates sont généralement de la monazite, qui contient du lanthane, du cérium, du praséodyme et du néodyme, des métaux des terres rares plus lourds, comme du samarium et du gadolinium, ainsi que du thorium faiblement radioactif. Comme le montrent les graphiques à chaque niveau, le Vanta offre précision et exactitude, tant pour la bastnasite que pour la monazite, comme indiqué par les pentes pour chacun des éléments et la valeur R2 qui est près de 1.
Les deux minéraux contenant des métaux des terres rares peuvent être trouvés sous des formes similaires dans le monde entier. Divers gisements et mines, y compris la mine de renommée mondiale Bayan Obo, de même que les mines Mountain Pass, Lemhi Pass et Elk Creek, ont des propriétés géologiques et une minéralisation similaires aux étalons de référence analysés.3 La mine Mountain Pass en Californie, par exemple, contient des gneiss, un type particulier de roche métamorphique, d’un âge similaire à celui de plusieurs échantillons d’OREAS.
De plus, de nombreuses données publiquement accessibles montrent que les analyseurs XRF à main Vanta peuvent fournir des données d’excellente qualité pour des échantillons partiellement préparés et non préparés. Vous pouvez consulter certaines de ces données dans les notes d’application ci-dessous :
- Analyseurs XRF à main pour la prospection pédologique : géochimie des affleurements rocheux, des sols et des sédiments
- Analyseurs XRF à main dans le cadre de forages d’exploration minérale : forage à circulation inversée, forage rotatif à air comprimé et forage aux diamants
- Analyseurs XRF à main pour l’or (Au) et minéraux indicateurs de gisements aurifères pour l’exploration minérale et le guidage des gisements de minerais
Extraction et traitement des métaux des terres rares
Bien que de nombreux pays n’aient pas extrait de métaux des terres rares sur leur territoire pendant des décennies, des efforts ont récemment été déployés pour extraire et traiter ces matières précieuses. On trouve des gisements de métaux des terres rares de haute qualité dans plusieurs installations minières et usines de traitement, comme celles de la mine Mountain Pass dans l’est de la Californie, de la mine Round Top dans l’ouest du Texas, de la mine Elk Creek dans le Nebraska, de l’usine White Mesa dans l’Utah et des mines Bear Lodge dans le Wyoming.3 Bien qu’il existe 160 minéraux connus qui contiennent des métaux des terres rares, quatre d’entre eux sont principalement exploités à cette fin, soit la bastnaesite, les argiles latéritiques, la monazite et la loparite. D’autres minéraux sont parfois utilisés, comme l’apatite, la gadolinite et le xénotime.
Bien que les métaux des terres rares ne soient pas techniquement « rares », ils ne se présentent généralement pas dans de grandes concentrations ou dans des veines comme l’or (Au) ou d’autres minéraux. Cela rend difficiles l’identification et l’extraction de ces matières. De plus, le traitement des minerais de terres rares est une tâche unique relevant en grande partie du génie chimique ; il est bien plus complexe que le traitement des minerais d’or et de métaux de base. L’analyseur XRF à main Vanta peut détecter de faibles concentrations de métaux des terres rares — de l’ordre de dizaines de parties par millions —, ce qui en fait l’outil idéal pour une identification rapide sur site de ces éléments précieux. De plus, l’analyseur Vanta peut calculer la concentration d’oxydes de terres rares sur le terrain, comme indiqué ci-dessous.
Figure 2. L’analyseur XRF à main Vanta calcule la concentration des composés dans les minéraux communs contenant des métaux des terres rares.
Si l’identification des composés dans le minerai polymétallique peut être difficile, le traitement de ces matières peut présenter des défis encore plus grands. L’extraction et la purification des métaux des terres rares à partir de leur minerai d’origine (moins de 10 % de minerais de terres rares combinés) afin qu’ils deviennent des matières utilisables (plus de 60 % de minerais de terres rares) peuvent généralement être effectuées au moyen de procédés magnétiques, électrostatiques ou gravimétriques. À ce stade, divers minerais sans métaux des terres rares sont dissous avec de l’acide ou chauffés, laissant une combinaison de minerais de terres rares pouvant être extraits à l’état métallique par d’autres procédés chimiques. L’analyseur XRF à main peut être utilisé à chaque étape de ce processus de purification pour quantifier les minerais de terres rares ou les composés abondants en terres qui sont éliminés au cours du processus, comme la calcite, la silice ou la magnétite. Ces procédés, dont beaucoup ont été développés par la Commission de l’énergie atomique des États-Unis après la Seconde Guerre mondiale, peuvent produire des métaux des terres rares d’une pureté supérieure à 99,9 %.4, 5
L’yttrium : un élément indicateur d’oxydes de terres rares
Puisque l’analyse complète de l’ensemble des dix-sept métaux des terres rares est soit impossible (dans le cas de la technologie XRF portable) soit excessivement lente et coûteuse (dans le cas de l’ICP), il est utile de trouver des méthodes pour déterminer la concentration totale de métaux de terres rares sur le terrain en temps réel. De la même manière que divers éléments peuvent être utilisés comme indicateurs pour détecter l’or, comme l’arsenic, le cuivre, le plomb et le zinc, l’yttrium (Y) peut être utilisé pour atteindre un objectif semblable avec les oxydes de terres rares, à condition que le minerai de terres rares cible ait de l’yttrium à un niveau détectable dans sa composition. Au moyen de matériaux de référence certifiés, on peut comparer la concentration en yttrium à la concentration en oxydes de terres rares totaux. Si on inscrit dans un graphique la concentration en yttrium sur l’axe horizontal et la concentration en oxydes de terres rares totaux sur l’axe vertical, on constate que la concentration en yttrium s’avère être un excellent indicateur de la concentration en oxydes de terres rares totaux. Une relation similaire a été observée lors de l’analyse d’échantillons semblables prélevés dans le cadre de projets actifs d’exploration de métaux des terres rares, comme le projet de terres rares lourdes Lofdal dans le nord de la Namibie, où le minéral de terres rares dominant est le xénotime (YPO4), qui est enrichi de nombreux métaux de terres rares lourdes. La fonction « PseudoElements » sur l’analyseur XRF à main Vanta d’Olympus permet de calculer en temps réel et sur le terrain la concentration en oxydes de terres rares totaux. Tous les calculs peuvent être effectués sur l’appareil au cours d’une analyse, comme le montre la figure 4. Recyclage des métaux des terres rares au moyen d’analyseurs XRF à mainPuisque les métaux des terres rares sont dispendieux, leur recyclage à partir de biens de consommation et d’autres technologies, comme les convertisseurs catalytiques, prend de plus en plus d’importance.6 Toutefois, en raison de la grande complexité des composants électroniques actuels, il est devenu difficile de le faire à des coûts qui rendent l’opération rentable. Par exemple, les téléphones cellulaires modernes peuvent contenir jusqu’à 65 éléments, ce qui rend difficile l’application des techniques de recyclage classiques. Heureusement, le Vanta peut analyser un ensemble complet d’éléments allant du magnésium (Mg) à l’uranium (U), y compris les métaux des terres rares, ce qui facilite l’identification et le recyclage des métaux des terres rares provenant de composants électroniques, de voitures et d’autres biens de consommation et industriels. Le recyclage des métaux des terres rares permet de réutiliser ceux-ci à diverses fins, notamment dans les domaines des technologies vertes et des biens de consommation.7 |
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Références
- SCHULZ, K.J., DEYOUNG, J.H., SEAL, R.R. et BRADLEY, D.C. eds., « Critical Mineral Resources of the United States: Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply », Geological Survey, 2018.
- LONG, K.R., VAN GOSEN, B.S., FOLEY, N.K. et CORDIER, D., « The principal rare earth elements deposits of the United States: A summary of domestic deposits and a global perspective », Non-Renewable Resource Issues, Springer, Dordrecht, 2021, p. 131-155.
- VAN GOSEN, B.S., VERPLANCK, P.L. et EMSBO, P. « Rare earth element mineral deposits in the United States », US Geological Survey, n° 1454, 2019.
- SPEDDING, Frank H., WILHELM, Harley A., KELLER, Wayne H., AHMANN, Donald H., DAANE, Adrian H., HACH, Clifford C., et ERICSON, Robert P. « Production of Pure Rare Earth Metals », Industrial Engineering Chemistry, vol. 44, n° 3, 1952, p. 553-556.
- SPEDDING, F.H., « Large-scale separation of rare-earth salts and the preparation of the pure metals », Discussions of the Faraday Society, vol. 7, 1949, p. 214-231.
- BLEIWAS, D.I., « Potential for recovery of cerium contained in automotive catalytic converters », 2013.
- GOONAN, T.G., « Rare earth elements: End use and recyclability » Reston: US Department of the Interior, US Geological Survey, 2011, p. 15.
