Le 29 mai, lors du 2e Forum de l'industrie des terres rares SMM 2025 organisé par SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM), Liang Xingfang, directeur adjoint de l'Institut de recherche sur les terres rares du Shandong, a abordé le thème « Application et production industrielle des fluorures de terres rares ».
Partie 1 : Caractéristiques et principales applications des fluorures de terres rares
Caractéristiques structurales des éléments de terres rares
1. Le scandium, l'yttrium et les lanthanides partagent la même configuration électronique externe, ce qui leur confère des propriétés chimiques similaires.
2. Le nombre d'électrons dans l'orbite 4f varie de 0 à 14 du lanthane au lutécium.
3. L'orbite 4f est blindée par les électrons externes, ce qui entraîne des différences de transition d'énergie et des variations structurelles lors de la perte d'électrons, aboutissant à des propriétés distinctes.
4. Le fluor est l'un des éléments ayant le pouvoir oxydant le plus fort.
Les fluorures de terres rares présentent une forte stabilité des liaisons ioniques.
Les fluorures de terres rares sont des composés contenant des éléments de terres rares et du fluor.
1. Fluorures binaires de terres rares : Combinaison directe d'éléments de terres rares avec du fluor ;
2. Fluorures complexes de terres rares : Dopés avec d'autres éléments pour posséder des fonctions spécifiques ;
3. Fluorures de terres rares à l'échelle nanométrique : Présentent des effets de taille et de surface particuliers.
Fluorures binaires de terres rares
Point de fusion élevé ; faible pression de vapeur ; chimiquement stables et insolubles dans l'eau ; excellentes propriétés optiques, capables de réduire les pertes d'énergie à l'état excité et d'améliorer considérablement l'efficacité de la luminescence à conversion ascendante.
Les fluorures de terres rares sont des matériaux importants dotés de propriétés magnétiques, optiques et électriques uniques.
1. Matériaux optiques : Matériaux cristallins laser, matériaux photofonctionnels, matériaux fluorescents et matériaux à fibres optiques ;
2. Matériaux catalytiques : Catalyseurs pour le craquage du pétrole et la protection de l'environnement ;
3. Additifs pour les matériaux de polissage, les matériaux céramiques, les lubrifiants et les matériaux anticorrosion ;
4. Matières premières et auxiliaires pour la préparation de métaux ou d'alliages de terres rares.
Matières premières et auxiliaires pour la production de métaux et d'alliages de terres rares par les procédés d'électrolyse des sels fondus et de réduction par le calcium.
Les applications dans les industries de pointe et la demande des industries traditionnelles ont favorisé le développement de l'industrie des fluorures de terres rares.
Il a également détaillé les caractéristiques et les principales applications des fluorures binaires de terres rares.
Principales applications des fluorures de terres rares dans l'industrie des terres rares
1. Matières premières et auxiliaires pour la production de métaux et d'alliages de terres rares
Auxiliaires pour le procédé d'électrolyse en fonds salé : électrolyte REF3+LiF
Matières premières pour le procédé de réduction calciothermique : REF3+Ca
La production chinoise de NdFeB a atteint environ 300 000 tonnes en 2024.
Pour produire des matières premières telles que l'alliage Pr-Nd, le Nd, l'alliage Ce, Gd-Fe et l'alliage Dy-Fe, plus de 5 000 tonnes de fluorures de terres rares sont nécessaires.
2. Les matières premières pour la diffusion intergranulaire des matériaux d'aimants permanents NdFeB, le fluorure de dysprosium et le fluorure de terbium, sont principalement limitées par les brevets japonais.
Deuxième partie : Technologie de production industrielle des fluorures de terres rares
Elle détaille 1. le procédé humide (classé comme procédé obsolète par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information (MIIT)) et 2. la fluoruration par NH₄HF₂, etc.
Partage d'expériences sur la préparation du fluorure de terbium :
• Mélanger uniformément NH₄HF₂ avec de l'oxyde de terbium et placer dans un creuset en graphite de haute pureté
• Chauffer lentement de 0 à 150 °C, maintenir à 150 °C et éliminer l'ammoniac à 300 °C-400 °C (peut être inférieur à 100 ppm)
• Après la fluoruration par NH₄HF₂, fluorurer à nouveau à 600 °C avec un gaz (argon + fluorure d'hydrogène)
• Préparer du métal terbium par la méthode de réduction thermique au calcium, avec une teneur en oxygène de 230 ppm
Adapté à la préparation de fluorures de terres rares d'éléments à haute valeur tels que le scandium et le terbium
3. Fluoruration avec du gaz fluorure d'hydrogène
Points clés du contrôle du procédé :
Épaisseur de la charge de four d'oxyde de terres rares ; canal pour le gaz fluorure d'hydrogène ; coordination entre le régime d'élévation de température et le débit de gaz fluorure d'hydrogène ; le plus grand problème est le mauvais contact entre le solide et le gaz dans la réaction solide-gaz ; comment maintenir le matériau d'oxyde de terres rares en mouvement pour augmenter sa surface de contact avec le gaz fluorure d'hydrogène.
Fluidisation et laminage.
Comparaison des technologies de production industrielle des fluorures de terres rares
Partie III : Problèmes et orientations des méthodes actuelles de production des fluorures de terres rares
◇ La méthode de l'acide fluorhydrique, la méthode du NH₄HF₂ et le procédé humide présentent chacun leurs propres avantages, en fonction des caractéristiques du produit.
◇ L'équipement de production des fluorures secs n'est pas totalement adapté et le niveau d'intelligence est faible ; il y a un phénomène de mottage, une réaction solide-gaz incomplète, l'application de lits fluidisés ; contrôle du procédé pour l'épaisseur du matériau, le débit d'alimentation en gaz, la température de réaction et l'évacuation de la vapeur d'eau.
◇ Résistance à la corrosion des matériaux de revêtement
◇ Les fluorures de terres rares ont tendance à former des oxyfluorures à environ 780 °C
Ils sont réduits en fluorures de terres rares sous atmosphère d'acide fluorhydrique à 1 700 °C.
◇ Après adoption du procédé de déshydratation humide + NH₄HF₂ (ou méthode du gaz d'acide fluorhydrique)
Fluoruration par NH₄HF₂ + fluoruration par gaz d'acide fluorhydrique
Des fluorures de terres rares à plus faible teneur en oxygène peuvent être obtenus
◇ Haute pureté chimique et excellentes propriétés physiques
Haute pureté (4N), ultra-haute pureté (supérieure à 6N)
◇ Nanomatériaux, matériaux composites de fluorures de terres rares aux fonctions intégrées.
