Terre rare magique : « Roi des aimants permanents » : le néodyme

bastnasite

Le néodyme, de numéro atomique 60 et de masse atomique 144,24, dont la teneur en croûte est de 0,00239 %, est principalement présent sous forme de monazite et de bastnaésite. Il existe sept isotopes de néodyme dans la nature : les néodymes 142, 143, 144, 145, 146, 148 et 150, le néodyme 142 étant le plus riche. L'apparition du praséodyme a donné naissance au néodyme. Son apparition a dynamisé le domaine des terres rares et a joué un rôle important dans son développement, influençant ainsi le marché des terres rares.

Découverte du néodyme

Karl Orvon Welsbach (1858-1929), le découvreur du néodyme

En 1885, le chimiste autrichien Carl Orvon Welsbach découvrit le néodyme à Vienne. Il sépara le néodyme et le praséodyme de matériaux symétriques à base de néodyme en séparant et en cristallisant du nitrate d'ammonium tétrahydraté de l'acide nitrique, puis en le séparant par analyse spectrale. Cependant, il ne put le séparer sous une forme relativement pure qu'en 1925.

Depuis les années 1950, le néodyme de haute pureté (plus de 99 %) était principalement obtenu par échange d'ions sur la monazite. Le métal lui-même est obtenu par électrolyse de son sel d'halogénure. Actuellement, la majeure partie du néodyme est extraite de (Ce, La, Nd, Pr)CO3F dans la nathanite de basta et purifiée par extraction par solvant. La purification par échange d'ions permet de conserver la pureté la plus élevée (généralement > 99,99 %) pour la préparation. Comme il est difficile d'éliminer la moindre trace de praséodyme à une époque où la fabrication repose sur la technologie de cristallisation par étapes, le premier verre de néodyme fabriqué dans les années 1930 présente une couleur violette plus pure et une teinte plus rouge ou orange que la version moderne.

Néodyme métallique

Le néodyme métallique présente un éclat métallique argenté brillant, un point de fusion de 1024 °C, une masse volumique de 7,004 g/cm et des propriétés paramagnétiques. Le néodyme est l'un des métaux des terres rares les plus actifs. Il s'oxyde et noircit rapidement à l'air, puis forme une couche d'oxyde avant de se décoller, exposant le métal à une oxydation supplémentaire. Ainsi, un échantillon de néodyme d'un centimètre est complètement oxydé en un an. Il réagit lentement dans l'eau froide et rapidement dans l'eau chaude.

Configuration électronique en néodyme

Configuration électronique :

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f4

Les performances laser du néodyme sont dues à la transition des électrons de l'orbite 4f entre différents niveaux d'énergie. Ce matériau laser est largement utilisé dans les domaines de la communication, du stockage d'informations, des traitements médicaux et de l'usinage. Parmi ces matériaux, le grenat d'yttrium-aluminium Y3Al5O12:Nd(YAG:Nd) est largement utilisé et offre d'excellentes performances, tandis que le grenat de gadolinium-scandium-gallium dopé au Nd offre un rendement supérieur.

Application du néodyme

Le principal utilisateur de néodyme est l'aimant permanent NdFeB. Surnommé « le roi des aimants permanents » en raison de sa haute énergie magnétique, l'aimant NdFeB est largement utilisé dans l'électronique, les machines et d'autres industries pour ses excellentes performances. Francis Wall, professeur d'exploitation minière appliquée à la Cumberland School of Mining de l'Université d'Exeter, au Royaume-Uni, a déclaré : « En matière d'aimants, rien ne peut rivaliser avec le néodyme. Le développement réussi du spectromètre magnétique Alpha indique que les propriétés magnétiques des aimants NdFeB en Chine ont atteint un niveau de classe mondiale. »

Aimant néodyme sur disque dur

Le néodyme peut être utilisé pour fabriquer de la céramique, du verre violet brillant, du rubis artificiel pour laser et du verre spécial filtrant les rayons infrarouges. Associé au praséodyme, il permet de fabriquer des lunettes de protection pour souffleurs de verre.

L'ajout de 1,5 % à 2,5 % d'oxyde de néodyme nano dans un alliage de magnésium ou d'aluminium peut améliorer les performances à haute température, l'étanchéité à l'air et la résistance à la corrosion de l'alliage, et il est largement utilisé comme matériau aérospatial pour l'aviation.

Le grenat d'aluminium nano-yttrium dopé à l'oxyde de nano-néodyme produit un faisceau laser à ondes courtes, largement utilisé pour le soudage et la découpe de matériaux minces d'une épaisseur inférieure à 10 mm dans l'industrie.

Tige laser Nd:YAG

Dans le traitement médical, le laser au grenat d'aluminium nano-yttrium dopé à l'oxyde de néodyme nano est utilisé pour retirer les plaies chirurgicales ou désinfecter les plaies à la place des couteaux chirurgicaux.

Le verre au néodyme est fabriqué en ajoutant de l'oxyde de néodyme à la fusion du verre. Le verre au néodyme présente généralement une teinte lavande sous la lumière du soleil ou d'une lampe à incandescence, tandis qu'il prend une teinte bleu clair sous l'éclairage d'une lampe fluorescente. Le néodyme permet de colorer le verre dans des nuances délicates comme le violet pur, le rouge vin et le gris chaud.

verre néodyme

Avec le développement de la science et de la technologie et l'expansion et l'extension de la science et de la technologie des terres rares, le néodyme aura un espace d'utilisation plus large