Dysprosium : Propriétés et utilisations de l'élément

Introduction au dysprosium

Le dysprosium (symbole Dy, numéro atomique 66) est un élément des terres rares et un membre de la série des lanthanides du tableau périodique. Le dysprosium a été découvert en 1886 par Per Teodor Cleve, un chimiste suédois. Il a été extrait de minéraux contenant de l'erbium. Son nom vient du grec dysprositos, qui signifie "difficile à obtenir", en raison de sa rareté et de sa facilité d'extraction.

Ledysprosium est présent à l'état naturel dans des minéraux tels que la monazite, la bastnäsite et le xénotime, généralement en combinaison avec d'autres lanthanides. Bien qu'il soit relativement rare, ses propriétés particulières, notamment magnétiques, thermiques et d'absorption des neutrons, le rendent indispensable à la technologie contemporaine.

Propriétés physiques du dysprosium

Le dysprosium possède des propriétés physiques importantes qui le rendent précieux dans les applications de haute performance :

Le dysprosium blanc-argenté est très doux en vrac mais très réactif lorsqu'il est finement pulvérisé. Les points d'ébullition et de fusion sont élevés dans la gamme des lanthanides, et cette capacité à résister à la chaleur est un avantage. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Propriétés chimiques Description

D'un point de vue chimique, le dysprosium se définit par son état d'oxydation stable +3, qui domine dans la plupart de ses composés. Sa nature ionique et sa réactivité lui permettent de produire une large gamme d'oxydes, d'halogénures et de sels complexes.

Voici quelques-unes de ses principales propriétés chimiques :

-Réactivité : Le métal dysprosium réagit lentement avec l'eau froide mais facilement avec les acides pour donner des ions Dy³⁺.

-Formation de l'oxyde : L'oxyde de dysprosium (Dy₂O₃), très stable thermiquement, est largement utilisé comme matériau cible pour les lasers et les aimants.

- Comportement magnétique : Le dysprosium est antiferromagnétique à basse température et ferromagnétique à des températures inférieures à 85 K, ce qui lui confère une grande valeur pour être utilisé dans des alliages magnétiques.

Ces propriétés chimiques, associées à la stabilité thermique, font du dysprosium le meilleur matériau pour les applications nécessitant un renforcement magnétique et un fonctionnement à haute température.

Préparation et extraction

La production de dysprosium commence par l'extraction des minéraux de terres rares :

1. Traitement des minéraux : Les minéraux de monazite et de bastnäsite sont broyés et traités à l'acide ou à l'alcaline pour séparer les éléments de terres rares.

2. Extraction par solvant et échange d'ions : Le dysprosium est séparé des autres lanthanides par extraction sélective par solvant ou par échange d'ions pour obtenir une solution de dysprosium purifiée.

3. Conversion en oxyde : La substance purifiée est précipitée et calcinée pour donner du Dy₂O₃, la forme la plus courante utilisée dans l'industrie.

4. Production de métal : Le lithium ou le calcium métal est utilisé pour réduire l'oxyde de dysprosium dans des fours à haute température afin d'obtenir du dysprosium métal pur.

En raison de sa réactivité chimique, il convient de le manipuler avec précaution, en particulier lorsqu'il est en poudre, car le dysprosium en poudre est pyrophorique.

Utilisations industrielles et technologiques

La combinaison des caractéristiques magnétiques, thermiques et d'absorption des neutrons du dysprosium le rend indispensable dans plusieurs industries modernes :

1. Aimants haute performance

- Le dysprosium est un dopant essentiel dans les aimants néodyme-fer-bore (NdFeB), dont il améliore la coercivité et la stabilité thermique.

- Illustration : Dans les véhicules électriques, 5 à 10 % de dysprosium dans les aimants NdFeB permettent aux moteurs de maintenir leurs performances magnétiques jusqu'à 180 °C, contre 120 °C seulement en l'absence de dysprosium.

- Ces aimants sont utilisés dans les moteurs de véhicules électriques, les générateurs d'éoliennes et les actionneurs aérospatiaux.

2. Lasers et dispositifs optiques

- Le matériau dopé au dysprosium est utilisé dans les lasers à fibre et à semi-conducteurs pour émettre de la lumière visible et infrarouge.

- Étude de cas : Les cristaux YAG (grenat d'yttrium et d'aluminium) dopés au dysprosium sont utilisés dans les systèmes laser infrarouges pour la découpe industrielle et médicale.

3. Réacteurs nucléaires

- Le dysprosium a une grande section transversale d'absorption des neutrons et convient donc parfaitement aux barres de contrôle des réacteurs nucléaires.

- Il contribue au contrôle de la réaction de fission, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité des réacteurs à eau pressurisée (REP) et des réacteurs à neutrons rapides.

4. Dosimètres de rayonnement

- Les rayonnements ionisants utilisés en médecine, dans l'industrie et dans l'environnement sont détectés à l'aide de capteurs dopés au dysprosium.

- Les dosimètres en sulfate de calcium avec activation Dy sont utilisés dans les centres de radiothérapie afin de garantir la précision de la dose délivrée.

5. Nouveaux alliages et électronique

- Lorsqu'il est ajouté à des alliages ferromagnétiques et magnétostrictifs, le dysprosium assure la stabilité et le fonctionnement à des températures élevées.

- En raison de ses propriétés magnétiques uniques, il est utilisé dans les dispositifs de mémoire et dans les dispositifs de spintronique.

Questions fréquemment posées

Où trouve-t-on le dysprosium ?

Il est présent dans des minéraux tels que la monazite, la bastnäsite et le xénotime, généralement avec d'autres éléments de terres rares.

Quelles sont les principales caractéristiques chimiques du dysprosium ?

Il présente principalement un état d'oxydation +3, forme des oxydes stables et présente une grande stabilité thermique et chimique.

Comment le dysprosium est-il créé ?

Par traitement des minerais, extraction par solvant, échange d'ions et réduction de l'oxyde pour produire du dysprosium métallique.

Quelles sont ses principales applications commerciales ?

Aimants haute performance, lasers, barres de contrôle des réacteurs nucléaires, dosimètres et alliages spéciaux.

Existe-t-il des considérations de sécurité ?

Oui, la poudre de dysprosium est réactive et potentiellement pyrophorique, et doit être manipulée avec précaution dans des environnements fermés.