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Y
Yttrium

L’oxyde d’yttrium a été découvert en 1789 par John Gadoli. En 1804, Friedrich Wöhler isole le métal. Son nom vient d’Ytterby, village de l’île de Resarö dans l’archipel de Stockholm d’où vient la pierre dans laquelle il a été découvert.  L’yttrium se trouve abondamment sur la lune.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique Masse atomique Configuration électronique Structure
cristalline
Rayon métallique pour la coordinence 12
39 88,91 g.mol-1 [Kr] 4d1 5s2 hexagonale compacte de paramètres a = 0,3647 nm et c = 0,5731 nm 180,1 pm

Données physiques

Masse volumique Température de fusion Température d’ébullition Conductibilité électrique Conductibilité thermique Solubilité dans l’eau
4,4689 g.cm-3 1 523°C 3 337°C 1,66.106 S.m-1 17,2 W.m-1.K-1 légèrement décomposé

Données chimiques

Électronégativité
de Pauling
pKa :
Yaq3+/YOHaq2+
E° :
Y3+ + 3e = Y(s)
1,22 9 -2,37 V

Données thermodynamiques

Yttrium cristallisé

  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 44,4 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 26,5 J.K-1mol-1
  • Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 11,3 kJ.mol-1
  • Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 389 kJ.mol-1
Yttrium gazeux

  • Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 421,5 kJ.mol-1
  • Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 381,3 kJ.mol-1
  • Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 179,4 J.K-1mol-1
  • Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,9 J.K-1mol-1

Données industrielles

Voir le produit terres rares. Ne sont détaillées ici que quelques données particulières, des données plus complètes sont développées dans le produit terres rares.

Les terres rares représentent le groupe des lanthanides (éléments de numéros atomiques compris entre 57 et 71, du lanthane au lutécium) auquel on ajoute, du fait de propriétés chimiques voisines (même colonne de la classification périodique), l’yttrium (Y) et le scandium (Sc). On distingue les terres cériques, légères (lanthane, cérium, praséodyme, néodyme et samarium) des terres yttriques, plus lourdes (les autres terres rares).

Production

En 2013, la production d’oxyde d’yttrium, Y2O3, dans le monde s’élevait à 7 100 t d’oxyde produites dans les pays suivants :

en tonnes d’oxyde
Chine 7 000 t Brésil 15 t
Inde 56 t États-Unis 5 t
Australie 15 t Malaisie 2 t
Source : USGS

Réserves d’yttrium : en 2013, les réserves mondiales s’élevaient à 540 000 t exprimées en oxyde et se situaient dans les pays suivants :

en tonnes d’oxyde
Chine 220 000 t Inde 72 000 t
États-Unis 120 000 t Malaisie 13 000 t
Australie 100 000 t Brésil 2 200 t
Source : USGS

Procédé Rhône-Poulenc de séparation des terres rares

Solvay, utilise un procédé de séparation continu par extraction liquide-liquide à l’aide de solvants.

Le lanthane (à 99,995 % de pureté) est extrait, puis  :

  • le cérium (à 99,5 %), le didyme (alliage Nd-Pr séparé ensuite en Pr à 98 % et Nd à 95 %),
  • le samarium/europium (séparé ensuite en Sm à 98 % et Eu à 99,99 %),
  • le gadolinium/terbium (séparé ensuite en Gd à 99,99 % et Tb à 99,9 %),
  • et l’ensemble des autres terres rares, l’yttrium étant obtenu, en fin d’extraction, à 99,99 %.

Lors des diverses extractions, réalisées en milieu nitrique, de nombreux types de solvants sont employés : acide di(2-ethylhexyl)phosphorique, tri(n-butyl)phosphate, sels d’ammonium quaternaire, acides carboxyliques… Dans l’usine de La Rochelle (17), plus de 1 100 étages de mélangeurs-décanteurs sont utilisés.

Les terres rares séparées sont livrées sous forme d’oxyde ou de sels, les puretés étant, en général, exprimées en masse par rapport aux autres terres rares, sans tenir compte des autres impuretés éventuellement présentes.

Les métaux et particulièrement le néodyme, l’yttrium et le terbium, sont préparés par calciothermie, à plus de 1 000°C, à partir du fluorure dans le cas du néodyme selon la réaction :

2NdF3 + 3 Ca = 2Nd + 3CaF2

Le samarium est préparé par réduction de l’oxyde par le lanthane ou le mischmétal, le métal, qui possède une tension de vapeur élevée, étant séparé par distillation sous vide.

Ces opérations métallurgiques sont réalisées principalement en Chine.

Utilisations

Les principales utilisations de l’yttrium sont :

  •  les luminophores : les sels d’yttrium qui n’ont pas de propriété de luminescence propre sont employés comme support des terres rares qui possèdent ces propriétés.
  • la métallurgie : l’yttrium métal est employé pour améliorer la tenue aux chocs thermiques des aciers pour pipeline.
  • les céramiques : l’oxyde d’yttrium, à des teneurs supérieures à 7 %, est utilisé pour stabiliser, à haute température, la forme cubique de la zircone (ZrO2). La zircone cubique, qui possède des propriétés de réfraction de la lumière proches de celles du diamant, est utilisée, comme imitation du diamant, en joaillerie.
    Des sondes à oxygène, destinées à la mesure de la teneur en dioxygène des gaz émis par les moteurs à explosions afin d’ajuster celle-ci pour la combustion dans les pots catalytiques de CO et des hydrocarbures imbrûlés, sont en zircone plus ou moins dopée (de 1 à 10 % atomique) en oxyde d’yttrium. La stabilisation de la zircone par des ions trivalents à la place d’ions tétravalents entraîne la création de lacunes en oxygène qui confèrent au matériau une conductibilité ionique qui varie avec la pression partielle en dioxygène.

Bibliographie