Le ruthénium, dernier platinoïde découvert
Le ruthénium fait partie des métaux précieux avec l’or, l’argent, le platine et les autres platinoïdes. Néanmoins très peu de personnes connaissent ce métal qui est pourtant utilisé dans de multiples applications. Cet article à pour but de vous faire découvrir ce métal précieux méconnu.
I Présentation
La découverte du ruthénium
Le ruthénium est un métal qui a eu du mal à se faire découvrir, à de nombreuses reprises il est passé inaperçu.
En 1807, le chimiste polonais Andrzej Sniadecki émet l’hypothèse de la présence de ce métal, mais il n’a aucune preuve tangible pour appuyer son hypothèse, malgré ça il décide quand même de nommer ce nouveau métal qui prendra le nom de Vestium.
Vingt ans plus tard, en 1827, Jöns Jacob Berzelius et Gottfried Osann pensent découvrir un nouveau métal en étudiant des restes de minerai de platine provenant des montagnes de l’Oural en Russie. Après la dissolution du minerai dans de l’acide chlorhydrique et nitrique, ils constatent des éléments insolubles. Sans le savoir, ces résidus sont composés de l’iridium, du rhodium et du ruthénium. Osann découvre que trois métaux composent ce résidu et il en nomme un, le ruthénium. Ce nom est dérivé du mot latin « Ruthenia » qui désignait une zone géographique comprenant une partie de la Russie, de l’Ukraine, du Belarus, et une partie de la Pologne et de la Slovaquie. Cependant il ne dispose pas de preuves suffisantes et la communauté scientifique ne valide pas sa découverte. En apprenant la découverte de l’iridium et du rhodium, Berzelius retente l’expérience pour isoler le ruthénium, en vain, les quantités obtenues ne le sont pas assez pour pouvoir justifier la découverte.
Il faudra attendre 1844 pour que le russe Karl Karlovich Klaus puisse enfin isoler le ruthénium à partir de platine, il réussit à en extraire 6 grammes et ainsi prouver l’existence du ruthénium après deux tentatives infructueuses. Il décide de garder le nom de ruthénium pour ce nouveau métal qui sera le dernier platinoïde à être identifié.
Caractéristiques et propriétés
Les platinoïdes possèdent des caractéristiques qui sont proches, pour le ruthénium c’est le cas avec l’osmium et le platine.
Le ruthénium est un élément rare dans la croûte terrestre, environ 1 mg par tonne. Il peut être sous forme de métal pur, mais plus souvent il est naturellement allié au platine et aux autres platinoïdes. Le ruthénium peut être retrouvé comme sous-produit du nickel et du cuivre. Le ruthénium se retrouve le plus dans l’Oural, en dans les montagnes d’Amérique du nord et sud, et en Afrique du Sud.
C’est un métal très résistant, il est inaltérable à l’air et résistant aux acides à part les chlorates alcalins. Il reste résistant à des températures très chaudes ou froides, son point de fusion se trouvant à 2 334°C.
Le ruthénium fait partie des platinoïdes les moins chers ce qui peut rendre son utilisation un peu plus abordable.
Utilisations industrielles
En 2018 la consommation mondiale de ruthénium a atteint 33 tonnes, elle se répartissait principalement entre trois grands secteurs :
Industrie électrique et électronique : 39,4%
Industrie chimique : 24,2%
Industrie électrochimique : 18,9%
Autre : 17,6%
Industrie électrique et électronique
L’industrie électrique et électronique est la principale consommatrice de ruthénium, en 2018 elle représentait plus de 39% de la consommation mondiale.
Ses principales applications prennent place dans les disques durs, les contacteurs et les puces résistives.
Dans la fabrication des disques durs, le ruthénium est utilisé en couche ultramince. Le métal est déposé en couches d’une épaisseur de trois atomes de ruthénium grâce à la technologie des cibles de pulvérisation.
Le ruthénium est placé entre deux couches magnétiques ce qui permet de stocker un plus grand nombre d’informations sur un espace plus réduit, la technologie actuelle permet d’atteindre 100 go/cm². Le ruthénium n’est pas le seul platinoïde utilisé pour cet usage, le platine l’est également mais compte tenu de son prix élevé le ruthénium est le métal de substitution le mieux indiqué. Les progrès technologiques permettent de réduire progressivement la quantité nécessaire de ruthénium entrant dans la composition des disques durs.
Lorsque le ruthénium est ajouté en faibles quantités au platine ou au palladium, il leur permet d’augmenter leur dureté. Ces alliages plus durs sont ainsi plus résistants à l’usure et sont utilisés dans les contacteurs électriques de haute performance. Lorsque le ruthénium est exposé à des températures négatives très fortes, en dessous des -262,5°C, le ruthénium devient supraconducteur. Une propriété utile dans les applications spatiales qui sont exposées à des températures négatives extrêmes.
Des dérivés du ruthénium sont utilisés pour confectionner des circuits intégrés et des puces résistives. Le dioxyde de ruthénium et les ruthénates de plomb et de bismuth sont ainsi employés dans l’élaboration de ces composants.
Industrie chimique
La deuxième industrie qui consomme le plus ce métal est l’industrie chimique, en effet le ruthénium possède de très bonnes capacités de catalyse. Ses applications comme catalyseur sont diverses et variées. Un catalyseur est un élément qui permet d’accélérer les réactions chimiques.
En chimie organique et pharmaceutique, le ruthénium est utile pour décomposer l’acide formique, il aide dans l’hydrogénation, il réduit les liaisons carbonyles et accélère les réactions de métathèse des oléfines dans la synthèse de molécules complexes.
A partir de gaz naturel, le ruthénium est utilisé comme catalyseur dans la production d’ammoniac et de divers combustibles de haute qualité sans souffre. En Chine il est également employé dans la production de caprolactame et d’acide adipique servant à la production de nylon.
Industrie électrochimique
L’électrochimie est indispensable pour produire des matières premières nécessaires à la chimie.
Le ruthénium entre dans la composition des électrodes qui composent les cellules électrochimiques. Anciennement ces électrodes étaient fabriquées avec du mercure, en raison des impacts néfastes du mercure les électrodes sont désormais fabriquées avec du ruthénium associé à de l’iridium. Ces électrodes sont notamment utilisées pour la production par électrolyse de chlore et de soude caustique.
Une cellule électrochimique permet de déclencher une réaction chimique lorsqu’elle subit un apport électrique, les réactions permettent de produire des matières premières pour l’industrie chimique. La cellule est composée d’un électrolyte qui est généralement sous forme de solution, et d’une électrode qui est plongée dans cet électrolyte.
Autres utilisations
Le ruthénium est très utilisé dans les alliages et les superalliages, son ajout permet de les durcir et leur transférer des propriétés comme la résistance à la corrosion.
Lorsque 0,1% de ruthénium est ajouté au titane sa résistance à la corrosion augmente d’un facteur 100. Cet alliage permet d’être utilisé dans des applications qui doivent résister à la corrosion en milieu acide agressif chaud comme c’est le cas pour la tuyauterie des forages profonds ou de géothermie.
L’ajout de ruthénium au palladium et au platine permet de les durcir, les rendre plus stables et ils deviennent davantage conducteurs électriques. Ces alliages servent dans les contacts électriques, dans l’industrie automobile les voitures de compétition qui doivent résister à la chaleur et à d’autres contraintes ont la tête de leurs bougies d’allumage recouvertes d’un alliage de ruthénium et de platine.
En bijouterie et joaillerie, le ruthénium qui est un métal précieux est utilisé en revêtement de surface ou en cristaux purs, il peut également servir en alliage pour augmenter la résistance des pointes de stylos plumes haut de gamme.
Le ruthénium fait également partie des superalliages, certains à base de nickel et utilisés pour les pales de turbines des réacteurs d’avion contiennent entre 2 et 6 % de ruthénium.
Recyclage
Le ruthénium étant un métal précieux assez rare, ceci explique que le ruthénium soit recyclé en fin de vie mais pas dans toutes ses applications. En effet, le ruthénium est présent en infimes quantités dans les disques durs ce qui empêche son recyclage.
Cependant durant les phases de production les déchets et rebuts sont recyclés. Les cibles usagées qui servent à déposer le ruthénium en fines couches et les catalyseurs.
Si vous souhaitez recycler vos déchets contenant du ruthénium, adressez-vous à Valorema, votre entreprise spécialisée dans le recyclage des métaux précieux et spéciaux.