Fiches/Documents/Minerai/Fiche minerai hafnium.md

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minerai	Hafnium	Hafnium	1.0	2025-04-22	Version initiale	Stéphan Peccini	Objectif_final_v0-7.pdf §2 (méthodologie de calcul) …

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Présentation synthétique

Le hafnium est un métal de transition rare, gris-argenté, ductile et lustré, découvert en 1923 par Dirk Coster et George de Hevesy. Ce métal se distingue par ses propriétés exceptionnelles : résistance remarquable à la corrosion, point de fusion très élevé (2227°C), excellente ductilité et une exceptionnelle capacité d'absorption des neutrons. Sa production implique des procédés métallurgiques complexes, principalement comme sous-produit du traitement du zirconium, avec lequel il partage une similitude chimique frappante qui rend leur séparation particulièrement difficile. Le traitement du hafnium est techniquement exigeant, énergétiquement intensif et économiquement coûteux, ce qui explique sa valeur élevée sur les marchés. Bien que sa production mondiale soit relativement modeste (environ 70-80 tonnes par an), le hafnium est devenu un métal stratégique indispensable à l'industrie nucléaire, l'aéronautique et, plus récemment, l'électronique avancée.

Procédés de traitement

Étape	Description du procédé	Part utilisée
Extraction minière	Extraction de minerais contenant principalement du zircon (ZrSiO₄) qui contient naturellement du hafnium (environ 1-3%)	100%
Décomposition chimique	Traitement du zircon par fusion alcaline (NaOH) ou par chloration directe pour extraire le zirconium et le hafnium	95%
Chloration	Conversion en tétrachlorures (ZrCl₄ et HfCl₄) par réaction avec le chlore et le carbone à haute température	90%
Séparation Zr/Hf	Procédés de séparation liquide-liquide utilisant des extractants comme le méthylisobutylcétone (MIBK) ou techniques d'échange d'ions pour séparer le hafnium du zirconium	85%
Extraction par solvant	Extraction sélective du hafnium en solution aqueuse vers une phase organique	80%
Précipitation	Formation d'hydroxyde de hafnium par ajout d'ammonium hydroxyde	75%
Calcination	Transformation de l'hydroxyde en oxyde de hafnium (HfO₂) par traitement thermique	70%
Chloration de l'oxyde	Conversion de HfO₂ en HfCl₄ par chloration en présence de carbone	65%
Réduction métallique	Réduction du HfCl₄ par le magnésium pour obtenir une éponge de hafnium : HfCl₄ + 2Mg → Hf + 2MgCl₂	60%
Purification	Procédé van Arkel/de Boer utilisant de l'iode pour produire des barres cristallines de haute pureté	55%
Fusion et mise en forme	Consolidation et fusion par faisceau d'électrons suivie de transformation en produits finis	50%

Note: Les pourcentages dans la colonne "Part utilisée" indiquent la proportion approximative de matière première qui passe à l'étape suivante.

Secteurs d'utilisation

Secteur	Type d'usage	Part estimée
Numérique	Fabrication de diélectriques high-k pour transistors MOSFET avancés, composants électroniques spécifiques et applications photovoltaïques	15%
Nucléaire	Production de barres de contrôle pour réacteurs nucléaires exploitant ses propriétés d'absorption neutronique	40%
Aérospatial	Fabrication de superalliages résistants aux hautes températures pour l'industrie aéronautique et spatiale	30%
Métallurgie	Alliages spéciaux avec tungstène pour filaments, électrodes et applications à haute température	10%
Autres	Cathodes pour torches à plasma, applications médicales (nanoparticules d'oxyde d'hafnium comme amplificateur d'effets en radiothérapie)	5%

Note: La part du numérique est en croissance constante depuis l'introduction de l'oxyde d'hafnium comme diélectrique high-k dans les microprocesseurs par Intel en 2007 (microarchitecture Core).

Extraction_Hafnium:
  Chine_Extraction_Hafnium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 13%
    acteurs:
      ChinaMinmetals_Chine_Extraction_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: China Minmetals
        part_de_marche: 10%
        pays_d_origine: Chine
  France_Extraction_Hafnium:
    nom_du_pays: France
    part_de_marche: 43%
    acteurs:
      Framatome_France_Extraction_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: Framatome
        part_de_marche: 43%
        pays_d_origine: France
  EtatsUnis_Extraction_Hafnium:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 38%
    acteurs:
      ATI_EtatsUnis_Extraction_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: ATI
        part_de_marche: 38%
        pays_d_origine: États-Unis

Principaux producteurs - Extraction

Pays d'implantation	Entreprise	Pays d'origine	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : t/an

Total : 79

Reserves_Hafnium:
  {}

Principaux pays - Réserves

Pays d'implantation	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : t

Total : inconnu

Sources: Estimations basées sur les informations disponibles. Les réserves d'hafnium ne sont pas quantifiées directement mais liées aux réserves de zirconium (ratio d'environ 1/50). L'hafnium est un sous-produit du raffinage du zirconium de qualité nucléaire.

Traitement_Hafnium:
  Russie_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: Russie
    part_de_marche: 9%
    acteurs:
      TVEL_Russie_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: TVEL
        part_de_marche: 9%
        pays_d_origine: Russie
  Ukraine_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: Ukraine
    part_de_marche: 5%
    acteurs:
      StateConcern_Ukraine_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: State Concern Nuclear Fuel
        part_de_marche: 5%
        pays_d_origine: Ukraine
  EtatsUnis_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 25%
    acteurs:
      ATISpecialty_EtatsUnis_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: ATI Specialty Materials
        part_de_marche: 19%
        pays_d_origine: États-Unis
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 80%
      Materion_EtatsUnis_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: Materion
        part_de_marche: 6%
        pays_d_origine: États-Unis
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 100%
  Inde_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: Inde
    part_de_marche: 4%
    acteurs:
      NuclearFuel_Inde_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: Nuclear Fuel Complex
        part_de_marche: 4%
        pays_d_origine: Inde
  Chine_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 10%
    acteurs:
      ChinaNuclear_Chine_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: China Nuclear
        part_de_marche: 10%
        pays_d_origine: Chine
        minerai_origine:
          pays: Chine
          pourcentage: 70%
  France_Traitement_Hafnium:
    nom_du_pays: France
    part_de_marche: 44%
    acteurs:
      Orano_France_Traitement_Hafnium:
        nom_de_l_acteur: Orano
        part_de_marche: 44%
        pays_d_origine: France
        minerai_origine:
          pays: États-Unis
          pourcentage: 20%

Principaux producteurs - Traitement

Pays d'implantation	Entreprise	Pays d'origine	Origine du minerai	Part de marché
(cette section sera remplie automatiquement)

Unités : t/an

Total : 80

Note: Les capacités indiquées représentent la production de hafnium métal et composés. La production est fortement liée à celle du zirconium de qualité nucléaire, dont le hafnium doit être séparé pour les applications en réacteurs nucléaires.

Explication de l'écart entre production minière et capacité de traitement

Facteur	Description	Impact estimé (t)
Production liée au zirconium	La production de hafnium est principalement déterminée par la demande de zirconium sans hafnium pour l'industrie nucléaire	Production contrainte par les besoins en zirconium nucléaire
Faible concentration	Le hafnium ne représente que 1-3% du contenu des minerais de zircon, nécessitant le traitement de grands volumes pour de petites quantités	Rendement global limité à 50-60%
Complexité de séparation	La similarité chimique avec le zirconium rend la séparation techniquement difficile et coûteuse	Pertes significatives durant la séparation
Recyclage	Une part croissante du hafnium provient du recyclage, notamment dans les industries aéronautique et nucléaire	Environ 10-15% de l'approvisionnement

Note: L'interdépendance avec la production de zirconium nucléaire crée une dynamique d'offre particulière où la disponibilité du hafnium dépend souvent des besoins en zirconium de qualité nucléaire.

Chaîne de valeur et applications

Produit intermédiaire	Pureté typique	Applications numériques	Part numérique	Autres applications	Part autres usages	Valeur ajoutée relative
Oxyde de hafnium (HfO₂)	99-99,5%	Couches diélectriques pour semi-conducteurs avancés	60%	Revêtements réfractaires, céramiques	40%	10×
Hafnium métallique	99,7-99,9%	Revêtements conducteurs pour électronique	20%	Barres de contrôle nucléaire, alliages aéronautiques	80%	25×
Hafnium ultra-pur	>99,95%	Cibles de pulvérisation pour semi-conducteurs	90%	Applications scientifiques de pointe	10%	40×
Alliages base hafnium	Variable	Composants électroniques de haute performance	30%	Superalliages pour turbines aéronautiques	70%	20×
Composés organométalliques	>99%	Précurseurs pour dépôt de couches minces	85%	Catalyseurs spéciaux	15%	30×

Note: La part numérique représente la proportion utilisée dans les technologies de l'information, la communication et l'électronique. La valeur ajoutée est calculée par rapport au prix du minerai initial.

Projections 2025-2035

Extraction

Année	Dem. numérique (t)	Part	Dem. autres (t)	Part	Production (t)	Recyclage (t)	Déficit/Surplus
2025	15	16%	80	84%	90	10	+5
2030	30	20%	120	80%	150	15	+15
2035	60	25%	180	75%	240	25	+25

Projections basées sur: l'entrée en production du projet Dubbo, la croissance de la demande dans l'électronique (8-10% par an) et une croissance modérée (5-6%) dans les autres secteurs. Le développement du recyclage devrait progresser mais rester modeste. Le déficit/surplus est calculé selon la formule: Production + Recyclage - Demande numérique - Demande autres.

Traitement

Année	Capacité de traitement (t)	Demande numérique (t)	Demande autres usages (t)	Taux d'utilisation des capacités (%)	Déficit/Surplus (t)
2025	85	30	55	100	0
2030	100	45	60	105	-5
2035	120	65	65	108	-10

Note: Les projections montrent une croissance de la demande numérique liée principalement à l'utilisation croissante d'oxyde de hafnium dans les semi-conducteurs avancés, qui devrait créer une pression sur l'approvisionnement à moyen terme.

Matrice des risques

Extraction

Impact/Probabilité	Faible	Moyen	Fort
Fort		R1 (Géopolitique)
Moyen	R4 (Technologique)	R2 (Approvisionnement)
Faible		R3 (Environnemental)	R5 (Économique)

Détail des risques :

• R1 : Concentration de la production dans deux pays (France et États-Unis) créant une vulnérabilité géopolitique - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
• R2 : Dépendance à la production de zirconium de qualité nucléaire comme source d'approvisionnement - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
• R3 : Contraintes environnementales limitées, l'hafnium étant un sous-produit de processus existants - Impact faible (2/5), Probabilité moyenne (3/5)
• R4 : Développement de substituts pour certaines applications électroniques - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
• R5 : Volatilité économique liée à la concentration des acteurs et à la dépendance au marché du zirconium - Impact faible (2/5), Probabilité forte (4/5)

Échelle d'évaluation: Impact de 1 (très faible) à 5 (très élevé); Probabilité de 1 (très faible) à 5 (très élevée).

(cette section sera remplie automatiquement)

(cette section sera remplie automatiquement)

Traitement

Impact/Probabilité	Faible	Moyen	Fort
Fort		R1 (Production liée au zirconium)	R2 (Concentration géographique)
Moyen	R3 (Substitution)	R4 (Techniques de séparation)	R5 (Demande électronique)
Faible	R6 (Toxicité)

Détail des risques :

• R1 : Dépendance de la production à la demande de zirconium nucléaire, créant une vulnérabilité potentielle si cette demande fluctue - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
• R2 : Concentration de la production dans un nombre limité de pays (France, États-Unis) et d'installations - Impact fort (4/5), Probabilité forte (4/5)
• R3 : Développement d'alternatives pour certaines applications, notamment dans les semi-conducteurs - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
• R4 : Complexité et coût des procédés de séparation limitant l'expansion de la production - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
• R5 : Croissance rapide de la demande pour les applications électroniques pouvant dépasser les capacités de production - Impact moyen (3/5), Probabilité forte (4/5)
• R6 : Risques sanitaires limités du hafnium métallique comparé à d'autres métaux stratégiques - Impact faible (2/5), Probabilité faible (1/5)

(cette section sera remplie automatiquement)

Risque de substituabilité

(cette section sera remplie automatiquement)

(cette section sera remplie automatiquement)

Vulnérabilité de concurrence

(cette section sera remplie automatiquement)

Sources

1. Institut UTINAM - Hafnium - https://www.utinam.cnrs.fr/hafnium/
2. L'Élémentarium - HAFNIUM 2019 Matières premières - https://lelementarium.fr/wp-content/uploads/2018/07/Hafnium-2019.pdf
3. Stanford Advanced Materials - Performance et application du hafnium - https://www.samaterials.fr/content/the-performance-and-application-of-hafnium.html
4. Wikipédia - Hafnium - https://fr.wikipedia.org/wiki/Hafnium
5. Stanford Advanced Materials - Séparation du zirconium et du hafnium - https://www.samaterials.fr/content/separation-of-zirconium-and-hafnium.html
6. Framatome - Renforcement des capacités de production de hafnium - https://www.framatome.com/medias/framatome-renforce-ses-capacites-de-production-de-hafnium-pour-applications-nucleaires-aeronautiques-et-spatiales/
7. Techniques de l'Ingénieur - Propriétés du zirconium et du hafnium - https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/metaux-et-alliages-non-ferreux-42357210/proprietes-du-zirconium-et-du-hafnium-m4785/
8. L'Élémentarium - Hafnium - https://lelementarium.fr/element-fiche/hafnium/
9. L'Usine Nouvelle - Pourquoi il faut s'intéresser au hafnium - https://www.usinenouvelle.com/article/pourquoi-il-faut-s-interesser-au-hafnium.N530634
10. MineralInfo - Hafnium (Hf) - https://www.mineralinfo.fr/fr/substance/hafnium-hf
11. Gouvernement du Québec - Hafnium - https://vitrinelinguistique.oqlf.gouv.qc.ca/fiche-gdt/fiche/8427036/hafnium
12. Study on the Critical Raw Materials for the EU, 2023
13. L'Élémentarium - "Hafnium" (2025) - https://lelementarium.fr/element-fiche/hafnium/
14. MineralInfo - "Hafnium (Hf)" (2024) - https://www.mineralinfo.fr/fr/substance/hafnium-hf
15. Admat Inc. - "Hafnium Metal" (2024) - https://www.admatinc.com/products/thin-films/hafnium-targets/
16. EPA Archives - "Zirconium and Hafnium" - https://archive.epa.gov/epawaste/nonhaz/industrial/special/web/pdf/id4-zirc.pdf
17. Reade Advanced Materials - "Hafnium (Hf) Metal" (2023) - https://reade.com/product/hafnium-hf-metal/
18. Theses.fr - "Conception et évaluation de nouveaux procédés de séparation zirconium/hafnium" (2004)
19. AMERICAN ELEMENTS - "Hafnium Metal" (2024) - https://www.americanelements.com/hafnium-metal-7440-58-6