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Fiches/Documents/Minerai/Fiche minerai gallium.md

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minerai Gallium Gallium 1.0 2025-04-22 Version initiale Stéphan Peccini
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Présentation synthétique

Le gallium est un métal rare aux propriétés physico-chimiques remarquables, découvert en 1875 par le français Paul Émile Lecoq de Boisbaudran. Sa particularité réside dans son point de fusion très bas (29,76°C), ce qui le rend liquide près de la température ambiante, tandis que son point d'ébullition est extrêmement élevé (2 403°C). Bien que présent dans la croûte terrestre à hauteur d'environ 19 ppm, le gallium n'existe pas à l'état natif et n'est jamais extrait pour lui-même mais toujours comme sous-produit d'autres métaux. Sa production repose principalement sur l'hydrométallurgie, avec trois sources principales : les liqueurs Bayer du traitement de la bauxite (90% de la production mondiale), les résidus de la métallurgie du zinc, et dans une moindre mesure, les cendres volantes de charbon. Le raffinage du gallium requiert des procédés sophistiqués pour atteindre les puretés extrêmes (jusqu'à 99,9999999%) nécessaires aux applications électroniques avancées, notamment les semi-conducteurs GaAs et GaN qui constituent ses principaux débouchés.

Procédés de traitement

Étape Description du procédé Part utilisée
Extraction primaire Séparation du gallium des liqueurs Bayer ou des résidus de zinc par extraction par solvant, résine échangeuse d'ions ou électrolyse 100%
Prétraitement Pour les liqueurs Bayer: concentration des ions gallates (jusqu'à 100-300 mg/L) par cycles successifs de recyclage des solutions alcalines 100%
Séparation sélective Extraction par résine imprégnée d'hydroxy-8-quinoléine alkylée (Kelex 100) en milieu alcalin ou extraction par solvant organique 90%
Élution Lavage à l'eau puis traitement par solution acide sulfurique (0,7-1,2N puis 4-7N) pour extraire le gallium fixé sur la résine 85%
Purification primaire Conversion en chlorure de gallium et extraction par solvant organique (tributylphosphate/isotridécanol/solvant aromatique lourd) 80%
Électrolyse Réduction cathodique pour obtenir du gallium métallique brut (pureté 99%) 75%
Raffinage Purification par filtration sous vide, lavages acides, cristallisation fractionnée et/ou électrolyse de raffinement pour atteindre les puretés 4N à 9N 65%

Note: Les pourcentages dans la colonne "Part utilisée" indiquent la proportion du gallium initial qui passe par chaque étape. La diminution progressive reflète les pertes durant le processus de traitement et les dérivations pour certaines applications intermédiaires.

Secteurs d'utilisation

Secteur Type d'usage Part estimée
Numérique Fabrication de semi-conducteurs (GaAs, GaN) pour circuits intégrés, téléphonie mobile (5G/6G), LEDs, écrans, électronique de puissance et applications optoélectroniques 80%
Énergétique Production de cellules photovoltaïques à haut rendement pour applications spatiales et terrestres concentrées 5%
Médical Imagerie médicale et traitements anticancéreux utilisant des isotopes du gallium (Ga-67, Ga-68) 5%
Métallurgie Fabrication d'alliages à bas point de fusion pour moulage de précision et substituts d'amalgames dentaires 5%
Autres Thermomètres haute température, fabrication de miroirs spéciaux, recherche scientifique 5%

Note: La part numérique très importante s'explique par la dominance des applications semi-conductrices du gallium, particulièrement dans les technologies de communication, d'affichage et d'électronique de puissance.

Extraction_Gallium:
  CoreeDuSud_Extraction_Gallium:
    nom_du_pays: Corée du Sud
    part_de_marche: 1%
    acteurs:
      Samsung_CoreeDuSud_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Samsung
        part_de_marche: 3%
        pays_d_origine: Corée du Sud
  Japon_Extraction_Gallium:
    nom_du_pays: Japon
    part_de_marche: 1%
    acteurs:
      SumitomoChemical_Japon_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Sumitomo Chemical
        part_de_marche: 3%
        pays_d_origine: Japon
  Chine_Extraction_Gallium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 97%
    acteurs:
      ZhuhaiSEZ_Chine_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Zhuhai SEZ Fangyan
        part_de_marche: 30%
        pays_d_origine: Chine
      ZhuzhouSmelter_Chine_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Zhuzhou Smelter
        part_de_marche: 25%
        pays_d_origine: Chine
      ChinaMinmetals_Chine_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: China Minmetals
        part_de_marche: 35%
        pays_d_origine: Chine
  Russie_Extraction_Gallium:
    nom_du_pays: Russie
    part_de_marche: 1%
    acteurs:
      Nonspecifiee_Russie_Extraction_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Non spécifiée
        part_de_marche: 4%
        pays_d_origine: Russie

Principaux producteurs - Extraction

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

Unités : t/an

Total : 320

Reserves_Gallium:
  {}

Principaux pays - Réserves

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

Unités : t

Total : 1000000

Sources: USGS 2024, L'Élémentarium 2019. Les réserves mondiales sont estimées dans la bauxite à plus d'un million de tonnes, mais seulement 1% est actuellement récupéré.

Traitement_Gallium:
  Allemagne_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: Allemagne
    part_de_marche: 9%
    acteurs:
      PPMPure_Allemagne_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: PPM Pure Metals
        part_de_marche: 9%
        pays_d_origine: Allemagne
  EtatsUnis_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: États-Unis
    part_de_marche: 5%
    acteurs:
      CinqNPlus_EtatsUnis_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: 5N Plus
        part_de_marche: 5%
        pays_d_origine: Canada
  Japon_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: Japon
    part_de_marche: 16%
    acteurs:
      Dowa_Japon_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Dowa
        part_de_marche: 5%
        pays_d_origine: Japon
      SumitomoChemical_Japon_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Sumitomo Chemical
        part_de_marche: 11%
        pays_d_origine: Japon
  Chine_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: Chine
    part_de_marche: 62%
    acteurs:
      ChinaMinmetals_Chine_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: China Minmetals
        part_de_marche: 32%
        pays_d_origine: Chine
      EastHope_Chine_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: East Hope
        part_de_marche: 9%
        pays_d_origine: Chine
      ZhuzhouSmelter_Chine_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Zhuzhou Smelter
        part_de_marche: 21%
        pays_d_origine: Chine
  CoreeDuSud_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: Corée du Sud
    part_de_marche: 4%
    acteurs:
      Samsung_CoreeDuSud_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: Samsung
        part_de_marche: 4%
        pays_d_origine: Corée du Sud
  RoyaumeUni_Traitement_Gallium:
    nom_du_pays: Royaume-Uni
    part_de_marche: 4%
    acteurs:
      IQE_RoyaumeUni_Traitement_Gallium:
        nom_de_l_acteur: IQE
        part_de_marche: 4%
        pays_d_origine: Royaume-Uni

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 : 380

Note: La capacité de traitement fait référence à la quantité de gallium pouvant être produite annuellement. Ces données sont des estimations basées sur les informations disponibles sur le marché.

Explication de l'écart entre disponibilité potentielle et capacité de traitement

Facteur Description Impact estimé (t)
Concentration dans les sources Le gallium est présent à très faible concentration dans les bauxites (20-80 ppm) et dans les liqueurs Bayer (100-300 mg/L) Seule une fraction est économiquement récupérable
Efficacité d'extraction Les procédés d'extraction par résines ou solvants ont une efficacité de 70-90% selon les technologies employées ~50-100 t perdues dans les résidus
Considérations économiques L'extraction n'est rentable que lorsque les prix du gallium et la demande sont suffisamment élevés Production modulée selon la conjoncture du marché
Capacité vs utilisation réelle Les installations fonctionnent généralement à 70-85% de leur capacité maximale en raison de contraintes techniques et commerciales Utilisation effective ~300 t/an

Note: La disponibilité théorique du gallium dans les bauxites mondiales est très supérieure à la production actuelle, mais les contraintes techniques et économiques limitent significativement son extraction à grande échelle.

Chaîne de valeur et applications

Produit intermédiaire Pureté typique Applications numériques Part numérique Autres applications Part autres usages Valeur ajoutée relative
Gallium brut 99-99,9% - 0% Matière première pour raffinage 100% 1×
Gallium 4N 99,99% Substrats semi-conducteurs basse performance 20% Alliages à bas point de fusion, fabrication de miroirs 80% 3×
Gallium 6N 99,9999% Électronique de puissance, télécommunications 70% Détecteurs, recherche 30% 10×
Gallium 7N 99,99999% Microprocesseurs, circuits intégrés 95% Applications militaires, spatial 5% 25×
Arséniure de gallium (GaAs) >99,999% Circuits intégrés haute fréquence, téléphonie mobile, LEDs 95% Cellules photovoltaïques concentrées 5% 60×
Nitrure de gallium (GaN) >99,999% Écrans LED/OLED, semiconducteurs haute puissance 90% Lasers ultraviolets, capteurs 10% 80×
Gallium médical (Ga-67, Ga-68) >99,9999% Imagerie médicale numérique, tomographie 90% Traitement du cancer des os 10% 120×

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 gallium brut initial.

Projections 2025-2035

Extraction

Année Dem. numérique (t) Part Dem. autres (t) Part Production (t) Recyclage (t) Déficit/Surplus
2025 350 82% 75 18% 350 100 +25
2030 500 85% 90 15% 400 200 +10
2035 680 86% 110 14% 450 350 +10

Projections basées sur une croissance annuelle estimée de 8-9% pour la demande numérique (tirée par les technologies 5G/6G, l'IA et l'électronique de puissance) et de 3-4% pour les autres usages. La production est contrainte par celle de l'aluminium, mais le recyclage devrait augmenter significativement.

Traitement

Année Capacité de traitement (t) Demande numérique (t) Demande autres usages (t) Taux d'utilisation des capacités (%) Déficit/Surplus (t)
2025 450 350 75 94% +25
2030 600 500 90 98% +10
2035 800 680 110 99% +10

Note: Les projections sont basées sur une croissance annuelle estimée à 8-9% pour la demande numérique (tirée par les technologies 5G/6G, l'IA et l'électronique de puissance) et de 3-4% pour les autres usages. La capacité de traitement devrait croître, mais avec un décalage temporel par rapport à la demande, créant des tensions potentielles sur le marché.

Matrice des risques

Extraction

Impact/Probabilité Faible Moyen Fort
Fort R1, R2
Moyen R5 R3 R4
Faible

Détail des risques :

  • R1 : Concentration extrême de la production en Chine (>95%) créant une vulnérabilité géopolitique majeure, comme l'illustrent les restrictions d'exportation imposées en 2023
  • R2 : Dépendance à la production d'aluminium comme sous-produit, empêchant d'ajuster la production en fonction de la demande
  • R3 : Impact environnemental des procédés d'extraction et de purification, notamment les effluents acides et les produits chimiques utilisés
  • R4 : Volatilité des prix liée à la faible taille du marché et aux décisions des producteurs dominants
  • R5 : Développement potentiel de technologies alternatives pour certaines applications électroniques

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 (Géopolitique-traitement) R6 (Géopolitique-origine)
Moyen R4 (Technologique) R2 (Environnemental) R3 (Économique)
Faible R5 (Substitution)

Détail des risques :

  • R1 : Concentration de la capacité de traitement en Chine (>60%) créant une vulnérabilité stratégique pour les chaînes de valeur occidentales - Impact fort (4/5), Probabilité moyenne (3/5)
  • R2 : Impact environnemental des procédés de traitement, notamment concernant la gestion des effluents acides et des déchets de purification - Impact moyen (3/5), Probabilité moyenne (3/5)
  • R3 : Volatilité extrême des prix due à la faible dimension du marché et à sa concentration - Impact moyen (3/5), Probabilité forte (4/5)
  • R4 : Développement de procédés d'extraction plus efficients rendant obsolètes les installations existantes - Impact moyen (3/5), Probabilité faible (2/5)
  • R5 : Émergence de matériaux alternatifs pour certaines applications électroniques - Impact faible (2/5), Probabilité faible (2/5)
  • R6 : Dépendance critique à la filière aluminium pour l'approvisionnement en gallium, avec risque de perturbation en cas de réorientation stratégique de cette industrie - Impact fort (5/5), Probabilité forte (4/5)

(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 - Gallium - https://www.utinam.cnrs.fr/gallium/
  2. Institut Seltene Erden - Prix ​​du gallium, occurrence, extraction, utilisation - https://fr.institut-seltene-erden.de/seltene-erden-und-metalle/strategische-metalle-2/gallium/
  3. Geology for Investors - Gallium: The Unicorn of Critical Mineral Deposits - https://www.geologyforinvestors.com/gallium-the-unicorn-of-critical-mineral-deposits/
  4. Wikipédia - Gallium - https://fr.wikipedia.org/wiki/Gallium
  5. MineralInfo - Gallium (Ga) - https://www.mineralinfo.fr/fr/substance/gallium-ga
  6. Techniques de l'Ingénieur - Métallurgie du gallium - https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/elaboration-et-recyclage-des-metaux-non-ferreux-42370210/metallurgie-du-gallium-m2369/
  7. L'Élémentarium - Gallium 2019 - https://lelementarium.fr/wp-content/uploads/2018/08/Gallium-2019.pdf
  8. ICSOBA - Bauxite Residue as a Source of Gallium – An Extraction Study - https://icsoba.org/assets/files/publications/2017/BR07S - Bauxite Residue as a Source of Gallium – An Extraction Study.pdf
  9. Patent EP0265356A1 - Extraction du gallium des liqueurs bayer à l'aide d'une résine adsorbante imprégnée - https://patents.google.com/patent/EP0265356A1/fr
  10. L'Élémentarium - Gallium 2019 - https://lelementarium.fr/wp-content/uploads/2018/08/Gallium-2019.pdf
  11. Patent EP0297998A1 - Procédé d'extraction et de purification du gallium des liqueurs Bayer - https://patents.google.com/patent/EP0297998A1/fr
  12. BRGM - Gallium - https://www.mineralinfo.fr/sites/default/files/2023-03/brgm_plaquette_gallium_2011.pdf
  13. Techniques de l'Ingénieur - Métallurgie du gallium - https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/elaboration-et-recyclage-des-metaux-non-ferreux-42370210/metallurgie-du-gallium-m2369/proprietes-physiques-et-chimiques-du-gallium-m2369niv10001.html
  14. Selective Extraction of Gallium from Bayer Liquor with Ion-Exchange Resin - https://icsoba.org/assets/files/publications/2022/Shorts/AA30S - Selective Extraction of Gallium from Bayer Liquor with Ion-Exchange Resin.pdf
  15. VIDAL - Gallium-67 : substance active à effet thérapeutique - https://www.vidal.fr/medicaments/substances/gallium-67-26091.html
  16. Guide de procédure pour la scintigraphie au gallium 67 - https://www.cnp-mn.fr/wp-content/uploads/2022/06/Gallium-affections-malignes-V1.0.pdf