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Sommaire----------------------- Accès aux dossiers LANTHANIDES
 
Sur cette page :
- Terres Rares, Toxicologie par E. Bastarache
- Procédés industriels et utilisations
 
- Effets biologiques
 
- Méthodes diagnostiques
 
- Traitement
 
- Limites de l'exposition
 
- Contrôle de l'exposition
 
English Version
 
 
Terres Rares, Toxicologie

Par Edouard Bastarache
 

 

Existence et Propriétés Chimiques :
 
Le terme terres rares réfère habituellement à la série du lanthanum (nombre atomique 57 à 71) avec l'yttrium (39), aussi appelées lanthanides (39, 57 à 71).
Elles se rencontrent ensemble en différentes combinaisons dans plusieurs minerais :
-monazite,
-xénotime,
-gadolinite,
-samarskite,
-fergusonite,
-apatite,
-euxénite,
-bastnaesite,
 
principalement dans les pays suivants :
-Norvège,
-Suède,
-États-Unis,
-Australie,
-Inde,
-Canada,
-Brézil.
 
Elles ont des structures moléculaires similaires, ce qui rend leur séparation difficile.
Ce sont tous des métaux relativement mous, malléables, avec un brillant argenté luisant, quoique certains s'oxydent facilement à l'air.
La plus fréquemment rencontrée est le cérium qui est plus abondant que le plomb et le cuivre.
 
Procédés Industriels et Utilisations :
 
Les terres rares sont le sujet de beaucoup de recherche et de nouvelles utilisations seront trouvées.
 
Le cérium est utilisé dans :
-le verre optique,
-les électrodes,
-l'imprimerie,
-la teinture,
-la céramique,
-les feux d'artifice,
-les alliages métalliques,
-la protection contre les moisissures (industrie du textile),
-les balles traçantes,
-les tiges d'arc au charbon,
-etc.
 
Le praséodymium est utilisé:
-pour colorer le verre,
-pour faire des noyaux d'arc pour lumières dans les machines de projection de cinéma, projecteurs, et autres situations d'éclairage intense.
-pour fabriquer des alliages comme la plupart des terres rares.
 
Le néodymium est une source de prométhium.
Il est utilisé :
-pour fabriquer du verre de couleur pourpre,
-pour doper les " glass lasers ".
-pour fabriquer des tiges d'arc au charbon.
 
Le prométhium est utilisé pour les cadrans lumineux.
 
Le samarium est utilisé :
-dans la fabrication de verre absorbant les rayons infra-rouges,
-comme dopant pour lasers,
-comme absorbeur de neutrons dans les réacteurs nucléaires,
-comme constituant des phosphores de télévision.
 
 
Le terbium est employé comme dopant pour semi-conducteurs et lasers.
 
 
L'erbium est utilisé :
-en métallurgie,
-en recherche nucléaire,
-pour colorer le verre et la porcelaine.
 
Le thullium a 16 isotopes importants. L'isotope 170 est utilisé dans de petites unités portables de radiation.
 
L'ytterbium est utilisé dans :
-les lasers,
-les alliages,
-comme source de rayons-x dans des appareils portables pour irradiation.
L'ytterbium 169 émet des rayons gamma et est utilisé pour radiographier de petites pièces coulées et autres petits matériels.
 
L'yttrium est utilisé :
-dans le verre optique,
-en céramique,
-dans les tubes de téléviseurs couleurs,
-dans les alliages pour augmenter leur solidité.
 
L'europium peut être utilisé pour détecter le chrome dans l'eau contaminée.
 
Utilisations en Médecine :
 
Plusieurs terres rares furent et/ou sont utilisées comme outils diagnostiques et thérapeutiques en médecine.
 
Analyse des Terres Rares :
 
À l'exception du cérium, la spectrophotométrie par absorbtion atomique est la méthode de choix pour la mesure quantitative des terres rares.
 
Effets Biologiques :
 
I-Absorbtion :
 
Les métaux tirés des terres rares ne sont pas absorbés par la peau, sont mal absorbés par l'appareil gastro-intestinal, et sont lentement absorbés par les poumons, ou par injection. Suite à l'absorption, le scandium et les métaux tirés des terres rares tendent à se concentrer dans le foie et le squelette. Le transport vers l'os est plus important avec les terres rares ayant un nombre atomique plus élevé. Après le dépôt dans le squelette, il peut se passer des années avant que l'élimination ne soit complétée. Le jeûne diminue l'excrétion.
 
II-Données Cliniques :
 
A-Générales :
 
Des maux de tête et des nausées ont été rapportés suite à l'exposition à des poussières et fumées provenant de l'utilisation des carbones légers creusés contenant du lanthanum.
 
B-Poumons :
 
1-Exposition Aigue :
 
Si inhalés en assez grande quantité, les composés des terres rares peuvent produire de la pneumonite chimique aiguë d'irritation, et de la bronchite.
 
2-Exposition Chronique :
 
On a rapporté plus de 20 cas de pneumoconiose professionnelle, principalement chez les photo-graveurs et les projectionistes, suite à l'inhalation chronique de fumées d'oxydes de terres rares provenant de lampes à arc au carbone. Le cérium, le lanthane, et le néodyme sont les principaux oxydes de ces fumées; mais le samarium, le terbium, l'ytterbium, et le luténium ont été également retrouvés dans les nodules fibrotiques de cette pneumoconiose. Dans certains de ces cas, des niveaux anormaux de ces terres rares ont été trouvés dans les ongles suggérant une absorption par les poumons.
 
C-Peau :
 
On a observé que le chlorure de terbium est un irritant de la peau intacte. Les chlorures de gadolinium et de samarium ont produit des ulcères sur la peau déjà lésée.
Les chlorures de lutétium et d'europium ont causé des cictrices étendues sur la peau endommagée, et, avec le dysprosium, l'holmium, et l'erbium, des nodules suite à des injections intradermiques.
 
D-Yeux :
 
Le chlorure de chacune des terres rares a causé de l'irritation oculaire sous forme de conjonctivite passagère. En outre, le chlorure de terbium a produit des dommages cornéens. Les lanthanides peuvent produire de l'opacité de la cornée endommagée.
 
Méthodes Diagnostiques :
 
Il n'y a aucun signe ou symptôme pathognomonique de la toxicité des lanthanides. Un historique d'exposition peut être nécessaire au diagnostique.
 
A-Radiographie Pulmonaire :
 
1-Exposition aigue :
 
Une radiographie pulmonaire après inhalation aiguë massive peut montrer des signes d'oedème ou de pneumonite
 
2-Exposition Chronique :
 
L'inhalation chronique peut produire une image nodulaire diffuse sur la radiographie du poumon due à la présence de nodules fibrotiques contenant des terres rares. Les épreuves de la fonction pulmonaire peuvent montrer un syndrome restrictif. L'analyse par fluorescence aux rayons-x avec dispersion de l'énergie du liquide de lavage broncho-alvéolaire peut établir ou confirmer l'exposition professionnelle des travailleurs aux terres rares.
 
B-Excrétion Urinaire :
 
L'excrétion de métaux provenant des terres rares dans l'urine est une petite partie de tout ce qui est excrété par l'organisme, mais elle peut être mesurée précisement. Aucune norme urinaire n'a été établie, parce qu'on ne sait pas encore s'il y a une corrélation entre le niveau urinaire et l'exposition, ou l'excrétion fécale.
 
C-Excrétion Fécale :
 
Des évaluations de l'ingestion ont été habituellement basées sur des mesures de terres rares dans les selles. L'excrétion fécale des lanthanides est mesurable. Le niveau de l'excrétion change considérablement selon la voie d'exposition et la solubilité du lanthanide. Aucun indice de toxicité basé sur l'excrétion fécale n'a été établi, mais la mesure des niveaux fécaux est un moyen plutôt incommode pour surveiller l'exposition.
 
Traitement :
 
Certains lanthanides retardent la guérison, causent de l'irritation et des ulcères de la peau endommagée, et forment des nodules intradermiques. Un soin supplémentaire devrait être appliqué pour le nettoyage des blessures souillées par un lanthanide.
Si l'on suspecte une toxicité aux lanthanides, le patient devrait être retiré de l'exposition. Il n'y a aucune thérapie spécifique, et le traitement de toute trouvaille clinique qui est censée être liée à une exposition aux lanthanides, telle que la pneumonite chimique aigue, une hématurie ou leucopénie, devrait traitée de façon habituelle.
 
Limite de l'Exposition :
 
La VEMP (Valeur d'Exposition Moyenne Pondérée) est de 1mg/m3 au Québec pour l'yttrium.
 
Contrôle de l'Exposition :
 
L'ingestion fortuite est considérée inoffensive.
Le contact cutané devrait être évité, particulièrement avec les terres rares du groupe du terbium et de l'ytterbium.
Les employés avec des coupures de la peau, des abrasions, de la dermatite, de la conjonctivite, des blessures cornéennes ou un kératocône ont besoin d'une protection qui empêchera la contamination des lésions de la peau ou de l'œil, quelque soit la terre rare mise en cause.
Les employés avec pathologie pulmonaire, diminution de la fonction pulmonaire, ou avec présence de fins nodules pulmonaires (pneumoconiose) à la radiographie pulmonaire ont besoin d'une attention particulière afin d'éviter l'exposition aux poussières et fumées de terres rares.
Une attention particulière devrait aussi être donnée pour éviter l'exposition aux terres rares chez les employés ayant un temps de coagulation sanguine augmenté, ou leucopénie.
Les terres rares chauffées dégagent des fumées toxiques qui devront être contrôlées.
 
 
 
 
 

 
Edouard Bastarache M.D.
(Médecin du Travail et de l'Environnement)
 
Auteur de « Substitutions de matériaux céramiques complexes »
Tracy, Québec, CANADA
edouardb@colba.net
 
Références :
 
1-Occupational Medicine, Zenz C., dernière édition.
2-Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., dernière édition.
3-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys RR..,dernière édition.
4-INRS, Exposition aux poussières de terres rares, Peltier A., 1986
 
 
 
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On this page :
- Rare earths, toxicology
- Industrial processes and uses
 
- Rare earths analysis
 
- Biologic effects
 
- Diagnostic methods
 
- Treatment
 
- Exposure limit
 
- Exposure control
 
French Version
 
Rare Earths, Toxicology

By Edouard Bastarache
 
 
Occurrence and Chemical Properties :
 
The term rare earths usually refers to the lanthanum series (atomic numbers 57 to 71) with yttrium (39), also called the lanthanons (39, 57 to 71).
They are found together in various combinations in many ores :
-monazite,
-xenotime,
-gadolinite,
-samarskite,
-fergusonite,
-apatite,
-euxenite,
-bastnaesite,
 
mainly in the following countries :
-Norway,
-Sweden,
-USA,
-Australia,
-India,
-Canada,
-Brazil.
 
They have similar molecular structures, this makes separation of them difficult.
All are relatively soft metals, malleable, with a bright silver luster, altough some oxidize readily in air.
The most common is cerium and it is more abundant than lead or copper.
 
Industrial Processes and Uses :
 
The rare earths are the subject of much research and new uses will be found.
 
Cerium is used in :
-optical glass,
-electrodes,
-printing,
-dyeing,
-ceramics,
-fireworks,
-metallurgical alloys,
-mildew-proofing (textile industry),
-tracer bullets,
-carbon arc rods,
-etc.
 
Praseodymium is used :
-to color glass,
-to make arc cores for lights in theater projection machines, searchlights, and other intense lighting situations.
-to make alloys like most rare earths.
 
Neodymium is a source of promethium.
It is used :
-to make purple glass,
-in doping glass lasers,
-in carbon arc rods.
 
Promethium is used in luminescent dials.
 
Samarium is used :
-in making infra-red absorbing glass,
-as a dopant for lasers,
-as a neutron absorber in nuclear reactors,
-as a constituent of television phosphors.
 
Terbium is used as a solid-state and laser dopant.
 
Erbium is used :
-in metallurgy,
-nuclear research,
-to color glass and porcelain.
 
Thullium has 16 important isotopes. Isotope 170 is used in small portable radiation units.
 
Ytterbium is another rare earth that is used in :
-lasers,
-alloys,
-and as an x-ray source for portable irradiation devices.
Ytterbium 169 emits gamma rays and is used in radiography of small castings and other small materials.
 
Yttrium is used :
-in optical glasses,
-in ceramics,
-in color TV tubes,
-in alloys to increase their strenght
 
Europium can be used to detect chrome in contaminated water
Uses in Medicine :
 
Many rare earths were and/or are used as diagnostic and therapeutic tools.
 
Rare Earth Analysis :
 
With the exception of cerium, atomic absorption spectrophotometry is the method of choice for rare earth quantitative determination.
 
Biologic effects :
 
I-Absorption :
The rare earth metals are not absorbed from the skin, are poorly absorbed from the gastrointestinal tract, and are slowly absorbed from the lungs or on injection.
On absorption, scandium and the rare earth metals tend to collect in the liver and the skeleton. There is a transition to more bone with the rare earths of higher atomic number. After deposition in the skeleton it may take years before removal is completed.
Starvation lessened the excretion.
 
II-Clinical Findings :
 
A-General :
Headache and nausea from dust and fumes from using cored light carbons containing lanthanum has been reported.
 
B-Lungs :
 
1-Acute exposure :
If in great enough quantity, the rare earth compounds can produce, on inhalation, acute chemical irritation pneumonitis, and bronchitis.
 
2-Chronic exposure :
More than 20 cases of occupational pneumoconiosis have been reported, mainly in photoengravers and projectionists, from chronic inhalation of rare earth oxide fumes from carbon arc lamps.
Cerium, lanthanum, and neodymium are the major oxides in the fumes; but samarium, terbium, ytterbium,and lutenium have also been removed from fibrotic pneumoconiosis nodules. In some of these cases abnormal levels of rare earths were demonstrated in the nails suggesting absorption from the lungs.
 
C-Skin :
Terbium chloride has been noted to be an irritant to the intact skin.
Gadolinium and samarium chlorides produced ulcers on abraded skin.
Lutetium and europium chlorides caused extensive scarring on abraded skin, and, along with dysprosium, holmium, and erbium, produced nodules from intradermal injections.
 
D-Eyes :
The chloride of each of the rare earths caused ocular irritation in the form of transient conjunctivitis. In addition, terbium chloride produced corneal damage.
The lanthanons can produce opacity to the abraded cornea.
 
Diagnostic Methods :
 
There are no signs or symptoms pathognomonic of toxicity from lanthanons.A history of exposure would be necessary in making the diagnosis.
 
A-Chest X-Ray :
 
1-Acute Exposure :
A chest x-ray after massive acute inhalation might show signs of oedema or pneumonitis.
 
2-Chronic Exposure :
Chronic inhalation can produce a diffuse nodular pattern on chest x-ray from the birotic nodules composed of rare earths. The pulmonary function test might show a restrictive pattern.
Energy dispersive x-ray fluorescence of bronchoalveolar lavage fluids can establish or confirm occupational exposure of workers to rare earths.
 
B-Urinary Excretion :
Excretion of the rare earth metals in the urine is a small part of the total excretion by the body but could be measured accurately. No standards of urinary level have been established, because it is not yet known if there is a correlation between the urinary level and either the exposure or the fecal excretion.
 
C-Fecal Excretion :
Ingestion estimates have usually been based on measurements of the rare earths in the feces.
Fecal excretion of lanthanons is measurable. The level of excretion varies greatly with the route of exposure and the solubility of the lanthanon.
No indices of toxicity based on fecal excretion have been established, but fecal levels do afford an inconvenient method of monitoring exposure.
 
Treatment :
 
Some lanthanons delay healing, cause irritation and ulcers on abraded skin, and form nodules intradermally. Extra care should be used in cleaning wounds contaminated with a lanthanon.
If lanthanon toxicity is suspected, the patient should be removed from further exposure.
There is no specific therapy, and treatment of any findings that are believed to be related to the lanthanon exposure, such as acute chemical pneumonitis, hematuria or leukopenia, are treated in the usual manner.
 
Exposure Limit :
 
The VEMP in Quebec for yttrium is 1mg/m3.
 
Exposure Control :
 
Incidental ingestion is considered harmless.
Skin contact should be avoided, especially with rare earths of the terbium and ytterbium groups.
Employees with skin cuts, abrasion, dermatitis, conjunctivitis, corneal injuries, or keratoconus need protection that will prevent contamination of the skin lesion or the eye by any rare earth.
Employees with lung disease, decreased pulmonary function, or x-ray evidence of fine lung opacities (pneumoconiosis) need special consideration to avoid rare earth dusts or fumes.
Consideration should be given to avoiding exposure to rare earths for employees with increased blood coagulation time or leukopenia.
Heated rare earths give off toxic fumes that should be controlled.
 
 
 
 

 
Edouard Bastarache M.D.
(Occupational & Environmental Medicine)
 
Author of " Substitutions for raw ceramic materials "
Tracy, Québec, CANADA
edouardb@colba.net
 
 
References :
 
1-Occupational Medicine, Carl Zenz, last edition.
2-Sax's Dangerous Properties of Industrial Materials, Lewis C., last edition.
3-Toxicologie Industrielle et Intoxications Professionnelles, Lauwerys R.R.,last edition.
4-INRS, Exposition aux poussières de terres rares, Peltier A., 1986
 
 
 
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