| Réf : M2365 v1

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Métallurgie et recyclage du niobium et du tantale

Auteur(s) : Christian POLAK

Date de publication : 10 juin 1997

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  • Christian POLAK : Ingénieur de l’École nationale supérieure de géologie de Nancy - Aprobase International - Membre associé au Tantalum-niobium international study center (TIC)

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INTRODUCTION

Le niobium (encore appelé columbium aux États-Unis) et le tantale sont respectivement les éléments numéros 41 et 73 que l’on trouve dans la nature sous forme combinée.

Ils forment avec le vanadium (no 23) les éléments de transition de la colonne 5, d’après la classification périodique du tableau de Mendeleïev. Leurs configurations électroniques externes sont :

  • Nb : (Kr) 4d 4 5s1

  • Ta : (Xe) 4f 14 5d 3 6s 2

Classés comme métaux réfractaires de par leurs hautes températures de fusion, ils ont été pressentis très tôt pour des applications à haute température ; ainsi, par exemple le tantale, sur lequel le choix s’est porté au début du siècle, pour les filaments de lampes.

Le tantale provient de deux sources de matière première : d’une part, il accompagne le minerai d’étain dans la cassitérite et se retrouve concentré dans des scories pendant la transformation de l’étain et, d’autre part, il forme des minerais appelés columbo-tantalites.

Cantonné longtemps à la chimie, le tantale n’a trouvé une niche spécifique que dans les années 60-70 avec les condensateurs pour l’électronique de pointe : téléphones mobiles, caméscopes, micro-ordinateurs.

Dans les années 90, la consommation mondiale annuelle de tantale oscille entre 800 et 1 000 t, pour une production de minerais et de scories de 600 à 800 t (exprimée en métal contenu). La différence provient du recyclage.

Le niobium, bien que toujours lié au tantale dans les scories d’étain et les columbo-tantalites, est très largement issu d’un minerai spécifique, le pyrochlore.

Pénalisé par des ressources jusqu’alors éparses, ce n’est qu’à partir des années 60, lors de la découverte de vastes gisements de pyrochlore au Brésil, que le niobium a réellement pris son essor. La précipitation du carbure de niobium au sein des aciers a ouvert la voie aux aciers à haute limite d’élasticité HLE (HSLA = High Strength Low Alloy). Plus spectaculaire encore, la performance supraconductrice des alliages base niobium a rendu possibles des applications tant scientifiques, comme les accélérateurs de particules, que pratiques telle l’imagerie médicale.

La production mondiale de niobium est en 1994 voisine de 16 000 t/an (exprimée en métal contenu).

Ce ne sont donc pas leurs propriétés réfractaires (température de fusion du niobium : 2 468 oC ; du tantale : 2 996 oC), leurs densités élevées (8,57 pour le niobium et 16,65 pour le tantale), leur grande résistance aux agents chimiques ou la dureté de leurs carbures qui leur ont valu leurs principaux débouchés.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m2365


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8. Applications commerciales

Le tantale et le niobium sont considérés comme des matériaux biocompatibles, non toxiques, aussi sont-ils utilisés dans le domaine médical.

8.1 Utilisations de niobium

L’élaboration des aciers représente la principale application du niobium :

  • aciers microalliés 72 %

  • aciers inoxydables 13 %

  • superalliages 13 %

  • divers  2 %

85 % du niobium produit est intégré dans les aciers soit environ 14 000 t.

HAUT DE PAGE

8.1.1 Ferroniobium

Le ferroniobium est introduit dans trois types d’aciers : les aciers microalliés (< 0,05 % de niobium), les aciers inoxydables (< 1 % de niobium) et les superalliages (> 1 % de niobium).

La consommation mondiale de ferroniobium a considérablement augmenté, passant de 7 000 t en 1970 à 21 000 t en 1994.

C’est un ferroalliage de plus en plus utilisé : la concentration moyenne des aciers au niobium est passée de 5 g/ t en 1965 à 40 g/ t en 1995.

Le ferroniobium offre, depuis le début des années 60, une garantie et une régularité d’approvisionnement assurées par la société brésilienne CBMM qui n’a jamais fait défaut. Les prix proposés ont toujours été réguliers et jamais chaotiques.

Ces deux éléments économiques donnent un avantage sur son concurrent, le ferrovanadium, à l’approvisionnement délicat (source sud-africaine) et au cours très fluctuant.

HAUT DE PAGE

8.1.1.1 Aciers microalliés

Le niobium du ferroniobium (qualité standard contenant 65 à 70 % de niobium), introduit dans les aciers microalliés, agit comme affineur de grain avec une action sur le carbone libre, le carbone précipitant sous forme de carbure de niobium [37]A review of the beneficiation of tantalum ores (Les procédés...

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