| Réf : M2365 v1

Élaboration du niobium et du tantale
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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4. Élaboration du niobium et du tantale

4.1 Niobium et alliages de niobium

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4.1.1 Niobium métal

Le pentoxyde de niobium est la matière première pour la production de niobium métal.

Il est issu du procédé de séparation tantale/niobium, mis en œuvre par les Américains de la société Cabot et les Allemands de la société H.C. Starck, par chloration ou nitruration du ferroniobium chez les Américains de Teledyne Wah Chang ou par attaque chimique du pyrochlore depuis 1989 par les Brésiliens de CBMM.

La préparation du niobium métal est réalisée par réduction alumino-thermique du pentoxyde de niobium.

La réduction du pentachlorure de niobium ou son électrolyse ne sont pratiquement pas employées.

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4.1.1.1 Réduction

Industriellement, l’oxyde de niobium (Nb2O5 ) est réduit par l’aluminium. Un initiateur de combustion déclenche la réaction. Le creuset utilisé pour la réaction est en graphite. Le niobium produit par CBMM contient encore jusqu’à 3,5 % d’aluminium, 4 000 à 6 000 ppm d’oxygène, 200 ppm d’azote et 40 ppm d’hydrogène [22]Tantalum in tin slags : a review (Le tantale dans les scories d’étain, un bilan)..

Une autre voie de réduction est celle utilisant le pentachlorure de niobium (NbCl5). Le chlorure de niobium, obtenu par chloration de l’oxyde ou du ferroniobium, est purifié par distillation, et réduit par le magnésium selon le procédé Kroll.

Ce procédé a été mis au point par l’ingénieur luxembourgeois Kroll pour l’élaboration de titane, par magnésothermie du tétrachlorure de titane.

Adapté au niobium, il est utilisé par la société Toho Titanium pour...

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