Présentation
Auteur(s)
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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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 :
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Nb : (Kr) 4d 4 5s1
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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.
VERSIONS
- Version courante de juin 2009 par Christian POLAK
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7. Énergie
Une évaluation du contenu énergétique pour la production de Ta/Nb intègre toutes les étapes de leur élaboration [36]Mining and processing of pyrochlore bearing ore at Niobec mine (Extraction minière et traitement du pyrochlore à la mine Niobec). :
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extraction minière ;
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concentration (broyage, tri magnétique et gravimétrique, flottation) ;
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chimie (attaque chimique et séparation) ;
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réduction (aluminothermique ou sodiothermique) ;
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affinage (four à bombardement électronique).
Les calculs de contenus énergétiques sont établis pour le ferroniobium, à partir de pyrochlore, pour le niobium et le tantale métal, à partir de minerai, hors pyrochlore (tableau 5).
La différence dans le secteur minier en faveur du niobium s’explique par sa forte concentration dans les gisements de pyrochlore.
L’importance du poste concentration dans le cas du ferroniobium est liée au recours à la flottation.
Les calculs impliquant des scories d’étain pauvres en Ta et Nb permettent d’éliminer quasiment les coûts miniers, mais le traitement métallurgique (four à arc) doit être pris en considération, sa consommation peut être estimée à 25 GJ/t de métal. Au total, la différence en consommation d’énergie par rapport au minerai est de moins de 10 % en faveur des scories.
L’utilisation de scories riches en Ta et Nb porte le gain énergétique jusqu’à 10 à 20 %.
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