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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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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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- Version courante de juin 2009 par Christian POLAK
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1. Propriétés physiques
Elles sont rassemblées dans le tableau 1.
1801 : le niobium est isolé par le chimiste anglais C. Hatchett, à partir d’un minéral sombre recueilli dans le Connecticut aux États-Unis, et rapporté en 1753 au British Museum. Il baptise le métal de l’oxyde isolé, le columbium et le minéral la columbite en mémoire de Christophe Colomb, découvreur de son continent d’origine.
1802 : le tantale, quant à lui, est découvert par le chimiste suédois A.G. Ekeberg dans deux échantillons de minerai. L’un provenait de Kimito (Finlande), l’autre d’un site célèbre : la carrière d’Ytterby [1], village proche Stockholm, qui allait être à l’origine de la découverte de la majorité des terres rares.
Ce chimiste isole un oxyde avec lequel il éprouve de grosses difficultés pour une mise en solution. Ses tourments face à cette résistance aux acides valurent au produit le nom du supplicié de l’Antiquité, le roi lydien Tantale, qui ne pouvait toucher un objet sans que celui‐ci ne s’éloigne de lui.
La proximité chimique du tantale et du columbium a entretenu longtemps une confusion, le chimiste W.H. Wollaston soutenant qu’il s’agissait du même élément.
1824 : J. Berzelius est le premier à isoler le tantale en poudre, par réduction du fluorotantalate de potassium (K2TaF7) par le potassium métal.
1844 : c’est finalement à H. Rose [2], qui étudiait les tantalites et les columbites, que revient le succès d’isoler le niobium aux côtés du tantale et de distinguer ainsi les deux éléments. Il donna au columbium le nom de niobium (Niobé était la fille de Tantale).
En dépit de la décision en 1948 de l’Union internationale de chimie pure et appliquée, qui préconisa l’usage de l’appellation niobium (Nb), le mot columbium (Cb) est encore parfois...
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