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La teneur moyenne de l'écorce terrestre est de 0,7 ppm.

Le niobium est souvent associé au tantale dans ses gisements, les deux éléments possédant des propriétés chimiques proches. Toutefois, il existe des mines de niobium dans lesquelles le tantale n'est pas récupéré et réciproquement des mines de tantale dans lesquelles le niobium n'est pas exploité.

Le tantale, est également parfois associé au lithium, présent dans le spodumène, LiAlSi2O6, dans des pegmatites comme dans les gisements de l'ouest australien ou de Volta Grande au Brésil ou associé à l'étain comme dans la mine de Pitinga au Brésil.

De même, le zirconium, le titane, le césium et le béryllium sont parfois associés au tantale.

 

MATIERES PREMIERES

Minerais : les principaux minerais sont des oxydes avec, parmi les principaux :
- la famille des niobio-tantalites ou colombo-tantalites, appelée coltan en Afrique centrale, de formule : (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6. Appelée niobite ou colombite lorsque le minerai est plus riche en niobium et tantalite lorsque c'est l'inverse. En 2014, 59 % de la production mondiale provient de minerais de tantalite.
- la famille des pyrochlores, avec une composition évoluant entre (Na,Ca)2Nb2O6(O,OH,F) et celle de la microlite (Na,Ca)2Ta2O6(O,OH,F).
- la wodginite, (Ta,Nb,Sn,Mn,Fe)4O8.

Les teneurs des minerais de tantale, exprimées en Ta2O5, sont comprises entre 0,02 et 0,07 %.

Le tantale est également présent dans des minerais d'étain et de titane, en substitution à l'étain dans la cassitérite et au titane dans le rutile et l'ilménite. Dans la cassitérite, le tantale peut substituer jusqu'à 4 % de l'étain. Cette source compte, en 2014, pour environ 15 % de la production.

Les minerais de tantale renferment souvent de l'uranium et du thorium, radioactifs. Lorsque la radioactivité des produits commercialisés atteint 10 Bq/g celle-ci doit être déclarée et des précautions prises. Cette radioactivité correspond à une teneur de 0,13 % de ThO2 et 0,048 % de U3O8.

Minéralurgie :

Les concentrés obtenus, après broyage, à l'aide de diverses méthodes de séparation physique : gravimétriques avec des tables à secousse, des cyclones, magnétiques et électrostatiques, contiennent de 20 à 60 % de Ta2O5.


PRODUCTIONS MINIERES : en 2016, en t de tantale contenu. Monde : 1 100 t.

R. D. du Congo 450 Ethiopie, en 2015 63
Rwanda 300 Chine 60
Nigéria, en 2015 150 Mozambique, en 2015 20
Brésil 115 Burundi, en 2015 12
Source : USGS

En 2011, la production des mines industrielles représentait 51 % de la production totale, celle des mines artisanales légales, 16 %, celle des mines artisanales des régions en conflits, 23 % et celle issue des laitiers de production d'étain, 10 %. Avec le développement des exploitations artisanales, principalement en République Démocratique du Congo, diverses exploitations minières importantes ont été mises en sommeil :
- Les mines australiennes de Wodgina et de Greenbushes exploitées par Global Advanced Metals (GAM) étaient les principaux fournisseurs de minerais de tantale, avec 557 t de Ta en 2008. La mine de Wodgina, exploitée depuis 1905 à ciel ouvert, avec une capacité de production de 640 t/an de Ta2O5, est située dans le nord-ouest de l'Australie de l'Ouest. GAM exploitait aussi, en souterrain et à ciel ouvert, la mine de Greenbushes, également en sommeil, dans le sud-ouest de l'Australie de l'Ouest, d'une capacité de 450 t/an de Ta2O5. Les concentrés des deux mines étaient traités à Greenbushes.
La mine de Wodgina mise en sommeil depuis 2012 a été achetée, en septembre 2016, par le groupe Mineral Resources pour extraire du minerai de lithium, Global Advenced Metals conservant les droits sur le tantale. Le minerai produit renfermant 1,5 % de Li2O est exporté, depuis mi-2017, vers la Chine. La capacité de production prévues est de 4,25 millions de t/an avec des resources de 198 millions de t renfermannt 1,18 % de Li2O et 0,02 % de Ta2O5. Par ailleurs, il est prévu pour mi-2018 une exploitation de spodumène renfermant 6 % de Li2O avec une capacité de prodcution de 500 000 t/an.
- La mine de Marropino au Mozambique, vendue par Noventa à un fond d'investissement, avec une capacité de production de 90 t/an est également en sommeil ainsi que, en Ethiopie, la mine de Kenticha, exploitée par Ethiopan Mineral Development Share Company, qui avait produit 207 t, en 2011, et qui a suspendu ses exportations depuis que l'Agence Internationale de l'Energie Atomique AIEA a diminué la limite de classification des marchandises radioactives dangereuses de 70 à 10 Bq/g.

Au Brésil la production provient des mines de Volta Grande et Pitinga. Le tantale contenu dans les minerais de niobium exploités dans la mine d'Araxá, n'est pas valorisé.
La mine de Volta Grande, à Nazareno, dans l'état de Minas Gerais, est exploitée par la société Mibra, détenue par le groupe néerlandais AMG avec une capacité de production de 137 t/an de Ta2O5, contenu dans les concentrés miniers produits. Les réserves sont de 6,3 millions de t contenant 375 g/t de Ta2O5, 92 g/t de Nb2O5 et 283 g/t d'étain. Les concentrés miniers sont traités dans les installations métallurgiques et chimiques situées à São João del Rei. Le lithium présent dans le minerai à des teneurs de 1,06 % de Li2O doit être valorisé à compter de mi-2018 avec une capacité de production de 90 000 t/an de spodumène pouvant être portée à 180 000 t/an.
La mine de Pitinga, en Amazonie, est exploitée par Mineracão Taboca, filiale du groupe péruvien Minsur. La production de niobiotantalite est coproduite avec celle de cassitérite avec une capacité de production de 140 t/an de Ta2O5 à partir d'un minerai renfermant 0,21 % d'étain et 0,23 % de nobium et tantale. Les concentrés miniers sont traités près de São Paulo pour donner d'une part de l'étain et d'autre part un ferroalliage FeNbTa renfermant 45 % de Nb, 25 % de Fe et 4,2 % de Ta.
En 2016, la production a été de 5 873 t d'étain et de 4 664 t de concentré renfermant 47,11 % de (Nb,Ta)2O5. Les réserves prouvées et probables sont de 210 millions de t renfermant 0,16 % de Sn, 0,21 % de Nb2O5 et 0,028 % de Ta2O5.

Initiatives visant à contrôler la production et l'origine des matières premières :

L'exploitation artisanale par des groupes armés, en République Démocratique du Congo, de gisements de cassitérite et de niobiotantalite (coltan), a conduit, les Nations Unies, l'OCDE et le gouvernement des Etats-Unis à diverses initiatives destinées à tarir cette source de financement. Les Nations Unies incitent à la publication de statistiques de production et d'exportation, l'OCDE a publié un "Guide de diligence pour des chaînes d'approvisionnement responsables en minerais provenant de zones de conflit ou à haut risque", aux Etats-Unis, le "Dodd-Frank Wall Street reform and consumer protection act" vise à contrôler l'origine des matières premières.

Réserves : en 2016, en t de Ta contenu. Monde : supérieures à 100 000 t.

Australie 69 000 t Mozambique, en 2010 3 200 t
Brésil 36 000 t Afrique Centrale, en 2010 3 120 t
Chine et Asie du Sud-Est, en 2010 7 800 t Amérique du Nord, en 2010 1 500 t
Source : British Geological Survey

 

PREPARATION INDUSTRIELLE : à partir de niobiotantalite

La première étape consiste à produire du fluorotantalate de potassium, K2TaF7, à partir duquel seront produits divers composés de tantale : oxyde, carbure, métal...

- Obtention du fluorotantalate de potassium, K2TaF7 :
La production du fluorotantalate de potassium, est obtenue par hydrométallurgie, à l'aide d'une lixiviation à chaud par de l'acide fluorhydrique et de l'acide sulfurique selon la réaction :

Ta2O5 + 14 HF = 4 H+ + 2 TaF72- + 5 H2O

Le niobium et le tantale sont extraits par solvant, par exemple à l'aide de méthylisobutylcétone (MIBK) puis, le niobium est récupéré en solution aqueuse sous forme d'ion NbOF52- par lavage à l'acide sulfurique alors que le tantale reste dans la phase organique d'où il est ensuite extrait. Un ajout de fluorure de potassium, KF, précipite le fluorotantalate de potassium, K2TaF7.

- Obtention du tantale :
Le métal est obtenu sous forme de poudre par réduction, en sel fondu, à l'aide de sodium. La réaction réalisée sous atmosphère d'argon entre 600 et 900°C, est la suivante :

K2TaF7 + 5 Na = Ta + 2 KF + 5 NaF

Après refroidissement, la poudre fine de tantale est dispersée dans le mélange de sels. Un broyage suivi d'une dissolution des sels en milieu acide permet de libérer la poudre. Enfin, une désoxydation sous vide en présence de réducteurs tels que Na, Ca ou Mg donne une poudre à 99,9 % de Ta. La poudre de tantale est la principale forme d'utilisation du tantale, en particulier dans les condensateurs.

Le métal massif est obtenu par fusion de la poudre, par bombardement électronique.

Producteurs :

Global Advanced Metals (GAM) possède des usines métallurgiques d'élaboration de tantale et de production de condensateurs aux Etats-Unis, à Boyertown, en Pennsylvanie et au Japon, à Aizu.

HC Starck, possède des usines métallurgiques d'élaboration de tantale en Allemagne, Etats-Unis, Japon et Thaïlande.

Ningxia Non-Ferrous Metals, en Chine.

 

RECYCLAGE :

Mondialement, il compte, en 2014, pour 29 % de la consommation.

 

SITUATION FRANCAISE : en 2016.

Les Kaolins de Beauvoir, filiale d'Imerys, produit à Echassières (03), 55 t/an de concentrés d'étain-tantale-niobum, sous-produits d'une exploitation de kaolin. La teneur des concentrés est d'environ 10 % de Ta2O5.

- Exportations de tantale brut : 3 t à 66 % vers les Etats-Unis, 33 % le Royaume Uni.
- Importations de tantale brut : 6 t à 100 % du Kazakhstan.

 

UTILISATIONS :

Consommations : en 2012, dans le monde, 1 680 t, en 2016, la consommation des Etats-Unis est de 661 t.

Secteurs d'utilisation : en 2012.

0
Condensateurs 39 % Composés chimiques 10 %
Superalliages 19 % Carbure 9 %
Cibles de pulvérisation 12 %    
Source : Roskill

Aux Etats-Unis, en 2013, la fabrication de condensateurs représente 60 % de la consommation.

Condensateurs : les condensateurs en tantale représentent, en nombre d'unités, 1 % de la production mondiale et 10 % en valeur. Ce sont des condensateurs à électrolyte liquide ou solide. Ils utilisent comme anode de la poudre très fine de tantale, de haute pureté, 99,99 %, pressée autour d'un fil très fin de tantale qui est ensuite frittée, sous vide, à une température comprise entre 1500 et 2000°C tout en restant poreuse. Le diélectrique est obtenu par oxydation anodique de l'anode frittée, dans une solution d'acide phosphorique, qui forme une couche très fine d'oxyde de tantale Ta2O5, à la surface des grains de tantale. La cathode est formée par du dioxyde de manganèse obtenu par imprégnation des pores de l'anode frittée à l'aide d'une solution de nitrate de manganèse suivie d'une calcination vers 300-400°C.

Les superalliages à base nickel : le tantale est un élément de composition de ces alliages pour la fabrication de pales monocristallines de turbines destinées à des turboréacteurs. Il permet d'accroître leur résistance thermique en particulier dans les zones proches de la chambre de combustion. Exemples de composition, en % massique :

 
Cr
Co
Mo
W
Ta
Nb
Al
Ti
Re
Hf
Ru
CMSX 10
2,0
3,0
0,4
5,0
8,0
0,1
5,7
0,2
6,0
0,03
-
Rene N6
4,2
12,5
1,4
6,0
7,2
-
5,7
-
5,0
0,1
-
MC-NG
4,0
-
1,0
5,0
5,0
-
6,0
0,5
4,0
0,1
0,1
Source : K. Leszczynska-Sejda, IMN

Les cibles de pulvérisation en tantale sont employées pour réaliser des dépôts en phase vapeur (PVD) sur des semiconducteurs afin de former à la surface des interconnections en cuivre des couches barrière à la diffusion.

Les outils de coupe : le carbure de tantale, TaC, est ajouté aux carbures cémentés WC-Co afin d'augmenter leur résistance en température.

Industries chimiques et pharmaceutiques : le tantale métallique qui possède une excellente résistance à la corrosion en milieu acide est utilisé sous forme de feuilles fines ou de dépôt mince dans diverses installations.

 

Bibliographie :

- Mineral profile : Niobium - Tantalum, British Geological Survey, avril 2011.

- "Fiche de synthèse sur la criticité des métaux, le tantale", Minéralinfo, BRGM, août 2015.

- "Niobium and tantalum", Factsheet, MSP-Refram.

- Tantalum - Niobium International Study Center (TIC), Chaussée de Louvain 490, 1380 Lasne, Belgique.

- C. Polak, "Métallurgie et recyclage du niobium et du tantale", Techniques de l'Ingénieur, 2009.

- U. Schwela, "The state of tantalum mining", Mining Journal, septembre 2010.

- R. Burt, "Much ado about tantalum. Again", TIC, 2016.

- C. Ecclestone, "Tantalum - conflits of interest", Investointel, juillet 2015.

- Minor Metals Trade Association (MMTA), Suite 53, 3 Whitehall Court, Londres, SW1A 2EL, Royaume Uni.

- AS. Audion, P. Piantone, avec la collaboration extérieure de la Compagnie Européenne d'Intellignece Stratégique (CEIS), Panorama mondial 2011 du marché du tantale, BRGM/RP 61343-FR, juillet 2012.

- "Tantalum and niobium primer", Jabob Securities, juillet 2011.

 

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