L’Élémentarium
Son nom à une origine latine « tantalum » qui lui a été donnée par le chimiste suédois Anders Gustaf Ekeberg en raison de l’insolubilité du métal dans les acides.
| Numéro atomique | Masse atomique | Configuration électronique | Structure cristalline | Rayon métallique pour la coordinence 12 |
| 73 | 180,9 g.mol-1 | [Xe] 4f14 5d3 6s2 | cubique centrée de paramètre a = 0,3303 nm |
146,7 pm |
| Masse volumique | Dureté | Température de fusion | Température d’ébullition | Conductibilité électrique | Conductibilité thermique | Solubilité dans l’eau |
| 16,6 g.cm-3 | 6,5 | 2 996°C | 5 425°C | 7,61.106 S.m-1 | 57,5 W.m-1.K-1 | insoluble |
| Électronégativité de Pauling | E° : Ta2O5(s) + 10H+aq + 10e = 2Ta(s) + 5H2O |
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| 1,5 | -0,81 V |
Tantale cristallisé
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Tantale gazeux
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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.
Les principaux minerais sont des oxydes avec, parmi les principaux :
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.
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.
En 2022, en tonnes de Ta contenu sur un total mondial de 2 000 t. Source : USGS
| R.D. du Congo | 860 | Australie | 57 | |
| Brésil | 370 | Burundi | 39 | |
| Rwanda | 350 | Russie | 39 | |
| Nigeria | 110 | Ouganda | 38 | |
| Chine | 78 | Mozambique | 34 |
Source : USGS
Les données concernant les productions sont à prendre avec réserves, les productions effectuées dans les exploitations artisanales illégales dans les zones de conflits, en particulier en République Démocratique du Congo, sont difficilement chiffrables.
En 2018, avec une production totale, y compris le recyclage, de 2 450 t, la production des mines industrielles représentait 24,7 % de la production totale, celle des mines artisanales, 51,3 %, celle issue des laitiers de production d’étain, 4 %, le recyclage comptant pour 20 %. Avec le développement des exploitations artisanales, principalement en République Démocratique du Congo, diverses exploitations minières importantes ont été mises en sommeil :
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.
En Australie, a débuté, en 2018, la production de la mine de lithium et tantale de Bald Hill, exploitée par Alliance Mineral Assets, avec une production prévue de 155 000 t/an de spodumène et de 120 t/an de Ta2O5. Les réserves prouvées et probables sont de 11,3 millions de t de minerai renfermant 1,01 % de Li2O et 160 ppm de Ta2O5 et de 2 millions de t de minerai renfermant 313 ppm de Ta2O5.
Par ailleurs, toujours en Australie, a débuté, fin 2018, la production de la mine de lithium et tantale de Pilgangoora exploitée par Pilbara Minerals. La production prévue est de 330 000 t/an de concentré de spodumène et de 145 t/an de Ta2O5. En 2021-22, la production a été de 377 902 t de spodumène et de 29,51 t de concentré de tantalite. Les réserves prouvées et probables sont de 159 millions de t de minerai renfermant 1,2 % de Li2O et 101 ppm de Ta2O5.
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, l’Union européenne et le gouvernement des États-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« , l’Union européenne a voté un règlement fixant des obligations pour les importateurs, aux États-Unis, le « Dodd-Frank Wall Street reform and consumer protection act » vise à contrôler l’origine des matières premières.
Un organisme de certification minière a été créé, l’iTSCi, l’International Tin Supply Chain Initiative, pour la production de la région des Grands Lacs en Afrique, avec comme pays concernés, la République Démocratique du Congo, le Rwanda, le Burundi et l’Ouganda et comme minerais, ceux d’étain, tantale et tungstène. En 2020, 2 306 sites miniers employant 176 124 mineurs sont contrôlés par cet organisme.
Les réserves mondiales, en 2022, étaient supérieures à 320 000 t et se situaient principalement dans les pays suivants :
| Chine | 180 000 t | Brésil | 40 000 t | |
| Australie | 99 000 t |
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…
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.
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 représentée par l’équation 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.
Les principaux producteurs sont :
En 2023, sous forme brute.
Principaux pays exportateurs sur un total de 706 t :
| Chine | 138 | Éthiopie | 38 | |
| Thaïlande | 116 | Estonie | 16 | |
| États-Unis | 114 | Italie | 14 | |
| Japon | 112 | République tchèque | 9 | |
| Kazakhstan | 110 | Panama | 6 |
Source : ITC
Les exportations chinoises sont destinées à 36 % au Salvador, 24 % aux États-Unis, 14 % à Israël, 9 % aux Philippines.
Principaux pays importateurs sur un total de 1 123 t :
| États-Unis | 321 | Thaïlande | 56 | |
| Salvador | 207 | République tchèque | 43 | |
| Malaisie | 204 | Israël | 36 | |
| Indonésie | 62 | Royaume Uni | 27 | |
| Japon | 57 | Allemagne | 23 |
Source : ITC
Les importations des États-Unis proviennent à 41 % de Chine, 26 % d’Allemagne, 17 % du Kazakhstan, 9 % de Thaïlande.
Mondialement, il compte, en 2018, pour 20 % de la consommation.
Les Kaolins de Beauvoir, filiale d’Imerys, produisent à Echassières (03), 100 t/an de concentrés d’étain-tantale-niobum, sous-produits d’une exploitation de kaolin. La teneur des concentrés est de 45 à 50 % d’étain, de 8 à 12 % de Ta2O5, 4 à 5 % de Nb2O5.
Les exportations, en 2023, sous forme brute, étaient de 295 kg avec comme principaux marchés à :
Les importations, en 2023, sous forme brute, s’élevaient à 55 t en provenance principalement à :
En 2021, la consommation dans le monde est estimée à 2 500 t, dont 1 200 t aux États-Unis, en 2022.
En 2016. Source : Roskill
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.
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 |
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.
Le carbure de tantale, TaC, est ajouté aux carbures cémentés WC–Co afin d’accroitre leur résistance en température.
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.