(Nb)
Le niobium (Nb) est un élément chimique rare qui fait partie du groupe des métaux de transition. Il s’agit de l’élément de numéro atomique 41.
Interrogez le tableau périodique des éléments pour connaître les propriétés physicochimiques du niobium.
C’est un métal gris acier à gris blanc, mou et ductile. Il est parfois encore appelé colombium. Le niobium est malléable, même à basse température. Il est d’ailleurs, avec l’or, le seul métal qui peut être forgé à froid. Il est également résistant à la corrosion.
Le niobium se caractérise par :
- une dureté de 6 sur l’échelle de Mohs;
- une densité de 8,57;
- un point de fusion de 2468 °C.
Le principal minéral de niobium est le pyrochlore, dont la composition varie entre celle du pyrochlore proprement dit ((Na,Ca)2Nb2O6(OH,F)) et celle de la microlite ((Na,Ca)2Ta2O6(OH,F)). Le niobium est couramment associé à d’autres éléments comme les terres rares (ETR) et le tantale (Ta). Ce dernier élément possède des propriétés chimiques comparables à celles du niobium.
D’autres minéraux contiennent du niobium, comme la famille des niobio-tantalites ou colombo-tantalites, aussi appelée coltan, de formule chimique (Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6. Selon la proportion de niobium ou de tantale dans le minéral, on l’appelle niobite ou colombite ((FeNb2O6(FeO·Nb2O5)) lorsqu’il est plus riche en niobium et tantalite ((Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6)) lorsqu’il est plutôt riche en tantale. Il existe également d’autres minéraux comme la loparite ((Ce,Na,Ca)(Ti,Nb)O3), la wodginite ((Ta,Nb,Sn,Mn,Fe)4O8), la latrappite (Ca2NbFe3+O6) et la niocalite ((Ca,Nb)4(Si2O7)(O,OH,F)2).
La teneur du minerai est communément exprimée en oxyde de niobium (Nb2O5).
Le niobium (Nb) est une substance métallique appartenant aux minéraux identifiés comme critiques et stratégiques (MCS) pour le Québec. Ces substances revêtent une importance économique notable pour des secteurs clés de l’économie, présentent un risque d’approvisionnement élevé et n’ont pas de substituts. Les minéraux critiques et stratégiques, comme le niobium, sont essentiels à une économie et une technologie propre et moderne. En raison de leurs propriétés uniques, ces éléments sont de plus en plus convoités, particulièrement en raison de leurs utilisations grandissantes dans les hautes technologies.
Étant donné que le niobium est principalement utilisé comme alliage dans le secteur de l’acier et dans les superalliages, les perspectives de croissance demeurent fortement liées à la demande pour ces métaux.
De plus, la stabilité politique et économique du Canada, le deuxième plus important producteur mondial de niobium, rend l’exploration et l’exploitation de cette substance attrayante dans notre pays.
Considérant le caractère critique du niobium, l’exploration, le développement et la mise en marché de ces minéralisations offrent un potentiel intéressant. Cela représente un défi dans le marché actuel où peu de concurrents sont présents.
La production mondiale de niobium en 2021 est estimée à 75 000 tonnes métriques.
Les deux pays producteurs les plus importants de niobium dans le monde sont le Brésil et le Canada avec une production respective, en 2021, de 66 000 tonnes et 7400 tonnes. Cette production est issue du Brésil (88 %), du Canada (Québec) (9 %) et de la Russie, l’Afrique et les États-Unis (3 %) (USGS). Le diagramme annexé présente la répartition de la production mondiale.
Afin de limiter la dépendance face à un seul producteur, les utilisateurs de niobium (p. ex. la sidérurgie) préfèrent se procurer le niobium à partir de plusieurs fournisseurs.
Usages
Le niobium est utilisé essentiellement dans la fabrication de l’acier. Il permet d’obtenir des alliages d’acier plus légers et plus résistants. L’industrie sidérurgique constitue donc le principal utilisateur de niobium, puisqu’elle utilise à elle seule ~90 % de la production mondiale annuelle. Le niobium est utilisé depuis 1925 dans les aciers pour remplacer le tungstène et depuis, son utilisation ne cesse d’augmenter.
L’utilisation du niobium sous forme de ferroniobium dans les alliages d’acier représente près de 80 % du marché et 20 % pour des superalliages.
Les différents domaines d’utilisation du niobium sont :
- l’industrie de la construction (structures des édifices, des ponts, etc.);
- l’industrie de l’automobile et les transports (p. ex. l’introduction de 300 g de niobium dans l’acier d’un véhicule automobile permet d’en réduire le poids total de 200 kg);
- l’industrie pétrochimique (pipelines pour le transport du pétrole et du gaz sous pression et à basse température);
- les applications médicales (imagerie par résonnance magnétique, orthopédie);
- l’aérospatiale et la défense (fusées, satellites, missiles);
- l’aéronautique (moteurs d’avion);
- les matériaux supraconducteurs (accélérateurs de particules);
- l’industrie métallurgique (alliages d’acier inoxydable, superalliages : une proportion de ~10 % de la production de niobium entre dans la fabrication de superalliages à base de nickel, de cobalt et de fer);
- les télécommunications (les monocristaux de niobiate de lithium [LiNbO3], qui présentent des propriétés piézoélectriques, pyroélectriques et ferroélectriques, sont utilisés comme guides d’ondes);
- le verre (l’oxyde de niobium employé pour fabriquer de verres pour des applications ophtalmiques, des microscopes, des caméras vidéo, etc.);
- l’industrie électronique (poudres métalliques entrant dans la fabrication de condensateurs);
- les centrales électriques (turbines, enveloppes de barres de combustible dans les réacteurs nucléaires).
Source et contexte géologique des minéralisations
Le niobium est associé à deux types de minéralisations dans les roches magmatiques : dans les carbonatites et dans certaines intrusions alcalines ou hyperalcalines, comme les syénites.
Les minéralisations dans les intrusions de carbonatites
Les carbonatites sont des roches ignées qui contiennent au moins 50 % de carbonate (calcite, dolomite, ankérite) en association avec d’autres minéraux comme le diopside, l’amphibole, le pyroxène, le mica, l’apatite, la magnétite, l’hématite, les sulfures, les minéraux de terres rares, le pyrochlore, la columbite et la tantalite.
Elles forment des masses intrusives de petite dimension (3 à 5 km) à l’intérieur de complexes alcalins sous la forme de filons-couches, de dykes ou de masses isolées de formes variées (circulaire, elliptique, irrégulière).
Les complexes de carbonatite se mettent en place dans les environnements géodynamiques intracontinentaux en extension. Ils sont communément associés à des structures continentales majeures (rift, graben, linéament crustal) (Jébrak et Marcoux, 2008; Sappin et Beaudoin, 2015).
Ces roches sont enrichies principalement en terres rares légères accompagnées de niobium, de tantale et de phosphore (Castor, 2008; Jébrak et Marcoux, 2008; Linnen et al., 2014; Verplanck et Hitzman, 2016).
Des exemples de minéralisations de niobium dans les carbonatites sont Mountain Pass, aux États-Unis, et Araxa, au Brésil (Jébrak et Marcoux, 2008).
Les minéralisations dans les syénites et les complexes de granite hyperalcalin
Les roches ignées hyperalcalines (granite hyperalcalin, pegmatite granitique hyperalcaline, syénite) se mettent en place dans les zones d’extension continentale en association avec des structures crustales majeures (graben, rift). Elles forment des complexes intrusifs annulaires, des pegmatites ou des corps massifs subvolcaniques (Jébrak et Marcoux, 2008; Verplanck et Hitzman, 2016).
Les zones minéralisées en niobium se présentent sous la forme de niveaux riches en minéraux de niobium (pyrochlore, colombite, tantalite) et en terres rares dans les syénites à néphéline des grandes intrusions alcalines litées, disséminées dans les roches granitiques hyperalcalines (pegmatites, dykes felsiques, intrusions granitiques mineures) et très finement disséminées dans les roches volcaniques felsiques hyperalcalines (trachytes, phonolites). Les minéralisations se forment dans de vastes chambres magmatiques superficielles et sont communément reconcentrées par l’activité hydrothermale (Jébrak et Marcoux, 2008).
Les syénites et les complexes de granite hyperalcalin sont typiquement enrichis en terres rares lourdes accompagnées de zirconium, de béryllium, de niobium et de tantale (Richardson et Birkett, 1996; Jébrak et Marcoux, 2008; Verplanck et Hitzman, 2016).
Des exemples de zones minéralisées en niobium dans les roches ignées alcalines et hyperalcalines sont Arendal en Norvège, Ilimaussaq au Groenland, Lovozero en Russie, Jos au Nigeria, Tamazert au Maroc et Khaldzan-Buregtey en Mongolie (Jébrak et Marcoux, 2008).
Exploration au Québec
Le potentiel pour les minéralisations en niobium est important au Québec. De nombreuses zones minéralisées en niobium sont localisées dans : 1) la Province de Churchill, notamment dans la Fosse du Labrador et le Domaine de Mistinibi-Raude près de la frontière avec le Labrador; 2) la Province géologique de Grenville, au Saguenay–Lac-Saint-Jean et au Témiscamingue; et 3) la Province du Supérieur. D’autres secteurs ont également été identifiés dans la Plate-forme du Saint-Laurent.
Plusieurs projets sont en cours, dont certains sont à un stade avancé d’exploration. Quelques travaux portent sur l’évaluation des ressources minérales.
Les principales minéralisations de niobium associées aux carbonatites se situent dans les régions :
- de la Fosse du Labrador, à l’ouest du lac Le Moyne (Ashram [Eldor]);
- du Saguenay–Lac-Saint-Jean, au nord de la ville de Saguenay (mine Niobec) et au NNW du lac Saint-Jean (Crevier);
- de l’Abitibi, au nord de Lebel-sur-Quévillon (Carbonatite de Montviel);
- d’Oka, à l’ouest de Montréal.
Les principales minéralisations de niobium associées aux syénites et aux complexes de granite hyperalcalin se situent dans les régions :
- au NE du lac Raude, près de la frontière avec le Labrador (secteur de Crater Lake [Misery Lake]);
- du lac Brisson, près de la frontière avec le Labrador (Strange Lake – Zone B).
Zone minéralisée d’Ashram (Eldor)
La zone minéralisée d’Ashram (Eldor) est d’âge paléoprotérozoïque. Elle est encaissée dans une carbonatite appartenant au Complexe carbonatitique de Le Moyne. La minéralisation se présente sous la forme d’une lentille communément bréchifiée composée essentiellement de carbonates (calcite, dolomie, ankérite, breunnerite) accompagnés de biotite, de phlogopite et de fluorite. La carbonatite est habituellement divisée en trois phases majeures : précoce, intermédiaire et tardive. La phase intermédiaire est la plus étroitement associée à la minéralisation en niobium-tantale (pyrochlore, colombite). Des teneurs de 1,14 % Nb2O5, 1,51 % Nb2O5 et 2,96 % Nb2O5 sont notamment rapportées (Commerce Resources, 2014 et 2016). Un sondage a révélé un intervalle de 0,46 % Nb2O5 sur 46,88 m, incluant 0,64 % Nb2O5 sur 9,90 m (Commerce Resources, 2010).
Zone minéralisée de Crater Lake (Misery Lake)
La zone minéralisée de Crater Lake (Misery Lake) est d’âge mésoprotérozoïque. Elle fait partie du Domaine de Mistinibi-Raude qui est situé dans la partie orientale de la Province de Churchill. La minéralisation en niobium est accompagnée d’éléments de terres rares (ETR) et de scandium. Celle-ci est encaissée dans des unités syénitiques de forme allongée (700 m de longueur sur 120 m de largeur) associées à une intrusion de syénite hyperalcaline (Syénite de Misery) qui est caractérisée par une structure annulaire. Les intervalles les plus riches en niobium et ETR sont généralement de faible épaisseur (<1 m) et se présentent sous forme d’inclusions ou de dykes de faible épaisseur. Une teneur de 0,066 % Nb2O5 sur 2,05 m est rapportée en sondage (Minéraux rares Quest, 2014).
Zone minéralisée de Strange Lake – Zone B
La zone minéralisée de Strange Lake – Zone B est d’âge mésoprotérozoïque. Elle fait partie du Domaine de Mistinibi-Raude qui est situé dans la partie orientale de la Province de Churchill. La minéralisation en niobium est accompagnée d’éléments de terres rares (ETR) et encaissée dans des niveaux lenticulaires et irréguliers de pegmatite (jusqu’à 30 m d’épaisseur). Ces derniers sont associés à une intrusion de granite hyperalcalin (Pluton du Lac Brisson) caractérisé par une structure annulaire. Les niveaux de pegmatite sont injectés dans la coupole de l’intrusion granitique. La minéralisation en niobium est disséminée et consiste essentiellement en pyrochlore. Les ressources indiquées sont estimées à 277,99 millions de tonnes à une teneur de 0,18 % Nb2O5 (Minéraux Rares Quest, 8 mars 2017).
Zone minéralisée de Crevier
La zone minéralisée de Crevier est d’âge néoprotérozoïque. Elle est située à ~55 km au NNW du lac Saint-Jean. Des zones minéralisées en niobium et tantale sont encaissées dans des unités de syénite, localement associées à de la carbonatite, qui appartiennent à l’Intrusion alcaline de Crevier. Les zones minéralisées se présentent sous la forme de dykes syénitiques et pegmatitiques à pyrochlore et à mégacristaux de néphéline et d’albite. La minéralisation en niobium et tantale est disséminée et consiste principalement en pyrochlore. Les ressources indiquées sont évaluées à 25,8 millions de tonnes à une teneur de 0,186 % Nb2O5 (SGS Geostat, 2009).
Zone minéralisée de la Carbonatite de Montviel
La zone minéralisée de la Carbonatite de Montviel est d’âge paléoprotérozoïque. Elle est située au nord de Lebel-sur-Quévillon, à ~13 km à l’est du lac au Goéland. La minéralisation est associée aux carbonatites de l’Intrusion alcaline de Montviel, laquelle est encaissée dans des roches intrusives de la Sous-province de l’Abitibi. Les zones les plus riches en niobium sont comprises dans une phase riche en phyllosilicates (biotite, chlorite) et en sulfures (pyrite, pyrrhotite, galène, sphalérite et chalcopyrite). Le niobium est contenu dans le pyrochlore, un minéral en relation étroite avec les zones riches en phyllosilicates dans la carbonatite. Le pyrochlore se présente sous forme d’inclusions dans la biotite. Les ressources indiquées sont estimées à 82,4 millions de tonnes à une teneur de 0,17 % Nb2O5 (Ressources Geomega, 17 juin 2015).
Exploitation au Québec
Une seule exploitation de niobium au Québec, la mine Niobec, est localisée à Saint-Honoré dans la région du Saguenay‒Lac-Saint-Jean. De 8 à 10 % de la production mondiale de niobium provient de cette mine (Niobec, 2019).
La zone minéralisée de la mine Niobec est encaissée dans un complexe de carbonatite (Carbonatite de Saint-Honoré). La minéralisation est disséminée et consiste en hématite, maghémite, pyrochlore, colombite, anthraxolite, apatite, magnétite et pyrrhotite. Les principaux minéraux contenant le niobium sont le pyrochlore ferreux et sodique ainsi que la colombite. Ces derniers sont à grain fin (0,2 à 0,8 mm) et sont rarement visibles à l’œil nu. Ils sont associés aux minéraux accessoires tels que les micas, l’apatite et la magnétite.
La mine Niobec est exploitée depuis 1976. La production est de 5900 t/an de niobium. Les réserves sont de 416 millions de tonnes à 0,41 % Nb2O5. Depuis 1994, la mine transforme le pyrochlore en ferroniobium à la suite de l’installation d’un convertisseur sur le site de la mine (Niobec, 2019).
En raison des développements en cours (maintenance des équipements, amélioration des procédés, gestion des eaux), de l’augmentation des ressources minérales en profondeur et de l’introduction du remblai en pâte dans l’exploitation, la mine Niobec présente des réserves pour encore plusieurs décennies.
La valorisation des résidus miniers de la mine Niobec représente un défi technique. Le minerai typique extrait de la mine inclut différentes substances minérales qui, si elles étaient récupérées, pourraient présenter un intérêt économique.
La mine Niobec est la propriété de Magris Resources depuis janvier 2015. Elle est la seule mine souterraine de niobium dans le monde et l’une des trois seules en exploitation.
Dans les années 1960, une mine de niobium connue sous le nom de St-Lawrence Columbium (Main Oka) a été exploitée dans le secteur d’Oka, à l’ouest de Montréal. Cette ancienne mine compte une vingtaine de lentilles minéralisées situées au sein d’une carbonatite rubanée à richtérite, magnétite et phlogopite appartenant à la Carbonatite de la Colline d’Oka, d’âge crétacé. Cette intrusion fait partie de la Suite des Montérégiennes qui fait intrusion dans les roches sédimentaires de la Plate-forme du Saint-Laurent. La minéralisation est disséminée et consiste en pyrochlore, latrappite et niocalite accompagnés de magnétite, d’apatite et de pérovskite. Les réserves historiques sont estimées à 16,69 Mt à 0,44 % Nb2O5 (The Northern Miner, 16 mai 1974).
Consulter ici la carte interactive du Québec montrant toutes les zones minéralisées en niobium.
Télécharger un jeu de données (formats .FGDB et .SHP) de la carte interactive du Québec avec les zones minéralisées en niobium et démarrer votre propre projet d’exploration!
Visualiser en un clin d’œil l’ensemble des analyses géochimiques avec des valeurs anomales et indicielles en niobium.
Liens utiles
Boivin Forcier, K., 2022. Niobec assure sa pérennité. Journal Informe Affaires, avril 2022. https://informeaffaires.com/regional/cahier-thematique/niobec-assure-sa-perennite
L’élémentarium : https://lelementarium.fr/element-fiche/niobium/
L’encyclopédie canadienne : Niobium
Merchant Research & Consulting ltd. : https://mcgroup.co.uk/researches/tantalum-and-niobium-columbium
Niobec : https://www.magrispm.com/niobec
United States Geological Survey : Niobium and Tantalum Statistics and Information
Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Niobium
Références
CASTOR, S.B., 2008. Rare earth deposits of North America. Resource Geology; volume 58, pages 337-347.
JÉBRAK, M., MARCOUX, É., 2008. Géologie des ressources minérales. Ministère des Ressources naturelles et de la Faune; MM 2008-01, 672 pages.
LINNEN, R.L., SAMSON, I.M., WILLIAMS-JONES, A.E., CHAKHMOURADIAN, A.R., 2014. Geochemistry of the rare-earth element, Nb, Ta, Hf, and Zr deposits. In: Treatise on geochemistry (Second Edition), volume 13 (Holland, H.D., Turekian, K.K.,editors). Elsevier; pages 543-568.
RICHARDSON, D.G., BIRKETT, T.C., 1996. Peralkaline rock-associated rare metals. In: Geology of Canadian mineral deposit types (Eckstrand, O.R. Sinclair,W.D., Thorpe, R.I, editors.). Geological Survey of Canada; Geology of Canada n° 8, pages 523-540.
SAPPIN, A-A., BEAUDOIN, G., 2015. Classification des principaux indices en éléments de terres rares au Québec (Canada) : contexte géologique et évaluation de leur intérêt économique. Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles, Québec; MB 2015-10, 76 pages.
VERPLANCK, P.L., HITZMAN, M.W., 2016. Rare Earth and Critical Elements in Ore Deposits. Society of Economic Geologists; Reviews in Economic Geology, volume 18, 365 pages.