:quality(85))
Titel-Inspiration durch Amazons Jack Ryan.
Spotlight:
- Was ist Tantal und seine Geschichte
- Tantals essenzielle Rolle in der Elektronik
- Wo Tantal abgebaut und produziert wird
- Das Lieferkettenrisiko von Tantal
Kennen Sie den Mythos von Tantalos? Der griechische König ist vor allem bekannt für seine Strafe im tiefen Abgrund des Tartaros, wo er in einem Wasserbecken unter einem Baum mit tief hängenden Beeren stehen musste. Die Früchte blieben für immer unerreichbar, und das Wasser wich immer zurück, sobald Tantalos sich zum Trinken bückte.
:quality(85))
Wie verlockend.
Doch dies ist kein Ausflug in die griechische Mythologie. Es ist vielmehr eine Einführung in die Herkunft von Tantal—ein graues, hartes und schweres Metall, das äußerst korrosionsbeständig und zudem als „seltenes Erdelement“ klassifiziert ist. Und selten ist es tatsächlich: Der Anteil von Tantal in der Erdkruste liegt im Durchschnitt bei nur 2 ppm (parts per million).
Eine kurze Geschichte des Tantals
Im Jahr 1802 berichtete Anders Gustav Ekeberg an der Universität Uppsala in Schweden von einem neuen Metall. Tantal erhielt seinen Namen nach dem griechischen Mythos, da es ein „verlockendes Problem“ darstellte, das Metall in Säure zu lösen.
Da das Metall nicht durch Säure zersetzt werden konnte, wurde Tantal zunächst für identisch mit Niob gehalten—ein bereits entdecktes Metall.
Was damals nicht bekannt war: Tantal und Niob kommen meist gemeinsam vor und sind chemisch sehr ähnlich. Erst 1846 erkannte Heinrich Rose, dass Tantal und Niob durch ein Verfahren getrennt werden können und tatsächlich zwei separate Elemente sind.
Doch auch Roses Tantalmuster war noch nicht rein. Erst 1903 gelang es Werner von Bolton, reines Tantal zu gewinnen.
Die Begeisterung über das neue Element war sicherlich groß—doch 1903 ahnte niemand, welch entscheidende Rolle dieses Metall bei der Herstellung tragbarer Elektronik spielen würde.
Was ist Tantal?
Doch was ist dieses graue Metall, benannt nach einem gequälten, mythischen griechischen König, eigentlich genau?
Tantal wird manchmal, jedoch selten, elementar in der Natur gefunden. Es kommt hauptsächlich als Columbit-Tantalit vor, das weitere Metalle wie Niob enthält. Tantal wird auch kommerziell als Nebenprodukt der Zinngewinnung gewonnen. Zwei Fliegen mit einer Klappe, könnte man sagen.
Das graue, korrosionsbeständige Tantal hat keine bekannte biologische Funktion und ist ungiftig. Das Metall ist bei Raumtemperatur fest und hat mit Schmelz- und Siedepunkten von 3017 bzw. 5455 Grad Celsius außergewöhnlich hohe Temperaturbeständigkeit. Nur drei andere Metalle haben einen höheren Schmelzpunkt.
:quality(85))
Tantal besitzt eine extreme Zugfestigkeit—etwa doppelt so hoch wie bei hochfesten Stahllegierungen. Auch Säuren und Laugen können dem Metall kaum etwas anhaben.
Doch genug der chemischen Fachsimpelei. Kommen wir zum nächsten Punkt ...
Warum Tantal für Elektronik unverzichtbar ist
Hauptanwendungsgebiet von Tantal ist die Herstellung elektronischer Bauteile. Es hat die höchste bekannt Speicherfähigkeit aller Metalle für elektrische Ladung—was äußerst wichtig ist.
Die Oberfläche von Tantal bildet eine Oxidschicht, die als isolierende (dielektrische) Barriere wirkt. Aufgrund dieser isolierenden Schicht wird Tantal häufig in hauchdünnen Lagen verwendet, um andere Metalle zu beschichten und eine hohe Kapazität auf kleinstem Raum zu erzielen.
:quality(85))
Diese Kombination aus geringem Volumen und hoher Kapazität macht Tantal zum verlockenden Kondensator—und damit zum gefragten Bauteil für mobile Elektronik wie Mobiltelefone. Das Metall dient zudem als Elektrode für Neonlampen und für Gleich- und Wechselstromgleichrichter, dank seiner guten Gleichrichtereigenschaften.
Doch Tantals Einsatz geht weit über Unterhaltungselektronik hinaus und reicht bis in die Medizintechnik. Dieses besondere, graue Metall ruft keine Immunreaktionen bei Säugetieren hervor: Es eignet sich daher hervorragend für chirurgische Implantate. Tantalplatten werden als Knochenersatz eingesetzt, Tantalfolie oder -draht zur Verbindung durchtrennter Nerven. Als Gewebe verarbeitet, hilft das Metall beim Verbinden von Bauchmuskeln.
Auch Kamerahersteller benötigen Tantaloxid zur Herstellung von Spezialglas mit hohem Brechungsindex für Objektive. In der Luft- und Raumfahrt setzen Hersteller häufig auf Tantal für Flugzeug- und Raketenteile.
Der Name dieses seltenen Erdelements wird damit verständlich: Tantal ist für viele Branchen tatsächlich eine verlockende Option.
Woher stammt und wo wird Tantal produziert?
Das wertvolle Element ist häufig in spezialisierten oder stark fraktionierten granitischen Gesteinen und deren Pegmatiten zu finden. Für die Nicht-Geologen: Tantal kommt in Granitgestein und den darauf wachsenden Kristallen vor.
Tantal findet sich auch in Zinnlagerstätten und kann aus Zinnschlacken gewonnen werden.
Wie bereits erwähnt, tritt Tantal oft gemeinsam mit Niob sowie Spuren anderer Elemente wie Gold und Mangan auf. Zur Abtrennung von Tantal wird ein Lösungsmittel-Extraktionsverfahren eingesetzt, um das Metall als Pulver zu gewinnen. Dieses Pulver wird mittels metallurgischer Verfahren wieder zu Metall verarbeitet. Auch durch Elektrolyse geschmolzener Salze oder Reduktion von Fluorokomplexen mit reaktiven Metallen wie Natrium lassen sich Tantal, Niob und weitere Elemente voneinander trennen.
Der größte aktuelle Produzent von Tantal ist Brasilien, dicht gefolgt von Australien. Vor der Wirtschaftskrise 2008 waren Australien, Kanada und Mosambik führende Tantalproduzenten. Seit der Krise wurde in diesen Ländern die Förderung des seltenen Metalls jedoch eingestellt oder nur noch sporadisch fortgesetzt.
Die weltweit größte in Betrieb befindliche Tantal-Mine liegt in Nazareno, Brasilien. Sie verfügt über eine Jahreskapazität von bis zu 220 Tonnen Tantal—circa 15 % der weltweiten Produktion.
Lieferkettenrisiko bei Tantal
Die Royal Society of Chemistry bewertet Tantal mit einem hohen Lieferkettenrisiko und vergibt einen Score von 7,1 von 10 (10 = höchstes Risiko). Der Score basiert auf den in folgender Grafik dargestellten Werten. Aufgrund der niedrigen geologischen Verfügbarkeit, geringen Recyclingrate und der schwierigen Substituierbarkeit ist das hohe Lieferkettenrisiko von Tantal nachvollziehbar.
Mittlere Substituierbarkeit bedeutet, dass das Metall zwar ersetzt werden kann, dies aber wahrscheinlich zu wirtschaftlichen oder leistungsmäßigen Nachteilen führt.
Tantal ist etwa so häufig wie Uran—also relativ selten. Die aktuell niedrige Recyclingrate lässt Zweifel an der künftigen Verfügbarkeit dieses kritischen Elements aufkommen. Bei den aktuellen Förderquoten wird der Tantallagerbestand voraussichtlich in weniger als 50 Jahren erschöpft sein. Ein herber Rückschlag für miniaturisierte Elektronik.
Erhöhtes Recycling ist dringend erforderlich.
Angesichts sinkender Förderung stehen viele Elektronikhersteller bald zwischen Baum und Borke.
Oder besser gesagt: Zwischen Obstbaum und Wasserbecken.
