Che cos'è il tantalio?

Il titolo è ispirato a Jack Ryan di Amazon.

In evidenza

• Che cos'è il tantalio e la sua storia
• Il ruolo essenziale del tantalio nell'elettronica
• Dove viene estratto e prodotto il tantalio
• Il rischio di fornitura del tantalio

Ha mai sentito parlare del mito di Tantalo? Il re greco è noto soprattutto per la sua punizione negli abissi del Tartaro, dove fu costretto a stare in piedi in una pozza d’acqua sotto un albero carico di frutti su rami bassi: i frutti erano sempre fuori dalla sua portata e l’acqua si ritirava ogni volta che Tantalo provava a bere.

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Che tentazione.

Ma questa non è una lezione di mitologia greca. È solo un modo per introdurre l’origine del tantalio—un metallo grigio, duro e pesante altamente resistente alla corrosione, classificato anche come elemento delle terre rare. E raro lo è davvero: il tantalio è presente in media con 2 parti per milione nella crosta terrestre.

Breve storia del tantalio

Nel 1802, Anders Gustav Ekeberg scoprì un nuovo metallo all’Università di Uppsala in Svezia. Il tantalio prese il nome dal mito greco perché rappresentava un «problema tentatore» nel tentativo di scioglierlo in acido.

A causa di questa impossibilità di dissolvere il metallo con l’acido, fu inizialmente considerato identico al niobio—un metallo già noto.

Non si sapeva ancora che tantalio e niobio spesso si trovano insieme e hanno proprietà chimiche molto simili. Solo nel 1846 Heinrich Rose riuscì a separarli e a dimostrare che sono due elementi distinti grazie a un particolare processo.

Tuttavia, il campione di tantalio ottenuto da Rose non era ancora puro. La purezza venne raggiunta solo nel 1903 da Werner von Bolton.

All’epoca l’entusiasmo per la scoperta di un nuovo elemento puro era notevole, ma non si poteva immaginare quanto sarebbe poi diventato fondamentale nella produzione di dispositivi elettronici portatili.

Che cos’è il tantalio?

Bene, ma che cos’è esattamente questo metallo grigio che prende il nome da un re greco tormentato?

Il tantalio si trova raramente in natura allo stato libero. Principalmente è presente come columbite-tantalite, che contiene anche niobio e altri metalli. Dal punto di vista commerciale, si ottiene anche come sottoprodotto dell’estrazione dello stagno. Due piccioni con una fava, potremmo dire.

Il tantalio grigio, resistente alla corrosione, non ricopre alcun ruolo biologico noto ed è atossico. È solido a temperatura ambiente e presenta punti di fusione e di ebollizione estremamente elevati: rispettivamente 3017 e 5455 gradi Celsius. Solo altri tre metalli hanno punti di fusione superiori.

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Il tantalio possiede una resistenza alla trazione eccezionale, circa doppia rispetto agli acciai legati ad alta resistenza. Anche acidi e alcali risultano praticamente innocui per questo metallo.

Ma basta con i dettagli chimici. Proseguiamo…

Perché il tantalio è essenziale per l’elettronica

L’impiego principale del tantalio è nella produzione di componenti elettronici. È il metallo con la massima capacità nota di immagazzinare elettricità. Un dato di certo rilevante.

La superficie del tantalio è formata da uno strato di ossido che agisce da barriera isolante (dielettrica). Grazie a questo strato, il tantalio viene spesso depositato in uno strato sottilissimo su altri metalli per ottenere alte capacità in volumi molto ridotti.

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Questo strato ad alto valore di capacità e basso ingombro rende il tantalio ideale per condensatori particolarmente appetibili nell’elettronica portatile come i telefoni cellulari. Il metallo è anche utilizzato come elettrodo in luci al neon e raddrizzatori AC/DC, grazie alle sue buone proprietà di rettifica.

L’uso del tantalio, però, non si ferma all’elettronica di consumo: trova applicazione anche in ambito medico. Questo metallo grigio non induce risposte immunitarie nei mammiferi, il che lo rende molto indicato per impianti chirurgici. In forma di placche metalliche è impiegato come sostituto osseo; in fogli o fili, serve per collegare nervi danneggiati, mentre intrecciato in garza risulta utile nella fasciatura dei muscoli addominali.

La produzione di lenti fotografiche speciali ad alto indice di rifrazione necessita inoltre di ossido di tantalio, e i produttori aerospaziali prevedono l’impiego di tantalio per componenti di aerei e missili.

È chiaro il motivo per cui questo minerale raro sia tanto ambito. Il tantalio costituisce davvero un’opzione interessante per molteplici settori.

Dove viene estratto e prodotto il tantalio?

L’elemento è spesso presente in rocce granitiche molto frazionate e nei relativi pegmatiti. Per chi non è geologo: il tantalio si trova in rocce di granito e nei cristalli che si formano su tali rocce.

Si trova anche nei giacimenti di stagno e può essere recuperato dagli scarti della produzione di stagno.

Come detto, il tantalio è di frequente associato a niobio e tracce di altri elementi come oro e manganese. Per separare il tantalio si adotta un processo di estrazione con solventi, ottenendo il metallo in polvere, che viene poi lavorato con tecniche metallurgiche per riportarlo allo stato metallico. Si utilizza anche l’elettrolisi di sali fusi o riduzione di complessi fluorurati con metalli reattivi come il sodio per separare il tantalio dal niobio e da altri elementi.

Attualmente il principale produttore di tantalio è il Brasile, seguito dall’Australia. Prima della crisi economica del 2008, Australia, Canada e Mozambico erano tra i maggiori produttori. Successivamente, ciascun paese ha interrotto o ridotto in modo intermittente l’attività estrattiva del metallo raro.

La più grande miniera attualmente attiva di tantalio si trova a Nazareno, in Brasile, con una capacità produttiva fino a 220 tonnellate annue, che equivalgono a circa il 15% della produzione mondiale.

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Rischio di fornitura del tantalio

La Royal Society of Chemistry valuta il tantalio con un rischio di fornitura elevato, assegnando un punteggio di 7,1 su 10 (dove 10 rappresenta il rischio massimo). Il punteggio si basa sui dati riportati nel grafico seguente. La bassa concentrazione nella crosta terrestre, il limitato tasso di riciclo e la difficoltà di sostituzione contribuiscono a rendere il tantalio un materiale particolarmente a rischio.

La sostituibilità media indica che è possibile sostituire il metallo, ma con effetti economici o prestazionali significativi.

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Il tantalio è tanto raro quanto l'uranio—rende la sua disponibilità piuttosto limitata. Il basso tasso di riciclo attuale genera preoccupazioni sull’approvvigionamento futuro di questo elemento chiave. Secondo le stime, al ritmo attuale le riserve di tantalio si esauriranno in meno di 50 anni: un duro colpo per l’elettronica miniaturizzata.

È urgente aumentare il riciclo.

Con il progressivo calo dell’offerta, molti produttori di elettronica potrebbero trovarsi, letteralmente, tra l’incudine e il martello.

O, ancora meglio, tra un albero carico di frutti e una pozza d’acqua.