:quality(85))
Titel geïnspireerd door Amazon's Jack Ryan.
In de schijnwerpers:
- Wat is tantaal en zijn geschiedenis
- De essentiële rol van tantaal in elektronica
- Waar tantaal wordt gewonnen en geproduceerd
- Het toeleveringsrisico van tantaal
Bent u bekend met de mythe van Tantalus? De Griekse koning staat vooral bekend om zijn straf in de diepte van Tartarus, waar hij moest staan in een waterpoel onder een boom met laaghangende takken vol bessen. Het fruit bleef altijd buiten zijn bereik en het water trok zich telkens terug zodra Tantalus zich boog om te drinken.
:quality(85))
Aantrekkelijk, nietwaar?
Maar dit is geen les in de Griekse mythologie. Dit is slechts een introductie in de oorsprong van tantaal — een grijs, hard en zwaar metaal dat zeer goed bestand is tegen corrosie, en ook wordt geclassificeerd als een "zeldzaam aardmetaal". En zeldzaam is het zeker: tantaal komt gemiddeld slechts voor in 2 delen per miljoen in de aardkorst.
Korte geschiedenis van tantaal
In 1802 rapporteerde Anders Gustav Ekeberg aan de Universiteit van Uppsala in Zweden een nieuw metaal. Tantaal kreeg zijn naam vanwege de Griekse mythe, omdat het een "aantrekkelijk probleem" veroorzaakte bij pogingen om het op te lossen in zuur.
Vanwege het onvermogen om het metaal in zuur af te breken, werd aanvankelijk gedacht dat tantaal identiek was aan niobium — een reeds ontdekt metaal.
Wat men destijds niet wist, was dat tantaal en niobium vaak samen voorkomen en op chemisch niveau sterk op elkaar lijken. Pas in 1846 realiseerde Heinrich Rose zich dat tantaal en niobium door een scheidingsproces als twee aparte elementen konden worden aangetoond.
Maar zelfs Rose’s tantaalmonster was nog niet puur. Pas in 1903 slaagde Werner von Bolton erin zuiver tantaal te verkrijgen.
Hoewel de ontdekking van een nieuw en zuiver element zeker opwinding bracht, vermoedde men in 1903 nog niet welke cruciale rol dit metaal zou spelen in de productie van draagbare elektronica.
Wat is tantaal?
Maar waar hebben we het nu precies over, dat grijze metaal vernoemd naar een gemartelde mythologische Griekse koning?
Tantaal wordt soms, maar zelden, ongebonden in de natuur aangetroffen. Meestal komt het voor als columbiet-tantaliet, samen met andere metalen zoals niobium. Tantaal wordt commercieel ook als bijproduct van tinwinning verkregen. Twee vliegen in één klap, zou men kunnen zeggen.
Het grijze, corrosiebestendige tantaal heeft geen bekende biologische functie en is niet giftig. Het metaal is bij kamertemperatuur vast en heeft extreem hoge smelt- en kookpunten: respectievelijk 3017 en 5455 graden Celsius. Slechts drie andere metalen hebben een hoger smeltpunt.
:quality(85))
Tantaal heeft een extreem hoge treksterkte, ongeveer twee keer zo sterk als hoogsterkte-legeringsstaal. Zuren en basen hebben vrijwel geen invloed op het metaal.
Maar genoeg over de chemische details. Laten we verder gaan…
Waarom tantaal essentieel is voor elektronica
De belangrijkste toepassing van tantaal is in de productie van elektronische componenten. Tantaal kan van alle metalen de meeste elektriciteit opslaan. Dat klinkt belangrijk.
Het oppervlak van tantaal bestaat uit een oxidelaag, die fungeert als isolerende (diëlektrische) barrière. Dankzij deze isolatielaag wordt tantaal vaak als een zeer dunne laag aangebracht op andere metalen om hoge capaciteit te realiseren in een klein volume.
:quality(85))
Deze laagdikte met hoge capaciteit van tantaal maakt het component tot een bijzonder aantrekkelijke condensator. Tantaalcondensatoren zijn dan ook zeer geschikt voor draagbare elektronica, zoals mobiele telefoons. Het metaal wordt ook gebruikt als elektrode in neonverlichting en AC/DC-gelijkrichters, vanwege zijn goede gelijkrichterseigenschappen.
Toepassingen van tantaal gaan echter verder dan consumentenelektronica en vinden hun weg naar de medische sector. Dit bijzondere, grijze metaal veroorzaakt geen immuunreactie bij zoogdieren: hierdoor is het uiterst geschikt voor chirurgische implantaten. Tantaal wordt in de vorm van metalen platen ingezet als botvervanging. In de vorm van folie of draad wordt tantaal gebruikt om gescheurde zenuwen te verbinden. In gaasverband geweven is tantaal nuttig voor het verbinden van buikspieren.
Fabrikanten van camera's gebruiken tantaaloxide om speciaal glas met een hoge brekingsindex te maken voor cameralenzen. En de lucht- en ruimtevaartindustrie vertrouwt vaak op tantaal voor onderdelen van vliegtuigen en raketten.
Het is niet moeilijk te begrijpen waarom een zeldzaam aardmetaal deze naam draagt. Tantaal is voor veel sectoren werkelijk een aantrekkelijke optie.
Waar tantaal wordt gewonnen en geproduceerd
Dit belangrijke element wordt vaak aangetroffen in gespecialiseerde of sterk gefractioneerde granietgesteenten en bijbehorende pegmatieten. Voor de niet-geoloog: tantaal vindt men in graniet en in kristallen die op datzelfde graniet groeien.
Tantaal komt ook voor in tinerts en kan gewonnen worden uit tin slakken.
Zoals hierboven vermeld, komt tantaal vaak voor samen met niobium en sporen van andere elementen als goud en mangaan. Om tantaal te scheiden wordt een oplossingsextractieproces gebruikt, waarbij het metaal tot poeder wordt omgezet. Met metallurgische technieken wordt het poeder vervolgens weer tot metaal verwerkt. Elektrolyse van gesmolten zouten of reductie van fluorkomplexen met reactieve metalen zoals natrium worden ook toegepast om tantaal van niobium en andere elementen te scheiden.
De huidige grootste producent van tantaal is Brazilië, met Australië direct daarachter. Voor de economische crisis in 2008 waren Australië, Canada en Mozambique de belangrijkste producenten van tantaal. Sinds de crisis hebben deze landen echter hun belangrijkste mijnbouwactiviteiten voor dit zeldzame metaal stilgelegd of zijn productie-onderbrekingen opgetreden.
De grootste in bedrijf zijnde tantaaalmijn bevindt zich in Nazareno, Brazilië. Deze mijn heeft een capaciteit tot 220 ton tantaal per jaar. Dit komt overeen met ongeveer 15% van de wereldproductie.
Toeleveringsrisico van tantaal
De Royal Society of Chemistry classificeert tantaal als een materiaal met een hoog toeleveringsrisico, met een score van 7,1 op 10 (waarbij 10 het hoogste risico betekent). Dit cijfer is gebaseerd op de gegevens in de onderstaande grafiek. Door de lage aanwezigheid in de aardkorst, de geringe recycling en de moeilijke vervangbaarheid, is het logisch dat tantaal een hoog toeleveringsrisico kent.
Een gemiddelde vervangbaarheid wil zeggen dat het mogelijk is het metaal te substitueren, maar dat dit waarschijnlijk economische of prestatiegevolgen veroorzaakt.
Tantaal is ongeveer even zeldzaam als uranium — dus vrij zeldzaam. Het huidige recyclingpercentage zorgt voor bezorgdheid over de toekomstige beschikbaarheid van dit kritische element. Volgens de huidige schattingen raakt de tantaaalvoorraad binnen 50 jaar uitgeput. Dat zou een flinke slag zijn voor miniaturisering in elektronica.
Meer recycling is dringend noodzakelijk.
Nu het aanbod steeds verder daalt, kunnen veel elektronicafabrikanten zich gevangen voelen tussen hamer en aambeeld.
Of, beter gezegd, tussen een vruchtboom en een waterpoel.
