Tantaal is een supermetaal

Iedereen heeft een beetje tantaal in huis, verstopt in een smartphone, tablet of computer. Tantaal geeft namelijk prettige eigenschappen aan onmisbare elektronische componenten (condensatoren). In pure vorm is het bikkelhard, bestand tegen de meest agressieve zuren en het smelt pas bij 3000 graden Celsius. Tantaal is niet overdreven schaars, maar wel onmisbaar.

Elk jaar in december vraagt de redactie van Chemische Feitelijkheden om ideeën voor een nieuwe jaargang. Eind vorig jaar besloot ik om tantaal voor te stellen. Omdat het regelmatig in het nieuws komt, en omdat het door z’n eigenschappen een fascinerend element is, waarover een mooi wetenschappelijk verhaal te vertellen valt.

Tantaal speelt een rol in discussies over grondstof-schaarste en de impact die de productie van smartphones en tablets heeft op mens en milieu. Iedereen kent inmiddels de berichten over de winning van coltan in Congo. En iedereen weet dat z’n aankoopgedrag daar een rol bij speelt: tantaal zit in alle moderne communicatieapparatuur en elektronica.

Hoewel de bijdrage van coltanmijnen in Centraal-Afrika aan de wereldwijde tantaalproductie relatief beperkt is, hebben documentaires en discussie over coltan en Congo wel sterk bijgedragen aan maatschappelijk bewustzijn: iedereen snapt nu beter dat grondstofwinning aan de andere kant van de wereld een alledaagse smartphone een zwart randje kan geven.

Tantaalverwerkers en elektronicaproducenten proberen daarom sinds een aantal jaren hun grondstofketens te certificeren, om metalen uit conflictgebieden te mijden.

167 kilo in een emmer

Om te beginnen heb ik in de VS wat tantaal besteld, bij een van de webwinkels die elementen leveren. Er zijn namelijk verzamelaars die thuis een periodiek systeem aan de muur willen hangen waarin – voor zover mogelijk – alle elementen zijn vertegenwoordigd.

Ik ontving een week later een fraai staafje van ruim vijftig gram 99,9 procent puur tantaal voor ongeveer een euro per gram. Inderdaad, tantaal is niet echt goedkoop, al betalen groothandelaren echt stukken minder: de prijs schommelt de laatste tijd rond de 320 euro per kilo, na uitschieters in 2007 die ruim het dubbele bedroegen.

Tantaal heeft een erg hoge dichtheid: een emmer van tien liter gevuld met tantaal weegt 167 kilo. Het is bijzonder om een metaal met zo’n hoge dichtheid vast te houden: zelfs een staafje van vijftig gram voelt een stuk zwaarder dan lood. Dat klopt ook wel, de dichtheid van tantaal (16,7 gram per kubieke centimeter) is veel groter dan die van lood (11,3 gram per kubieke centimeter) en benadert die van uranium (19,1 gram per kubieke centimeter).

Tantaal tegen tank

Niet voor niets gebruiken sommige raketsystemen – zoals de TOW2B Aero – een explosieve lading voorzien van een schijf tantaal. Zo’n lading komt aanvliegen en detoneert een paar meter boven het doel. Zo wordt een paar kilo tantaal als explosively formed penetrator met supersonische snelheid naar beneden gelanceerd.

De TOW2B Aero heeft zelfs twee van zulke ladingen, die elk onder een iets andere hoek zijn gericht voor een maximale trefkans. Militairen kunnen zo met een kleine lanceerinstallatie op vier kilometer afstand met gemak centimeters dikke bepantsering doorboren – tank en bemanning zijn kansloos.

Deze militaire verwerking is wat je noemt een niche-toepassing van tantaal. Het overgrote deel vindt z’n weg in piepkleine condensatoren. Die zorgen ervoor dat de stroomvoorziening van allerlei componenten in een smartphone of computer probleemloos blijven werken. Als elektronica betrouwbaar moet zijn – in ziekenhuizen en luchtvaart – worden er tantaalcondensatoren gebruikt. Verder is tantaal onder meer een ingrediënt in hittebestendige staalsoorten en superharde coatings en verven.

Niet schaars, wel onmisbaar

De vraag vanuit de elektronica-industrie stuurt grotendeels de markt voor tantaal. Vraag en aanbod sluiten daarbij nooit echt goed op elkaar aan, wat het fluctueren van de prijs verklaart. Mijnen sluiten en openen afhankelijk van de marktprijs. Zo viel kort na de crisis van 2008 de wereldwijde vraag naar tantaal sterk terug, waarna een van de grootste mijnen in Australië de productie stopte – winning was niet rendabel meer. Later  hervatte de mijn de productie even om later toch weer te stoppen. Brazilië is nu veruit de grootste producent van tantaalerts, met de grootste reserves.

De wereldvoorraad tantaal wordt geschat op 150.000 a 300.000 ton. Afgezet tegen het huidige verbruik van zo’n 1500 ton per jaar, wordt duidelijk dat de bodem van de tantaalmijnen voorlopig niet in zicht is – dit in tegenstelling tot de prikkelende verhalen die investeerders, beleidsmakers en het publiek soms worden voorgehouden over de op handen zijnde explosie van tantaalprijzen door nijpende tekorten.

Natuurlijk kunnen prijzen gaan stijgen als de mijnbouw achterblijft bij de vraag, en ook toegang tot strategische grondstoffen is cruciaal voor moderne industrieën en economieën. Niet voor niets houden sommige landen strategische voorraden aan van belangrijke metalen, waaronder tantaal. Maar van daadwerkelijke uitputting van tantaalvoorraden, zoals van andere bijzondere metalen, is voorlopig zeker geen sprake.

Recyclen

Toch blijft recycling een heel goed idee, omdat winning van tantaal uit tantaalerts een aanslag vormt op het milieu. Maar recycling blijkt bij tantaal een grote opgave, waarvoor voorlopig nog geen bruikbare technische oplossing is gevonden.

Waarom dat zo is, valt te lezen in deze Chemische Feitelijkheden, plus alle informatie over mijnbouw, chemische zuivering uit erts, de precieze rol in condensatoren en supersterke legeringen, die ervoor zorgen dat vliegtuigmotoren probleemloos blijven draaien.

Edities bestellen of abonneren op Chemische Feitelijkheden doe je hier.