Rohstoff Tantal – Sagenhaft vielseitig

Bild: AdobeStock - Björn Wylezich

27.07.2017

Rohstoff Tantal – Sagenhaft vielseitig

Tantal macht Stähle extrem hart, korrosions-, hitze- und säurenbeständig. Es ist außerdem der wichtigste Rohstoff für Kondensatoren sowie chirurgische Implantate. Auch die optische und chemische Industrie können nicht darauf erzichten.

Mit höllischen Qualen bestrafte Zeus den sagenhaften König Tantalos. Dieser hatte einen goldenen Hund aus dem Tempel des Göttervaters sowie Nektar und Ambrosia von der Tafel der Götter im Olymp gestohlen. Zur Strafe verbannte ihn Zeus in einen See, aus dem Tantalos nicht trinken konnte, obwohl er höllischen Durst hatte. Höllenqualen erleiden auch die Menschen in den Staaten Zentralafrikas, in denen Rebellengruppen ihre blutigen Kriege mit Erlösen aus dem Verkauf des nach der antiken Sagengestalt benannten Metalls – Tantal – finanzieren.

Rohstoff Tantal: Konfliktreicher Schatz Zentralafrikas

Angaben der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) zufolge bauten Ruanda und die Demokratische Republik Kongo im vergangenen Jahr fast zwei Drittel der weltweiten Fördermenge von 1.275 Tonnen Tantal ab. Dabei lag Ruanda mit einem Anteil von 47,1 Prozent weit vor dem Kongo mit 15,7 Prozent. Auf Rang drei und vier der weltweit größten Tantal abbauenden Staaten folgten Brasilien und Australien mit 9,3 Prozent und vier Prozent der globalen Bergwerksförderung.

Weitere große Förderstätten befinden sich in Mozambique, Äthiopien und Kanada. Neben den bekannten Reserven verfügen diese Staaten auch über die größten noch nicht erschlossenen Ressourcen des platingrauen Elements. Allerdings beuten die Staaten mit den größten Lagerstätten diese noch nicht so intensiv aus, wie die Warlords in den Staaten Zentralafrikas.

So verfügt Australien Zahlen des Geological Service der Vereinigten Staaten zufolge mit 40.000 Tonnen Tantalreserven über die weltweit größten derzeit wirtschaftlich abbaubaren Vorkommen. In Australien lagern ebenso wie in Brasilien mit jeweils 73.000 Tonnen auch die größten Ressourcen des Elements. Mit weitem Abstand folgt Kanada, wo 3.500 noch unerschlossene Tonnen Tantal lagern sollen, so die US-Geologen. Insgesamt belaufen sich die globalen Reserven des Elements auf etwa 98.000 Tonnen. Diese würden bei der derzeitigen jährlichen Fördermenge noch für rund 76 Jahre ausreichen. Neben der Bergwerksförderung wird Tantal jedoch auch aus der Schlacke gewonnen, die bei der Verhüttung von Zinn anfällt. Diese Rohstoffquelle erweitert die Reichweite der vorhandenen Lagerstätten.

Rohstoff Tantal – Sagenhaft vielseitig

Bild: Adobe Stock – angellodeco

Unverzichtbarer Rohstoff für die Stahl- und Elektronikindustrie

Rund 60 Prozent des weltweit abgebauten Tantal verarbeitet die Elektronikindustrie heute zu Kondensatoren. Da die Zahl der jedes Jahr produzierten Kondensatoren von acht Milliarden Stück im Jahr 2006 auf zwischen 25 und 58 Milliarden Bauteile im Jahr 2035 steigen wird, nimmt auch die Nachfrage der Elektronikindustrie nach Tantal bis dahin um mehr als das Siebenfache zu, hat die DERA berechnet.

Tantalkondensatoren sind klein und extrem leistungsfähig. Sie halten lange und verbrauchen wenig Strom. Da Tantal erst bei 2.996 Grad Celsius schmilzt sind auch die mit dem Metall hergestellten Kondensatoren sehr widerstandsfähig gegen Temperaturschwankungen. Die Bauteile kommen unter anderem in Handys, Computern, Digitalkameras, Hörgeräten, ABS-, GPS- sowie Zündsystemen in der Autoelektronik zum Einsatz.

Da Tantal nicht nur hitzebeständig, sondern auch leicht zu walzen, zu schweißen und zu schmieden sowie polierfähig ist, nicht versprödet oder verwittert und sich bereits in kaltem Zustand verformen lässt, ist es auch einer der wichtigsten Veredler bei der Produktion von hochfesten und hitzebeständigen Stählen. Diese werden beispielsweise beim Bau von Hochöfen, Wärmetauschern, Verdampfungsanlagen und Reaktionskesseln für die chemische Industrie, im Raketenbau, der Kerntechnik oder für die Herstellung panzerbrechender Munition eingesetzt.

Superhart und supersäurebeständig

Da Tantal außerdem mit Ausnahme von Flusssäure, heißer Schwefelsäure, heißem Chlor, Fluor und Schwefel allen Säuren und Basen einschließlich Königswasser standhält, lassen sich mit dem Element auch säurefeste Stähle herstellen.

Tantal macht Werkstoffe darüber hinaus extrem hart. In Verbindung mit Carbid etwa erreicht es einen Härtewert von neun bis zehn au. Das entspricht fast der Härte von Diamanten. Ingenieure im Maschinenbau und der Luftfahrt beschichten mit dem Element deshalb Triebwerksdüsen und Schneidwerkzeuge. Insgesamt kommen 42 Prozent des weltweit abgebauten Tantals in Superlegierungen, Walzprodukten sowie karbidhaltigen Werkzeug- und Schneidestählen zum Einsatz.

Tantal fördert Heilungsprozesse in Orthopädie und Chirurgie

Weitere Anwendungsgebiete finden sich in der optischen Industrie. Diese stellt mit dem Material hochbrechende Linsen wie jene an Bord des Hubble-Weltraumteleskops her. Die Medizintechnik schließlich nutzt Tantal, um damit Kathoden für Elektronen- und Röntgenröhren, Laborgeräte, Pinzettenspitzen, Klammern, Kanülen und Zahnbohrer sowie chirurgische Implantate herzustellen. Tantal reagiert weder mit Körperflüssigkeiten noch –geweben. Deshalb halten Knochennägel, Prothesen und Kieferschrauben aus dem Element im Körper des Patienten deutlich länger als Implantate aus anderen Werkstoffen. Moderne Hüftgelenke bestehen daher zu 98 Prozent aus dem bioneutralen Metall. Aufgrund der Oberflächenstruktur von Tantal wachsen künstliche Gelenke aus dem Metall im Körper auch leichter an.

Magere Recyclingquote von Tantal

Zwar lässt sich Tantal beim Bau von Schneidwerkzeugen sowie der Herstellung korrosions- und hitzefester Stähle durch Niob, Titan, Zirkonium, Platin, Molybdän, Iridium, Rhenium oder Wolfram ersetzen. Bei Kondensatoren für anspruchsvolle Spezialanwendungen sowie in der Medizintechnik stehen jedoch keine vergleichbaren Werkstoffe zur Verfügung. Allerdings könnten Entsorger weitaus größere Mengen des Rohstoffs wiedergewinnen. Weltweit wird nur ein Prozent des in Altgeräten eingesetzten Metalls aus Endverbraucherabfällen zurückgewonnen, so die DERA. Etwas besser ist die Recyclingquote mit immerhin sechs Prozent in der Europäischen Union.

Rückgewinnen ließe sich aus den Abfällen jedoch erheblich mehr: Immerhin kommen 68 Prozent des globalen Tantalangebots in Elektrogeräten unterschiedlicher Art zum Einsatz. Allerdings beträgt der Gewichtsanteil von Tantal beispielsweise in einem PC gerademal 0,0157 Prozent des Gesamtgewichts. Deshalb geht der Werkstoff in der Regel bei der Rückgewinnung des in den Geräten enthaltenen Kupfers verloren. Auch ein isoliertes Recycling des in Stählen legierten Tantals ist technologisch noch so aufwändig, dass es sich nicht wirtschaftlich durchführen lässt. Erheblich größere Mengen Tantal gewinnen Anwender hingegen aus Produktionsabfällen zurück. Hier liegt die Recyclingquote bei zehn bis 25 Prozent.

Zusammenfassung Rohstoff Tantal
Beschreibung: · chemisches Element ‚Ta‘ mit der Ordnungszahl 73
· Tantal ist elektrisch sowie thermisch leitfähig
· Das wichtigste Erz, in dem Aluminium gebunden ist, ist Bauxit. Es enthält zwischen 15 und 25 Prozent reines Aluminium
· Das platingraue Metall lässt sich leicht walzen, schweißen und schmieden, versprödet und verwittert nicht und lässt sich bereits in kaltem Zustand verformen
· Das Metall widersteht außerdem so gut wie allen Säuren und Basen und reagiert nicht mit Körperflüssigkeiten oder –geweben
Verwendung: · Kondensatoren (40%)
· Superlegierungen (21%)
· Walzprodukte (11%)
· Herstellung karbidhaltiger Werkzeug und Schneidstähle (10%)
· Chemische Industrie (6%)
Größte Förderländer von Tantal: · Ruanda (47,1%)
· Demokratische Republik Kongo (15,7%)
· Brasilien (9,3%)
Größte tantalfördernde Unternehmen : k.A.
Vorhandene Reserven*: 98.000 Tonnen
Vorhandene Ressourcen**: k.A.
Statistische Reichweite der Reserven: 76 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen: k.A.
Recyclingquote: · In der EU gewinnen Entsorger rund sechs Prozent des in Altgeräten eingesetzten Tantal wieder.
· Weltweit beträgt die Recyclingquote allerdings nur ein Prozent.
Substituierbarkeit: · Beim Bau von Schneidwerkzeugen sowie der Herstellung korrosions- und hitzefester Stähle lässt sich Tantal durch Niob, Titan, Zirkonium, Platin, Molybdän, Iridium, Rhenium oder Wolfram ersetzen.
· Keinen Ersatz für das Metall gibt es bei der Produktion von Kondensatoren für anspruchsvolle Anwendungen sowie in der Medizintechnik.
Jahresproduktion von Tantal 2016: 1.275 Mio. Tonnen.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen
**Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen

 

Autor: Dörte Neitzel

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