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17/01/2022

Tántalo: historia de un recurso limitado

Tantal

El metal tántalo (Ta) es considerado un elemento crítico por la UE, es decir, con una importancia económica creciente y una disponibilidad limitada. Se extrae con dificultades en países en conflicto del África Central en forma de mineral coltán, su aislamiento es complejo y caro, su reserva escasa, y solo se recicla un 1%. Esta situación es alarmante teniendo en cuenta que el tántalo está presente en la mayoría de los productos electrónicos como móviles, tabletas y ordenadores portátiles como elemento esencial del condensador dadas sus propiedades únicas. Urge encontrar un sustituto de este para evitar una crisis electrónica en un futuro no tan lejano.

Istockphoto/Evgeny Gromov

Cada vez se hace un uso más abusivo de los metales, esto hace que cada vez haya una mayor preocupación por su disponibilidad a medio plazo. Los metales críticos son aquellos que su importancia económica va en aumento i presentan un futuro preocupante. De algunos de estos metales hay poca información sobre su concentración en la corteza terrestre, sobre sus métodos de extracción, así como su posible reciclaje. 

Uno de estos metales es el tántalo (Ta). Este elemento ha sido clasificado como elemento crítico por la Unión Europea, tanto por su importancia económica como porque sus minas se encuentran en territorios políticamente inestables. Es un elemento de transición y ocupa la 51 posición en abundancia en la corteza terrestre. Se encuentra en la naturaleza en forma de óxido de tántalo (Ta2O5). El mineral con mayor porcentaje de tántalo es el “coltan”. Este mineral se encuentra principalmente en África Central, en concreto en la República del Congo y Ruanda. La extracción de este mineral se hace mediante la minería artesanal y a pequeña escala. Este proceso de obtención comporta conflictos bélicos, violación de los derechos humanos, explotación infantil, condiciones de trabajo peligrosas, deforestación de bosques, extinción de animales y en general multitud de problemas medioambientales. 

El tántalo tiene una gran importancia por sus propiedades únicas que lo hacen imprescindible en muchas aplicaciones, como en los condensadores de los dispositivos electrónicos, imprescindibles en la fabricación de móviles, tabletas, ordenadores…, lo que provoca una gran demanda de este metal. Actualmente no hay ningún otro material que pueda sustituir al tántalo en los condensadores y éstos indispensables en las nuevas tecnologías, por ejemplo, los ordenadores portátiles contienen 1g Ta/unidad y los ordenadores de sobremesa 3g Ta/unidad. 

Los condensadores son unos dispositivos muy utilizados en electricidad, sobre todo en aplicaciones para circuitos electrónicos. Sirven para almacenar pequeñas cantidades de energía y recuperarla posteriormente. Un condensador está formado por dos placas metálicas conductoras separadas por un material aislante, llamado dieléctrico.  

Existen diversos tipos de condensadores, dependiendo tanto del material con que están construidos, como de la forma: condensadores de papel impregnado, papel metalizado, plástico, cerámica, mica, aluminio y de tántalo. 

Condensadores de tántalo: los sistemas electrónicos son cada vez mas pequeños, esto obliga a que los condensadores sean cada vez de menor tamaño. Esto es un factor limitante a la hora de construir los aparatos electrónicos. Los de aluminio y tántalo son electrolíticos. La mayoría de los condensadores utilizaban una lámina de Al2O3, en la actualidad esta lámina se sustituye por una de Ta2O5. Estos son más pequeños y por un determinado peso y volumen su capacitancia es mayor, también permiten trabajar a temperatura mas alta, así como reducir las pérdidas del sistema. Aunque el número de ventajas es grande, también presentan algunas desventajas, como la recomendación de que operen entre el 50-60% de su voltaje. Además, si se invierte la polaridad pueden fallar drásticamente. 

Los condensadores de tántalo tienen básicamente tres componentes: 

  1. Las terminales formadas por hierro, níquel o cobre 

  1. El empaquetamiento está formado por una resina de epóxido ignífuga. Esta resina es un polímero al que se le añade dióxido de silicio (SiO2) con la finalidad de mejorar la estabilidad térmica 

  1. El electrodo de tántalo, formado por polvo de tántalo (90% en pes o más) i trazas de otros elementos   

El tántalo es poco abundante, con reservas limitadas y es indispensable para el funcionamiento de muchos dispositivos electrónicos. Por todos estos motivos es importante que pueda ser reciclado. En la actualidad, el porcentaje de reciclaje del tántalo es sólo del 1%, mientras que el porcentaje de reciclaje de los metales preciosos (platino, paladio, oro, plata) es del 90%. Una de las principales razones del poco reciclaje se debe a que no pueden utilizarse procesos habituales para otros metales como son los pirometalúrgicos (proceso de extracción del metal mediante el calor) y los hidrometalúrgicos (utilizan para la extracción soluciones acuosas u orgánicas). En el caso del tántalo son métodos poco viables económicamente, ya que el metal está en una baja concentración. En la actualidad, se cree que las reservas de este metal son como máximo de 50 años. 

El mineral del tántalo (coltán) siempre contiene altas cantidades de neobio (Nb) y para su separación se necesitan grandes cantidades de energía, debido a que los dos metales tienen unas propiedades parecidas. Los residuos provenientes de los condensadores no contienen niobio y por este motivo se consideran fuentes de tántalo de alta calidad y es básicamente a partir de éstos que se lleva a cabo el reciclaje.  

La metodología de recuperación del tántalo puede ser manual o automatizada y esto depende tanto del número de condensadores a reciclar como del tamaño de los mismos. Uno de los inconvenientes es el tiempo que se necesita para desmontar los condensadores y localizar el tántalo. Además, ha de tenerse en cuenta el país donde se lleva a cabo el reciclaje, ya que el alto coste laboral es un problema añadido y esto lo puede hacer inviable. 

Después de analizar la información sobre el tántalo se puede concluir que este elemento es cada vez más conocido y tiene un gran abanico de aplicaciones. Al ser las reservas del mineral finitas es necesario desarrollar métodos de recuperación del tántalo ya que los utilizados actualmente son poco efectivos y económicamente poco viables. También es de destacar que el mineral que contiene el tántalo (coltán), y la extracción de este mineral en la mayoría de los países se lleva a cabo de forma ilegal y esto en la actualidad es un gran problema tanto social como económico. 

Gal·la Ruiz Serrano, Josefina Pons

Departamento de Química
Universitat Autònoma de Barcelona

Referencias

Wolf, D. (1990, Feb). Tantalum and Niobium (Review of the book Lanthanides, tantalum and niobium. Mineralogy, geochemistry, characteristics of primary ore deposits, prospecting, processing and Applications, by P. Möller, P. Cerný, F. Saupé (eds). Crystal Research & Technology. https://doi.org/10.1002/crat.2170250214

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Wilk, G.; Wallace, R.; Anthony, J. High-k gate dielèctrics: Current status and materials properties considerations Journal of Applied Physics 89(10), 5243-5275, 2001. https://doi.org/10.1063/1.1361065

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Köck, W., Paschen, P. Tantalum-processing, properties and applications. JOM 41, 33-39 (1989). https://doi.org/10.1007/BF03220360

 
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