Coltan

Begehrtes Konfliktmineral

Über Coltan, ein tantalhaltiges ­Mineral, würde man wohl nicht so häufig nachdenken, wäre das Mate­rial nicht während des Bürgerkriegs in der Demokratischen Republik Kongo (DRK) von den ­lokalen Milizen zur Bezahlung von Soldaten und zum Kauf von Waffen missbraucht worden. Der illegale unkontrollierte Abbau – die Bergbauregionen liegen zum Teil in Regenwaldgebiet – führte überdies zur Zerstörung von Fauna und Flora, insbesondere des ohne­hin schon stark eingeschränkten Lebensraums der Gorillas.

Vorkommen

Coltan ist ein in Afrika aufgekommenes Wort für ein Gemisch aus den Erzen Columbit und Tantalit. Es enthält Niob (Nb) und vor allem in hoher Konzentration das begehrte Tantal (Ta). Beide Elemente kommen wegen der Lanthaniden-Kontraktion und derselben Ionenradien (Nb⁵⁺, Ta⁵⁺: 64pm) immer vergesellschaftet vor. Die chemische und mineralogische Zusammensetzung von Nb-Ta-Oxiden ist komplex. Zusätzlich zur Columbit-Reihe treten weitere Nb/Ta-reiche Phasen auf. Ta wird vor allem als Tantalit gewonnen, gefolgt von Mikrolith, Tapiolit und Wodginit (Tab.1). Auch in Zinnschlacken sind Anteile von Ta vorhanden. Nb-reich sind die Mineralien Columbit, Lueshit und Pyrochlor.

Die Hauptlagerstätten für Nb-und Ta-Erze liegen in Australien, Brasilien, Kanada und Afrika. Coltan tritt vor allem in Flussbetten, Sedimentablagerungen und weichen Gesteinen auf, sein Abbau erfordert keinen hohen technischen Aufwand.

2008 wurden weltweit etwa 1930t Ta₂O₅ gewonnen. Die Hauptabbaugebiete liegen in Afrika (38%), Australien (31%), Asien (13%), Brasilien (12%), Kanada (4%) und Europa (4%). 2009 wurden in Australien, Mosambik und Kanada bedeutende Tantalminen geschlossen. 2002 produzierte Australien etwa 60% des gesamten globalen Ta, nach Schließung der Minen in Wodgina und Greenbushes nur noch 10%. Seither stieg die Produktion in Afrika um über 50% und davon stammt wiederum die Hälfte aus der DRK.

Die weltweiten Vorkommen von Tantal werden mit etwa 317000t Ta₂O₅ angegeben. Sie befinden sich vornehmlich in Südamerika, Australien und Afrika. Mit den heute bekannten Ressourcen, neuen Bergbauprojekten, der zusätzlichen Verfügbarkeit in Zinnschlacken und der Option des Recyclings scheint die zukünftige Versorgung mit Tantal gesichert zu sein.

Das Coltan-Problem

Der Abbau von Coltan hat in der DRK zu einer Intensivierung und Verlängerung der kriegerischen Handlungen geführt, wobei sich die jeweiligen Regierungen, Rebellen und Nachbarländer bereichert haben. Angenommen wird, dass auch heute noch große Teile des in Kleinstminen abgebauten Coltans in Nachbarländern wie ­Ruanda, Burundi und Uganda landen. Von dort gelangt das Erz meist auf dem Landweg bis zu den Seehäfen Mombasa und Daressalam. 2009 haben die Rebellengruppen durch den Handel mit dem Konfliktmaterial vermutlich über eine Milliarde US-Dollar verdient. Der illegale Handel mit Coltan endet letztlich beim Abnehmer elektronischer Produkte (Abb.). Auf dem Weg dahin verliert sich leicht die Spur über die Herkunft der verwendeten Materialien.

2010 verabschiedete die US-Regierung das Dodd-Frank-Gesetz, das für US-Börsen notierte Unternehmen Standards für Problemmetalle festlegt. Diese fordern Sorgfaltspflichten, welche die jeweiligen Zulieferer entlang der globalen Lieferketten einhalten müssen. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) entwickelte bereits 2007 im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie ­(BMWi) und des Ministeriums für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) ein Rohstoffzertifizierungs­system. Außerdem wurde ein analytischer Herkunftsnachweis für Tantal-, später auch für Zinn- und Wolframkonzentrate entwickelt. Die Umsetzung der Nachverfolgbarkeit und die Zertifizierung müssen jedoch realistisch gesehen werden, denn alle diese Maßnahmen können keinen politischen Konflikt lösen.

Gewinnung von Nb und Ta

Das gebrochene Erz wird gemahlen und durch Flotation angereichert. Dabei entsteht ein Konzentrat mit einem Gehalt von 4–6% Ta₂O₅. Eine weitere Anreicherung auf 20–30% erreicht man über Gravitations- und Magnettrenntechniken. Dieses Material wird danach mit H₂SO₄/HF aufgeschlossen. Die Ta/Nb-Salze wurden früher durch fraktionierte Destillation der Kaliumheptafluorate (K₂NbF₇, K₂TaF₇) getrennt. Die heute gebräuchliche Methode ist die Extraktion mit Tributyphosphat, Cyclohexanon oder Methylisobutylketon. Dabei bleiben Mn, Fe und Verunreinigungen in der wässrigen Phase zurück. Bei Zugabe von Wasser zur organischen Phase bleibt das Ta-Salz in der organischen Phase zurück.

Aus den Lösungen wird Nb bzw. Ta mit NH₃ als Hydroxide ausgefällt und durch Kalzinieren in die entsprechenden Oxide überführt; durch Zugabe von KF kristallisieren K₂NbF₇ bzw. K₂TaF₇ aus.

Reines Ta erhält man durch:

// 4Reduktion von K₂TaF₇ mit Natrium bei 800oC,

// 4Reduktion von Ta₂O₅ mit Kohlenstoff bei 2200oC,

// 4Reduktion von TaCl₅ oder TaF₅ im Wasserstoffplasma,

// 4Elektrolyse einer Schmelze aus Ta₂O₅ /K₂TaF₇ /Alkalifluorid.

Verwendung

Der größte Teil des weltweit gewonnenen Tantals, etwa 60%, wird für die Herstellung sehr kleiner Kondensatoren verwendet. Sie zeichnen sich aus durch eine hohe Kapazität, hohe Lebensdauer, geringen Strom­verbrauch und geringe Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen. Man findet sie deshalb überall, in Handys, Computern, Digitalkameras, Hörgeräten, Herzschrittma­chern oder in der Autoelektrik.

Für die Zukunft wird ein erhöhter Bedarf an Ta-Kondensatoren vor allem für die Raumfahrt und die Luftfahrtindustrie erwartet. Tantal wird als Metall oder in Legierungen wegen seiner Beständigkeit bei hohen Temperaturen und seiner Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien in der chemischen Industrie und im Apparatebau eingesetzt. Wegen seiner Biokompatibilität wird es für die Herstellung medizinischer Implantate und Instrumente verwendet. Tantaloxid (Ta₂O₅) ist das Ausgangsmaterial für andere Ta-Verbindungen wie TaCl₅, dem außergewöhnlich harten TaC (Mohs Härtescala: 9–10) oder LiTaO₃. Das Oxid selbst dient zur Herstellung hoch lichtbrechender Gläser.

GS

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