혁신이 탄탈륨 수요를 주도하는 방법

탄탈륨은 매우 희귀하고 순수할 때 부드러운 청회색 전이 금속으로 내식성이 뛰어납니다. 이는 내화성 금속 그룹에 속하며 안정성과 높은 용융 온도(탄탈륨의 경우 3,017oC)로 인해 합금의 부성분으로 널리 사용됩니다. 탄탈륨은 전 세계 평균 농도가 1~2ppm에 불과하여 지각에 널리 분산되어 있습니다.

탄탈륨의 화학적 불활성으로 인해 실험실 장비에 귀중한 물질이자 백금을 대체할 수 있습니다. 오늘날 주요 용도는 휴대폰, DVD 플레이어, 컴퓨터 등 전자 장비의 탄탈륨 커패시터는 물론 엔진 및 가스터빈의 고온 성능으로 인해 반도체와 다양한 유형의 합금 및 초합금에도 사용됩니다. 현재 유럽연합 집행위원회(EC)에서는 기술에 중요한 요소로 간주하고 있으며 캐나다와 미국의 중요 광물 목록에도 포함되어 있습니다.

화학적으로 유사한 5족 원소인 니오븀과 함께 흔히 발견되는 탄탈륨은 주로 광물 탄탈라이트-콜럼바이트(Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6에서 발생합니다. 이는 또한 페르구소나이트(Y,REE)(Ta,Nb)O4(Avalon의 Nechalacho REE 프로젝트에서 발생) 및 사마르스카이트(Yb,Fe)2(Ta,Nb)2O8을 포함한 일부 희토류 광물에서도 발생합니다. 탄탈라이트-콜럼바이트는 일반적으로 리튬-세슘-탄탈륨(LCT) 페그마타이트에서 발견됩니다. 리튬 배터리 소재에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 더 많은 LCT 페그마타이트 개발(Avalon의 Separation Rapids 리튬 프로젝트 포함)은 탄탈라이트가 리튬 광물 회수의 부산물로 쉽게 생산될 수 있으므로 공급을 늘리는 데 도움이 될 것입니다.

탄탈륨은 기내 가스터빈에 사용되는 탄탈륨의 안정성으로 인해 항공 및 우주항공과 관련된 다양한 신기술에서 새로운 응용 분야의 혁신이 계속되고 있습니다. 탄탈륨 합금은 수술 도구에 사용할 때 자극이 없고 체액에 완전히 불활성이므로 의료 장비에도 응용할 수 있어 수술용 임플란트에 이상적인 재료입니다.

이 금속은 뛰어난 생체적합성, 높은 연성과 내식성으로 인해 임플란트 소재로 수요가 점점 더 늘어나고 있습니다. 인간의 뼈는 탄탈륨에 대한 친화력이 좋기 때문에 다공성 고강도 뼈 임플란트를 만드는 데에도 사용됩니다. 뼈의 성장을 촉진하는 효능도 있습니다.

혁신으로 인해 탄탈륨에 대한 수요가 계속해서 증가할 것입니다. 2021년 전 세계 수요는 1,887톤이었으며 현재 새로운 응용 분야의 혁신 속도에 따라 2028년까지 최소 2,440톤까지 증가할 것으로 예상됩니다. 탄탈륨 가격은 현재 광물 농축물과 파생 제품의 현지 생산 여부에 따라 $210/kg에서 $360/kg 사이입니다.

자동차 산업에서 탄탈륨에 대한 수요는 커패시터(또는 울트라커패시터)가 에너지 저장에 도움이 될 수 있는 전기 자동차로 전환함에 따라 가속화될 가능성이 높습니다. 마찬가지로 스마트폰, 노트북 컴퓨터는 물론 의료용 애플리케이션 등 에너지 저장이 중요한 다양한 전자 제품에 대한 수요 증가도 수요 증가에 기여할 것입니다. 탄탈륨 커패시터는 이식형 의료 기기에 활용되고 있으며 전자 산업에서 의료에 적용할 수 있는 흥미로운 신제품의 혁신이 계속됨에 따라 건강과 웰빙을 위해 설계된 전자 기기에서의 사용이 증가할 것입니다.

탄탈륨은 또한 성능이 매우 안정적인 박막 확산층으로 반도체 생산에 사용됩니다. 다양한 반도체 응용 분야 및 장치 작동 온도에 대해 가장 안정적인 열적, 전기적, 기계적 특성을 갖춘 탄탈륨은 가장 높은 순도 수준을 제공합니다. 칩 생산을 위한 실리콘 및 이산화규소와의 탄탈륨 호환성 또한 중요한 이점입니다.

가스 터빈에 탄탈륨을 적용하면 높은 용융 온도를 활용할 수 있습니다. 더 높은 온도의 기계적 특성, 향상된 내식성 및 긴 수명을 갖춘 소재를 만들기 위해 니켈 기반 초합금에 탄탈륨을 첨가합니다. 중량의 약 50%를 차지하는 소위 가스 터빈 엔진의 고온 부분에서 탄탈륨은 단결정 및 다결정 초합금의 핵심 구성 요소입니다. 초합금에서 탄탈륨의 기능과 성능을 향상시키는 방식은 새로운 합금 그룹을 만들어 많은 신기술에 적용되었습니다.