Metalle der Seltenen Erden

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Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide – insgesamt also 17 Elemente. Nach den Definitionen der anorganischen Nomenklatur heißt diese Gruppe chemisch ähnlicher Elemente Seltenerdmetalle. Im Deutschen gibt es des Weiteren den Begriff Seltene Erdelemente und passend dazu das dem englischen REE (Rare Earth Elements) nachempfundene Kürzel SEE.

Bezeichnung und Einteilung[Bearbeiten]

Die oft verwendete abgekürzte Bezeichnung Seltene Erden statt Metalle der Seltenen Erden ist missverständlich. Der Name der Gruppe stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und beruht auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden. Nur Promethium, ein kurzlebiges radioaktives Element, ist in der Erdkruste wirklich selten. Einige der Metalle der Seltenen Erden (Cer, Yttrium und Neodym) kommen in der Erdkruste häufiger vor als beispielsweise Blei, Molybdän oder Arsen. Thulium, das seltenste stabile Element der Metalle der Seltenen Erden, ist immer noch häufiger vorhanden als Gold oder Platin.

Die Bezeichnung Metalle der Seltenen Erden ist insofern berechtigt, als größere Lagerstätten von geeigneten Mineralien tatsächlich selten sind. Die Elemente kommen zumeist nur jeweils in kleinen Mengen, in sehr vielen, weit verstreut lagernden Mineralien sowie als Beimischungen in anderen Mineralien vor. Ein Großteil der industriellen Gewinnung von Seltenerdmetallen geschieht daher als Nebenprodukt durch die chemische Aufbereitung bei der Gewinnung anderer, stärker konzentriert vorliegender Metalle aus deren Erzen.

Man unterscheidet ferner leichte und schwere Seltene-Erdelemente, die exakte Einteilung ist hierbei strittig.

Leichte Seltene-Erdelemente
(engl. LREE)
Ordnungszahl
Scandium (21)
Lanthan (57)
Cer (58)
Praseodym (59)
Neodym (60)
Promethium (61)
Samarium (62)
Europium (63)
Schwere Seltene-Erdelemente
(engl. HREE)
Ordnungszahl
Yttrium (39)
Gadolinium (64)
Terbium (65)
Dysprosium (66)
Holmium (67)
Erbium (68)
Thulium (69)
Ytterbium (70)
Lutetium[1] (71)

Eigenschaften[Bearbeiten]

Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Von besonderem Interesse sind die spektroskopischen Eigenschaften Seltener Erden. So weisen sie im Festkörper, im Gegensatz beispielsweise zu Halbleitern, ein diskretes Energiespektrum auf. Dies liegt an der besonderen Struktur der Elektronenhülle. Optische Übergänge finden innerhalb der 4f-Schale statt, welche durch die größeren besetzten 5s, 5p und 6s-Schalen nach außen hin abgeschirmt ist. Eine Bandstruktur kann sich aufgrund dieser Abschirmung für die f-Orbitale nicht ausbilden. Die Absorptionslinien sind, aufgrund der für die einzelnen Ionen der Elemente unterschiedlichen elektronischen Umgebung im Kristall (Kristallfeld), ausgesetzt. Die inhomogene Linienbreite reicht, je nach Kristall, von einigen hundert Gigahertz bis zu etwa zehn Gigahertz.

Im atomaren Zustand sind die meisten dieser Übergänge hingegen „verboten“ (siehe Verbotener Übergang). Im Festkörper hebt das Kristallfeld durch andere Übergänge diese atomaren Verbote jedoch zu einem gewissen Grad auf. Die Übergangswahrscheinlichkeiten sind dennoch gering.

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerd-Metalle macht ihre Trennung aufwendig und kostspielig. Oft genügt es, preiswertes Mischmetall einzusetzen. Es ist eine Mischung aus Seltenerd-Metallen, die bei der Aufbereitung von Seltenerd-Erzen, zum Beispiel Monazit, anfällt. Seltenerd-Metalle zählen zu den lithophilen und inkompatiblen Elementen.

Metalle der Seltenen Erden im Periodensystem[Bearbeiten]

1
H
2
He
3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
55
Cs
56
Ba
57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
87
Fr
88
Ra
89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Uut
114
Fl
115
Uup
116
Lv
117
Uus
118
Uuo

Geschichte[Bearbeiten]

Jahr Element/Mineral Entdecker Namensgebung
1784
Yttriumoxid
C. A. Arrhenius
Ort: Ytterby
1794
Gadolinit
Gadolin
Person: Johan Gadolin
1751
Cerit
Cronstedt
Planetoid: Ceres
1804
Cer
Berzelius
Hisinger
Planetoid: Ceres
1839
Samarskit
Klaproth
G. Rose
Person: Oberst Samarsky
1839
Lanthan
Mosander
Eigenschaft: Versteckt sein
1842
Didym
Mosander
Eigenschaft: Zwillinge
1843
Erbium
(ab 1864 bekannt
als Terbium)
Mosander
Ort: Ytterby
1843
Terbium
(ab 1864 bekannt
als Erbium)
Mosander
Ort: Ytterby
1878
Ytterbium
Marignac
Ort: Ytterby
Eigenschaft: Zwischen
Erbium und Yttrium
1879
Samarium
Boisbaudran
Mineral: Samarskit
1879
Scandium
Nilson
Ort: Skandinavien
1879
Thulium
Cleve
Ort: Skandinavien
(alter Name: Thule)
1879
Holmium
Cleve
Ort: Stockholm
1886
Dysprosium
Boisbaudran
Eigenschaft:
Unzugänglich (griech.)
1886
Gadolinium
Marignac
Person: Gadolin
1886
Praseodym
Auer von Welsbach
Eigenschaft:
Grüner Zwilling
1886
Neodymium
Auer von Welsbach
Eigenschaft:
Neuer Zwilling
1901
Europium
Demarçay
Ort: Europa
1907
Lutetium
Urbain
Auer von Welsbach
Ort: Paris
(lateinisch Lutetia)
1947
Promethium
Marinsky
Glendenin
Coryell
Sage: Prometheus

Im Jahr 1787 entdeckte Carl Axel Arrhenius, ein Leutnant der schwedischen Armee, ein ungewöhnliches Exemplar schwarzen Erzes nahe der Feldspatmine bei Ytterby.[2] 1794 isolierte Johan Gadolin, ein finnischer Professor an der Universität von Åbo, rund 38 Prozent einer neuen, bislang nicht beschriebenen „Erde“ (Oxid). Obwohl Arrhenius das Mineral Ytterite benannt hatte, bezeichnete es Anders Gustaf Ekeberg als Gadolinit. Kurz darauf, im Jahre 1803, isolierten der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth sowie Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger in Schweden unabhängig voneinander eine ähnliche „Erde“ aus einem Erz, das 1751 Axel Frederic Cronstedt in einer Mine nahe Bastnäs in Schweden gefunden hatte. Dieses Mineral wurde Cerit und das Metall Cer benannt, nach dem damals gerade entdeckten Planetoiden Ceres.

Carl Gustav Mosander, ein schwedischer Chirurg, Chemiker und Mineraloge, führte zwischen 1839 und 1841 Versuche zur thermischen Zersetzung einer Probe aus Nitrat, die aus Cerit gewonnen war, durch. Er laugte das Produkt mit verdünnter Salpetersäure aus, identifizierte das unlösliche Produkt als Ceroxid und gewann schließlich zwei neue „Erden“ aus der Lösung, Lanthana (zu verstecken) und Didymia (Zwillingsbruder von Lanthana). Auf ähnliche Weise isolierte Mosander 1843 drei oxidische Fraktionen aus dem ursprünglichen Yttriumoxid: eine weiße (Yttriumoxid), eine gelbe (Erbiumoxid) und eine rosa (alt: Terbiumoxid).

Diese Beobachtungen führten zu einer Periode intensiver Erforschung sowohl von Ceroxid als auch von Yttriumoxid bis gut in die 1900er Jahre hinein, an der bedeutende Forscher der damaligen Zeit beteiligt waren. Es gab Doppelarbeit, ungenaue Berichte, zweifelhafte Entdeckungsansprüche und unzählige Beispiele von Verwirrung aufgrund mangelnder Kommunikationsmöglichkeiten und fehlender Charakterisierungs- und Trennmethoden.

Nach 1850 diente die neu entdeckte Spektroskopie dazu, das Vorhandensein der bekannten Elemente nachzuweisen und neue zu identifizieren. 1864 nutzte Marc Delafontaine, ein schweizerisch-amerikanischer Chemiker, die Methode, um Yttrium, Terbium und Erbium als Elemente eindeutig nachzuweisen. Er verwechselte dabei die Namen von Terbium und Erbium, die bis heute so blieben.

1885 begann Carl Auer von Welsbach mit Untersuchungen an Didym. Zum damaligen Zeitpunkt wurde bereits vermutet, dass es sich bei diesem nicht um ein einziges Element handelte. Jedoch waren die bisherigen Anstrengungen, die einzelnen Elemente zu trennen, nicht erfolgreich gewesen. Auer wandte dabei seine Methode der fraktionierten Kristallisation an, statt eine fraktionierte Fällung. Dadurch gelang ihm die Trennung des vermeintlichen Didyms in Praseodym und Neodym. 1907 veröffentlichte er Versuchsergebnisse zur Existenz von zwei Elementen in Ytterbium, die er Aldebaranium und Cassiopeium nannte. Nach dem längsten Prioritätsstreit in der Geschichte der Chemie mit dem französischen Chemiker Georges Urbain werden diese heute als Ytterbium und Lutetium bezeichnet.

Mit Lutetium wurde das Kapitel der Geschichte der Entdeckung der natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden, die länger als ein Jahrhundert gedauert hatte, abgeschlossen. Auch wenn alle natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden entdeckt waren, war dies den damaligen Forschern nicht bewusst. So setzten sowohl Auer als auch Urbain ihre Arbeiten fort. Die theoretische Erklärung zur großen Ähnlichkeit der Eigenschaften der Metalle der Seltenen Erden und auch zur Maximalanzahl dieser kam erst später mit der Entwicklung der Atomtheorie. Die Ordnungszahl wurde 1912 durch van den Broek eingeführt. Henry Growyn und Henry Moseley entdeckten 1913, dass es eine mathematisch darstellbare Beziehung zwischen der Ordnungszahl eines Elementes und der Frequenz der emittierten Röntgenstrahlen an einer Antikathode des gleichen gibt. Urbain unterwarf daraufhin alle Elemente der Seltenen Erden, die in jüngster Zeit entdeckt worden waren, dem Test von Moseley und bestätigte, dass sie echte Elemente waren. Der Bereich der Elemente der seltenen Erden vom Lanthan mit der Ordnungszahl 57 bis zum Lutetium mit 71 wurde aufgestellt, 61 war jedoch noch nicht bekannt.

1941 bestrahlten Forscher der Universität von Ohio Praseodym, Neodym und Samarium mit Neutronen, Deuteronen und Alphapartikeln und erzeugten dadurch neue Radioaktivitäten, die höchstwahrscheinlich auf die des Elementes Nummer 61 zurückzuführen waren. Die Bildung von Element 61 wurde auch 1942 von Wu und Segrè beansprucht. Der chemische Nachweis gelang 1945 am Clinton Laboratory, dem späteren Oak Ridge National Laboratory durch Marinsky, Glendenin und Coryell, die das Element durch Ionenaustauschchromatographie aus den Produkten der Kernspaltung von Uran und der Neutronen-Bombardierung von Neodym isolierten. Sie nannten das neue Element Promethium.[3]

In den 1960er- bis 1990er-Jahren leistete Allan Roy Mackintosh entscheidende Beiträge zum atom- und festkörperphysikalischen Verständnis der Seltenen Erden.

Vorkommen[Bearbeiten]

Seltene-Erden-Erze aus Baotou, China
Seltene-Erden-Erze aus Baotou, China
Seltene-Erden-Erze aus Baotou, China
Seltene-Erden-Erze aus Baotou, China

Die größten Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich in China in der Inneren Mongolei (2,9 Millionen Tonnen, beispielsweise Bayan-Obo-Mine, Erzgehalt von 3-5,4 Prozent der Selten-Erde-Metalle). Das bislang größte bekannte Vorkommen außerhalb Chinas mit mindestens 1,4 Millionen verwertbaren Tonnen ist Mount Weld in West-Australien. Daneben gibt es große Vorkommen in Grönland mit einem Vorkommen von 2,6 Millionen Tonnen – deren Abbau wird allerdings erst erforscht. Ebenso wurden große Vorkommen in Kanada entdeckt.

Bereits erschlossene Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich außerdem in den USA (Mountain Pass, Kalifornien), Indien, Brasilien und in Malaysia.[4] Südkorea will zukünftig Seltene Erden in Kooperation mit Vietnam fördern.[5] Größere Mengen Seltener Erden wurden durch japanische Wissenschaftler Mitte 2011 im Pazifik entdeckt.[6]

Von April bis Juli 2012 wurde auch in Deutschland Exploration durch das Unternehmen Seltenerden Storkwitz AG betrieben, dabei stand eine Lagerstätte nahe Storkwitz (Ortsteil der Stadt Delitzsch, Sachsen) im Fokus, bei der bis zu einer Tiefe von 600 Metern die bisherigen Ressourcenschätzungen von Geologen aus den 1980er Jahren bestätigt wurden. So handelt es sich um eine Ressource von 4,4 Millionen Tonnen Erz mit 20.100 Tonnen Seltenerd-Oxid bei Gehalten von 0,45 Prozent.[7] Ab 2014 sollen weitere Bohrungen bis zu einer Tiefe von 1200 Metern folgen, da ein großes Potential für eine Ressourcenerhöhung mit zunehmender Tiefe besteht.

Die wichtigsten Erze der Seltenen-Erden-Metalle sind der Monazit und der Bastnäsit. Der SE-Gehalt des Erzes von Mount Weld wird mit 10 Prozent angegeben,[8] der von Mountain Pass mit 8-12 Prozent.[9]

Weltweite Minenproduktion und Reserven (in Tonnen)[10][11]
Land 2010 2011 2012 erkundete Reserven 2010
China VolksrepublikChina China 130.000 105.000 95.000 55.000.000
IndienIndien Indien 2.800 2.800 2.800 3.100.000
BrasilienBrasilien Brasilien 550 250 300 48.000
MalaysiaMalaysia Malaysia 30 280 350 30.000
GUSGUS GUS-Staaten k.A. k.A. k.A. 19.000.000
Vereinigte StaatenVereinigte Staaten USA 0 0 7.000 13.000.000
AustralienAustralien Australien 0 2.200 4.000 1.600.000
andere k. A. k. A. k. A. 22.000.000
Gesamt (gerundet) 133.000 111.000 110.000 110.000.000

Auf dem Erdmond gibt es Vorkommen von KREEP-Mineralien, die in geringer Menge Seltene Erden enthalten. Auch auf anderen Objekten im Weltraum, einschließlich erdnahen Objekten (NEOs), sind Metalle von Seltenen Erden vorhanden.[12][13][14] Es gibt theoretische Überlegungen für Asteroid Mining.

Die Seltene-Erden-Metalle kommen in der Natur nicht rein, sondern immer als Mischung mit anderen Seltene-Erden-Metallen vor. Aus diesem Grund kann bei den entsprechenden Mineralien (z.B. Allanit) keine einheitliche chemische Formel angegeben werden. Es hat sich daher in der Mineralogie eingebürgert die Elemente der Seltenen Erden in ihrer Summe anzugeben und in der entsprechenden chemischen Formel mit SEE (Seltene-Erden-Elemente) bzw. REE (rare earth elements) abzukürzen. Wenn möglich ist die Bezeichnung Ln für die Lanthanoiden bzw. (Y,Sc,Ln) für die Seltene-Erden-Metalle zu wählen.

Gewinnung[Bearbeiten]

Die reinen Metalle werden überwiegend durch Schmelzflusselektrolyse der Chloride bzw. Fluoride gewonnen. Vorher müssen die entsprechenden Verbindungen jedoch aus den Erzen, die neben anderen Verbindungen immer Gemische der Seltenen Erden enthalten, über zum Teil aufwendige Trennverfahren separiert werden. Im ersten Schritt werden die Erze durch Behandlung mit Laugen oder Säuren aufgeschlossen, zum Teil werden die Erze, wie z. B. Monazit, auch einer Hochtemperaturchlorierung unterworfen, wobei ein Gemisch von Chloriden entsteht. In einem weiteren Schritt werden die aus dem aufgeschlossenen Material gewonnenen Salze einem Trennverfahren unterworfen. Hierfür kommen in Frage[15]:

  • Verfahren, die unterschiedliche Löslichkeiten berücksichtigen. Hierbei werden schwerlösliche Salze einer fraktionierten Fällung oder Kristallisation unterworfen.
  • Verfahren über Ionenaustauscher. Hierbei werden bevorzugt Kationenaustauscher verwendet. Die Elution aus der Trennsäule erfolgt dabei mit Komplexbildnern wie EDTA oder Nitrilotriessigsäure.
  • Flüssig-Flüssig-Extraktion im Gegenstrom. Dieses Verfahren ist das effektivste und technisch bedeutungsvoll. Ein Komplexbildner, der zusammen mit einem Lösungsmittel verwendet wird, überführt im Gegenstrom die gelösten Salze der Seltenen Erden aus einer wässrigen in eine organische Phase. Als Extraktionsmittel werden Tri-n-butyl-phosphat, Di(2-ethylhexyl)phosphorsäure oder langkettige quartäre Ammoniumsalze eingesetzt. Die Abtrennung der Seltenen Erden aus den Lösungen erfolgt dann durch Fällung als Oxalate, Hydroxide oder Carbonate, die zu den Oxiden verglüht werden. Durch Lösen in Mineralsäuren werden dann die entsprechenden Salze der einzelnen Elemente hergestellt.

Verwendung[Bearbeiten]

Seltene Erden werden in vielen Schlüsseltechnologien eingesetzt. Das Metall Europium wird in Röhren- und Plasmabildschirmen benötigt für die Rotkomponente im RGB-Farbraum. Neodym wird in Legierung mit Eisen und Bor zur Herstellung von Magneten verwendet. Diese Neodym-Magnete werden als Dauermagnete in permanenterregten Elektromotoren verwendet und in Generatoren von Windkraftanlagen sowie im elektrischen Motoranteil von Kfz-Hybrid-Motoren eingebaut. Das Element Lanthan wiederum wird für Legierungen in Akkumulatoren benötigt.[16] 13 Prozent der Seltenen Erdmetalle kommen für Polituren zum Einsatz. Etwa 12 Prozent werden für Spezialgläser benutzt und 8 Prozent für die Leuchtmittel der Plasma- und LCD-Bildschirme, für Leuchtstofflampen (in geringerem Umfang auch für Kompaktleuchtstofflampen) und Radargeräte. Neuere Untersuchungen zeigen, dass die Oxide der Lanthanreihe nach dem Sintern intrinsisch hydrophobe Eigenschaften besitzen. Aufgrund hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Abriebfestigkeit und ihren hydrophoben Eigenschaften, bieten sich diesbezüglich weitere Einsatzmöglichkeiten an (z. B. Dampfturbinen und Flugzeugtriebwerke).[17][18] Damit steht dem Verbrauch von 2009 mit 124.000 Tonnen ein erwarteter Bedarf für 2012 von 189.000 Tonnen gegenüber.[19] Seltene Erden werden zudem auch in der diagnostischen Radiologie-Medizin als Kontrastmittelbeigabe bei Kernspin-Untersuchungen (Magnetresonanztomographie) verwendet.

Weitere Beispiele gibt es in der Tabelle,[20] unter Verwendung der Lanthanoide, oder in den Artikeln der jeweiligen Elemente.

Z Symbol Name Etymologie ausgewählte Verwendungen
21 Sc Scandium von lateinisch ScandiaSkandinavien‘, wo das erste Erz entdeckt wurde. Stadionbeleuchtung, Brennstoffzellen, Rennräder, Röntgentechnik, Laser
39 Y Yttrium nach dem Entdeckungsort des Seltenen-Erden-Erzes bei Ytterby, Schweden. Leuchtstofflampe, LCD- und Plasmabildschirme, LEDs, Brennstoffzelle, Laser
57 La Lanthan von griechisch lanthanein ‚versteckt sein‘. Nickel-Metallhydrid-Akkus (z. B. in Elektro- und Hybridautos, Laptops), Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Brennstoffzellen, Gläser mit hohem Brechungsindex
58 Ce Cer nach dem Zwergplaneten Ceres. Auto-Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Ultraviolettstrahlung-Schutzgläser, Poliermittel
59 Pr Praseodym von griech. prásinos ‚lauchgrün‘, didymos ‚doppelt‘ oder ‚Zwilling‘. Dauermagnete, Flugzeugmotoren, Elektromotoren, Glas- und Emaillefärbung
60 Nd Neodym von griech. neos ‚neu‘ und didymos ‚doppelt‘ oder ‚Zwilling‘. Dauermagnete (z. B. in Elektromotoren, Windkraftanlagen, Kernspintomografen, Festplatten), Glasfärbung, Laser, CD-Player
61 Pm Promethium von Prometheus, einem Titanen der griechischen Mythologie. Leuchtziffern, Wärmequellen in Raumsonden und Satelliten (radioaktives Element)
62 Sm Samarium nach dem Mineral Samarskit, das wiederum benannt nach dem Bergingenieur W. M. Samarski. Dauermagnete (in Diktiergeräten, Kopfhörern, Festplattenlaufwerken), Raumfahrt, Gläser, Laser, Medizin
63 Eu Europium neben Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element. LEDs, Leuchtstofflampen, Plasmafernseher (roter Leuchtstoff)
64 Gd Gadolinium nach Johan Gadolin (1760–1852), dem Namensgeber des Gadolinits. Kontrastmittel (Kernspintomographie), Radar-Bildschirme (grüner Leuchtstoff), AKW-Brennelemente
65 Tb Terbium nach dem schwedischen Fundort Ytterby. Leuchtstoffe, Dauermagnete
66 Dy Dysprosium von griech. δυσπρόσιτος ‚unzugänglich‘. Dauermagnete (z. B. Windkraftanlagen), Leuchtstoffe, Laser, Atomreaktoren
67 Ho Holmium von Stockholm (lat. Holmia) oder eine Ableitung des Chemikers Holmberg. Hochleistungsmagnete, Medizintechnik, Laser, Atomreaktoren
68 Er Erbium nach dem schwedischen Fundort Ytterby. Laser (Medizin), Glasfaserkabel
69 Tm Thulium nach Thule, der mythischen Insel am Rande der Welt. Leuchtstofflampen, Röntgentechnik, Fernsehgeräte
70 Yb Ytterbium nach dem schwedischen Fundort Ytterby. Infrarotlaser, Chemische Reduktionsmittel
71 Lu Lutetium nach dem römischen Namen von Paris, Lutetia. Positronen-Emissions-Tomografen

Umweltprobleme[Bearbeiten]

Der Abbau von Seltenen Erden erfolgt über Säuren, mit denen die Metalle aus den Bohrlöchern gewaschen werden. Der dabei vergiftete Schlamm bleibt zurück. Überdies fallen große Mengen an Rückständen an, die giftige Abfälle enthalten (Thorium, Uran, Schwermetalle, Säuren, Fluoride). Der Schlamm wird in künstlichen Teichen gelagert, die insbesondere in China aufgrund fehlender Umweltauflagen keinesfalls sicher sind. Neben dieser Gefahr für das Grundwasser besteht ein permanentes Risiko für das Austreten von Radioaktivität, da viele Seltene Erden radioaktive Substanzen enthalten.[21]

Weltproduktion an Seltenerd-Metallen 1950 bis 2000 (1 kt = 1000 t)

Weltmarktprobleme[Bearbeiten]

Die weltweit geförderte Menge lag im Jahr 2008 bei 124.000 Tonnen. China förderte im Jahr 2006 rund 119.000 Tonnen – was fünfmal mehr war als die Menge im Jahr 1992. Zum Vergleich: die weltweite Kupferproduktion beträgt rund 15 Millionen Tonnen pro Jahr. Der Abbau von Vorkommen von Seltenen Erden ist sehr kostenintensiv. China dominiert den Markt (2007: 95 Prozent des Weltmarkts,[22] 2010: 97 Prozent), und hat zu Beginn 2011 die Exportmengen zum wiederholten Mal gedrosselt. Für einige Metalle soll ein komplettes Exportverbot gelten (Yttrium, Thulium und Terbium) und für Neodym, Lanthan, Cer und Europium eine Exportquote von 35.000 Tonnen.[23] China möchte mit dieser Politik erreichen, dass die Produktion von Schlüsseltechnologien im eigenen Land durchgeführt wird.[24]

Im Oktober 2010 wurden die Exportbeschränkungen weiter verschärft. Für 2010 wurde eine Quote von nur noch 30.300 Tonnen festgelegt. Diese war bereits Ende August zu 94 Prozent aufgebraucht (28.500 Tonnen). Vor allem für das zweite Halbjahr wurden die Exporte massiv eingeschränkt (8000 Tonnen gegenüber 28.000 Tonnen im zweiten Halbjahr 2009). Auch die Annahme, wonach diese Politik dazu diene, westliche Produktion nach China zu verlagern, wird inzwischen angezweifelt, zumal es zunehmend Berichte westlicher Unternehmen gibt, dass ihre Werke in China gegenüber den einheimischen Unternehmen benachteiligt würden.[25]

Im Jahre 2010 wurden 95 Prozent der Seltenen Erden in China gefördert, allerdings waren bis in die 1990er Jahre hinein die USA das Hauptförderland. Wegen der niedrigen Kosten in China wurde die Förderung in den USA unrentabel. Wegen der begrenzenden Maßnahmen Chinas will das Bergbauunternehmen Molycorp Minerals den Abbau in den USA wieder aufnehmen.[26] Jedoch fehlen US-Unternehmen inzwischen auch Fördererlaubnisse.[27]

Im Streit um eine im Januar 2011 geplante Erhöhung der Ausfuhrzölle für Seltene Erden kündigten die USA im Dezember 2010 an, die Volksrepublik China notfalls vor der WTO zu verklagen.[28] Dies wurde am 13. März 2012 umgesetzt.[29] Als Reaktion auf die internationalen Proteste gründete die Volksrepublik China im April 2012 einen Wirtschaftsverband für Seltene Erden. Der Verband werde den Abbau und die Verarbeitung der Rohstoffe koordinieren und „einen vernünftigen Preismechanismus“ entwickeln, teilte das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie mit. Kritiker sehen in der Verbandsgründung den Versuch, den Sektor noch stärker zu kontrollieren.[30]

Kritisch ist die Situation zwischen China und Japan, da beide Staaten Anspruch auf das erdöl- und erdgasreiche Gebiet der Senkaku-Inseln erheben. Nach der Verhaftung des Kapitäns eines chinesischen Fischkutters, der ein Boot der japanischen Küstenwache gerammt hatte, kam es zu einer Blockierung der Lieferungen von Seltenerdmetallen nach Japan, die erst endete, nachdem der Kapitän aus der Haft entlassen und nach China ausgeflogen worden war. Japanische Unternehmen treffen inzwischen Vorsorgemaßnahmen. So hat Toyota eine eigene Arbeitsgruppe gebildet, die die Versorgung mit Seltenerdmetallen sicherstellen soll. Auch das japanische Ministerium für Handel und Wirtschaft hat sich inzwischen des Problems angenommen und versucht anhand einer Unternehmensbefragung einen Überblick über die Lage zu gewinnen.[25][31]

Nach Angaben von Geologen liegen vor allem auf Grönland und in Kanada weitere potentielle Abbaugebiete; so könne ein Areal im grönländischen Kvanefjeld bis zu 100.000 Tonnen Seltene Erden pro Jahr abwerfen, die der Menge der derzeitigen Gesamtproduktion Chinas von 130.000 Tonnen pro Jahr nahe käme. Der Abbau in Grönland könne jedoch frühestens im Jahre 2015 beginnen.[32] Befürchtungen besonders in Kreisen der deutschen Industrie, wonach die Belieferung mit Seltenen Erden wegen der chinesischen Exportpolitik in Zukunft zu Engpässen führen könnte, haben sich allerdings entspannt, seitdem Bergbaukonzerne neue Förderungen Seltener Erden in verschiedenen Erdteilen angekündigt und dafür teilweise stillgelegte Minen wieder reaktiviert haben. Um 2015 dürfte sich die Knappheit an Seltenen Erden wieder legen.[33]

Nach einer Studie von Roland Berger Strategy Consultants werden die Preise für schwere Seltene Erden in naher Zukunft ansteigen und langfristig auf einem hohen Niveau bleiben. Die Preise für leichte Seltene Erden werden, je nach Vorgehen der chinesischen Politik, in naher Zukunft sinken.[34] Marktbeobachter, wie die Deutsche Rohstoffagentur, weisen auf wahrscheinliche Unterschiede bei den Preisentwicklungen der leichten und schweren Seltenen Erden hin. Der Engpass wird weiterhin bei schweren Seltenen Erden erwartet.[35]

Literatur[Bearbeiten]

Fachliteratur[Bearbeiten]

Belletristik[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Wikinews: Seltene Erden – in den Nachrichten

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Öko Institut e.V. (2011): Seltene Erden – Daten & Fakten (PDF; 139 kB).
  2. C.K. Gupta, N. Krishnamurthy, Extactive Metallurgy of Rare Earths, CRC Press, 2005, ISBN 0-415-33340-7.
  3.  Jacob A. Marinsky, Lawrence E. Glendenin, Charles D. Coryell: The Chemical Identification of Radioisotopes of Neodymium and of Element 61. In: J. Am. Chem. Soc.. 11, Nr. 69, 1947, S. 2781–2785, doi:10.1021/ja01203a059.
  4. Financial Times Deutschland: Kostbare Raritäten mit hohem Risikofaktor (onlineVorlage:Webarchiv/Wartung/Nummerierte_Parameter), abgerufen am 4. August 2010.
  5. wallstreet-online.de: Südkorea kooperiert mit Vietnam bei der Suche nach Seltenen Erden, vom 21. Dezember 2010.
  6. Riesige Vorkommen von Seltenen Erden entdeckt., Die Welt, 4. Juli 2011, abgerufen 19. Oktober 2012.
  7. Seltenerden Storkwitz AG: Gutachten bestätigt Schätzungen der einzigen bekannten Seltenerden-Lagerstätte Mitteleuropas, abgerufen am 4. Dezember 2013
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  9. Gordon B. Haxel, James B. Hedrick, and Greta J. Orris, "Rare earth elements – Critical resources for high technology", US Geological Survey, Fact Sheet 087-02, 17 May 2005.
  10. USGS Minerals Information: Mineral Commodity Summaries, Rare Earths 2012, 2013 online 1996–2012 (PDF; 30 kB)
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  15.  Erwin Riedel: Anorganische Chemie. ISBN 978-3-11-018168-5 (Seite 765 in der Google-Buchsuche).
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  18. M. Simon:Hydrophobe Keramik. Hydrophobe Keramik (Deutsch), 23. January 2013.
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  21. Dieter Lohmann u. Nadja Podbregar: Im Fokus: Bodenschätze. Auf der Suche nach Rohstoffen. Springer, Berlin, Heidelberg 2012, S. 10.
  22. Maren Liedtke und Harald Elsner: Seltene Erden. In: Commodity Top News Nr. 31. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, abgerufen am 14. Juli 2011.
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  24. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatKEITH BRADSHER: China Tightens Grip on Rare Minerals. In: New York Times. August 31, 2009, abgerufen am 6. März 2011 (englisch)..
  25. a b Chinas Beinahe-Monopol bei seltenen Erden. Exportembargo als politisches Druckmittel. In: Neue Zürcher Zeitung, Internationale Ausgabe. 1. Oktober 2010.
  26. Online-Ausgabe der Technology Review, vgl. Seltene Erden: Bergbaukonzern will chinesisches Monopol brechen in: Heise Newsticker vom 1. November. Dort wird Carol Raulston zitiert, Sprecherin der amerikanischen National Mining Association: „Wenn man die Förderung stoppt, geht auch die technische Expertise verloren.“.
  27. Karl Geschneidner, Spezialist für Seltene Erden am Ames National Laboratory in Iowa.
  28. Der Spiegel: USA drohen China mit Handelskampf um Seltene Erden, abgerufen am 25. Dezember 2010.
  29. faz.net: EU und Vereinigte Staaten verklagen China, vom 13. März 2012, abgerufen am 13. März 2012.
  30. Spiegel Online: China verstärkt Kontrolle über Hightech-Metalle, 9. April 2012.
  31. Klagen japanischer Firmen. In: Neue Zürcher Zeitung, Internationale Ausgabe. 1. Oktober 2010.
  32. Spiegel Online: Deutschen Firmen gehen Hightech-Metalle aus vom 21. Oktober 2010.
  33. Jan Grossarth: Weder Erden, noch selten, FAZ, 31. Oktober 2010.
  34. The rare earth challenge: How companies react and what they expect for the future, Study, Roland Berger Strategy Consultants, 2011.
  35. Thorsten Cmiel: Wo man Seltene Erden findet, Investment Alternativen, 31. Mai 2012.