Seltenmetalle
Zu den Seltenmetallen gehören die chemischen Elemente der 3. Gruppe des Periodensystems (Scandium, Yttrium, Lanthan), die Lanthanoide (Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium) sowie Wismut, Arsen, Antimon, Indium und Gallium. Seltenmetalle sind schwierig und aufwändig zu gewinnen, aber besonders wichtig in ihrer Nutzung. Das Angebot auf dem Weltmarkt ist knapp und kommt zu mehr als 80 % aus China. Daher werden die Seltenmetalle von der Europäischen Union als „kritische Metalle“ eingestuft.
Die meisten Seltenmetalle wurden im 19. Jahrhundert entdeckt. Viele davon fand man in Mineralien in einer Mine im Bergwerk Ytterby in der Nähe von Stockholm. Auf den Namen des Fundorts gehen zum Beispiel die Bezeichnungen der Elemente Erbium, Terbium und Yttrium und Ytterbium zurück.
Die meisten Seltenmetalle sind in der Erdkruste zwar nicht selten vertreten, kommen jedoch nur an wenigen Orten in einer wirtschaftlichen Konzentration vor, und ihre Gewinnung ist mit einem hohen Aufwand verbunden. Die größten Vorkommen befinden sich in China, Brasilien, Vietnam, Russland, Indien und Australien. Unangefochtener Marktführer bei Seltenmetallen ist China. Experten zufolge könnten in der Zukunft für einzelne Elemente Versorgungsengpässe auftreten. Daher ist das Recycling als Sekundär-Quelle für Seltenmetalle besonders wichtig.
Viele Seltenmetalle haben ähnliche Eigenschaften: Sie sind sehr weich, meist silbrig glänzend, laufen an der Luft schnell an, sind stark elektropositiv und reaktionsfähig und haben eine geringe Leitfähigkeit. Mit Wasser und verdünnten Säuren reagieren sie unter Wasserstoffbildung. Beim Entzünden an der Luft verbrennen sie zu Ln2O3 (im Fall von Cer zu CeO2). Manche Elemente, wie Terbium und Ytterbium, können sich selbst entzünden. Basizität, Schmelzpunkt und Dichte nehmen von links nach rechts im Periodensystem zu. Ausnahmen bilden Europium und Ytterbium. Seltenmetalle weisen im Festkörper ein diskretes Energiespektrum auf.
Seltenmetalle kommen nicht als reine Metalle oder Oxide vor, sondern werden aus Erzen gewonnen und zu Metallen oder Oxiden weiterverarbeitet. Sie finden sich vor allem in den Mineralien Bastnäsit, Monazit und Xenotim, in denen die Rohstoffe immer im Verbund mit anderen Seltenmetallen vorkommen. Der Anteil an Seltenmetallen im Bastnäsit und Xenotim liegt bei 55-60 %, im Monazit bei 30-35 %. Da die Eigenschaften vieler Seltenmetalle sich sehr ähneln, ist der Trennprozess besonders kompliziert. Die aus dem Boden geschürften Mineralien werden mit Säuren oder Laugen behandelt, um die gewünschten Metalle herauszulösen. Ein großer Teil der Seltenmetalle wird aber auch als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer, stärker konzentriert vorliegender Metalle aus deren Erzen gewonnen.
Seltenmetalle werden in sehr vielen Industriezweigen benötig, insbesondere auch in umweltfreundlichen Zukunftstechnologien. Sie werden beispielsweise eingesetzt in Akkumulatoren, Windturbinen, Energiesparlampen und Katalysatoren, aber auch in LED-Bildschirmen oder Lasern. die Die Elemente Neodym, Praseodym und Dysprosium werden beispielsweise zur Herstellung von leistungsfähigen Permanentmagneten für Motoren von Elektrofahrzeugen und Generatoren von Windturbinen benötigt. Der Ausbau von Zukunftstechnologien hängt also auch davon ab, ob ausreichende Mengen der begehrten Rohstoffe vorhanden sind.
Metalle der Seltenen Erden werden zum Beispiel in Hightech-Produkten und der Automobilindustrie benötigt und haben daher für die deutsche Industrie eine große Bedeutung. Deutschland hat im Jahr 2018 rund 9.724 Tonnen seltene Erdmetalle und -verbindungen importiert. Die Rohstoffe werden zurzeit hauptsächlich aus China importiert, dem weltweit größten Produzenten von Seltenen Erden. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Seltenmetallen und der dominanten Stellung Chinas sind die Preise in den letzten Jahren stark gestiegen. Für einzelne Elemente besteht ein hohes Versorgungsrisiko.
Beim Abbau von Seltenmetallen fallen Rückstände an, die giftige Abfälle enthalten. Darüber hinaus enthalten die meisten Lagerstätten von Seltenmetallen radioaktive Materialien. Sofern strenge Standards und Kontrollen eingehalten werden, sind die Gefahren für Mensch und Umwelt beherrschbar.
Für einen Ausbau der Zukunftstechnologien sind Seltenmetalle unverzichtbar. Der direkte Ersatz von Seltenmetallen durch andere Stoffe ist oft nicht möglich, so dass nur auf andere Technologien ausgewichen werden kann. Viele Experten prognostizieren bereits heute mittel- bis langfristige Versorgungsengpässe von Seltenmetallen, zum Beispiel in der Automobilindustrie und der erneuerbaren Energieversorgung. Daher kommt dem Recycling von Seltenmetallen eine große Bedeutung zu. Allerdings besteht für viele Seltenmetalle noch keine ausreichende Recyclingstruktur. Beispielsweise gibt es noch keine geeigneten Konzepte für die Rücknahme und die Aufbereitung von gebrauchten Elektromotoren mit Permanentmagneten, so dass der Industrie in Deutschland viele kostbare und seltene Rohstoffe verloren gehen. Um das Recycling von Seltenmetallen zu verbessern, laufen eine Reihe von Forschungsvorhaben
Links
European Rare Earths Competency Network (ERECON)
European Rare Earth (Magnet) Recycling Network (EREAN)
