Seltenerdelemente (REEs), oft auch als Seltenerdmetalle oder Seltenerdmineralien bezeichnet, sind eine Gruppe von 17 chemischen Elementen, die in der Erdkruste vorkommen. Trotz ihres Namens sind viele dieser Elemente nicht besonders selten, aber sie kommen nur selten in leicht abbaubaren Lagerstätten vor.
Seltene Erden sind für verschiedene industrielle, technologische und wissenschaftliche Anwendungen von immenser Bedeutung und damit zu entscheidenden Bestandteilen der modernen Welt. In diesem Blogbeitrag tauchen wir in die Welt der Seltenen Erden ein, stellen eine Liste dieser Elemente bereit, erforschen ihre Verwendung und verstehen ihr Vorkommen.
Eine Liste der Seltenerdelemente
Die Gruppe der Seltenerdelemente besteht aus den folgenden 17 Elementen, die zur Lanthanoidenreihe im Periodensystem gehören:
- Scandium (Sc)
- Yttrium (Y)
- Lanthan (La)
- Cer (Ce)
- Praseodym (Pr)
- Neodym (Nd)
- Promethium (Pm)
- Samarium (Sm)
- Europium (Eu)
- Gadolinium (Gt)
- Terbium (Tb)
- Dysprosium (Dy)
- Holmium (Ho)
- Erbium (Er)
- Thulium (Tm)
- Ytterbium (Yb)
- Lutetium (Lu)
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Elemente trotz ihrer Einstufung als „Seltene Erden“ hinsichtlich der Häufigkeit in der Erdkruste variieren können. Während einige von ihnen tatsächlich selten sind, treten andere häufiger auf.
Seltene Erden im alltäglichen Gebrauch
Seltenerdelemente haben ein bemerkenswertes Anwendungsspektrum in verschiedenen Sektoren, darunter Elektronik, Energie, Automobil und Fertigung. Hier sind einige der häufigsten Verwendungszwecke von Seltenerdelementen:
Elektronik und Technik:
Neodym und Praseodym sind wichtige Bestandteile hochfester Permanentmagnete, die in Motoren von Elektrofahrzeugen (EV), Windkraftanlagen und vielen elektronischen Geräten verwendet werden.
Europium und Terbium sind für die Herstellung von Leuchtstoffen unerlässlich, die in LED-Anzeigen und Leuchtstofflampen rote und grüne Farben erzeugen.
Cer, Lanthan und andere seltene Erden werden in Katalysatoren von Automobilen eingesetzt und reduzieren schädliche Emissionen.
Seltene Erden sind entscheidend für die Herstellung starker, leichter Legierungen für Luft- und Raumfahrt- und Militäranwendungen. Wie hat die Digitalisierung die alten Industrien revolutioniert?
Erneuerbare Energie:
Windkraftanlagen und Elektromotoren in Elektrofahrzeugen basieren auf leistungsstarken Neodym-Eisen-Bor-Magneten, die Neodym und Praseodym enthalten.
Lanthan, Cer und andere Seltenerdelemente werden in den Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH) von Hybridfahrzeugen verwendet.
Kommunikationstechnologie:
Yttrium und Erbium werden bei der Herstellung von optischen Fasern und Lasern verwendet, die für moderne Telekommunikationssysteme unerlässlich sind.
Gesundheitspflege:
Cerverbindungen werden in einigen medizinischen Anwendungen eingesetzt, einschließlich der Strahlentherapie.
Lutetium-177 wird in der gezielten Radionuklidtherapie zur Krebsbehandlung eingesetzt.
Verteidigung:
Seltene Erden spielen eine entscheidende Rolle bei der Herstellung präzisionsgelenkter Munition, Raketenleitsystemen und Radartechnik.
Samarium-Kobalt-Magnete werden in Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen eingesetzt.
Saubere Energie:
Europium und andere seltene Erden werden bei der Herstellung energieeffizienter Leuchtstofflampen und Kompaktleuchtstofflampen (CFLs) verwendet.
Gadolinium wird in den Kühlsystemen von Kernreaktoren verwendet.
Vorkommen von Seltenerdelementen
Seltene Erden kommen in der gesamten Erdkruste vor, sie kommen jedoch selten in wirtschaftlichen Mengen vor. Ihr Vorkommen kann in drei Hauptquellen eingeteilt werden:
- Primäre Lagerstätten: Diese Lagerstätten sind die traditionellste Quelle seltener Erden und werden hauptsächlich mit Karbonatit- und alkalischen Gesteinskomplexen in Verbindung gebracht. China ist seit Jahrzehnten der dominierende Produzent seltener Erden, vor allem aufgrund seiner umfangreichen Primärvorkommen. Weitere bedeutende Hauptlagerstätten sind die Vereinigten Staaten, Australien und Russland.
- Ionenadsorptionston: Diese einzigartige Quelle für Seltenerdelemente kommt hauptsächlich im Süden Chinas vor. Die seltenen Erden werden durch natürlich vorkommende Säuren aus Ton ausgelaugt und mit Wasser transportiert, wobei leicht zu extrahierende Ionen entstehen. Diese Lagerstätten sind weniger konventionell, haben jedoch eine entscheidende Rolle für die globale Versorgung gespielt.
- Recycelte Produkte: In den letzten Jahren wurde der Schwerpunkt zunehmend auf das Recycling von Seltenerdelementen aus ausrangierten Elektronikgeräten und Produkten gelegt. Recycling reduziert die Umweltauswirkungen des Abbaus seltener Erden und kann dazu beitragen, Versorgungsprobleme zu lindern.
Herausforderungen in der Seltenerdindustrie
Die Seltenerdindustrie steht vor mehreren Herausforderungen und Bedenken, die sich sowohl auf die Versorgung als auch auf die ökologische Nachhaltigkeit auswirken:
- Abhängigkeit von China: China hat in der Vergangenheit die weltweite Produktion von Seltenerdelementen dominiert. Dieses Monopol hat Bedenken hinsichtlich der Versorgungssicherheit geweckt, da geopolitische Faktoren den Zugang zu diesen kritischen Materialien beeinflussen könnten.
- Umweltauswirkungen: Der Abbau und die Verarbeitung seltener Erden können schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben. Die Gewinnung dieser Elemente erfordert häufig den Einsatz gefährlicher Chemikalien und kann zu Boden- und Wasserverschmutzung führen.
- Ressourcenerschöpfung: Die übermäßige Ausbeutung primärer Lagerstätten und Ionenadsorptionstoner hat Bedenken hinsichtlich der Ressourcenerschöpfung geweckt, weshalb es wichtig ist, alternative Quellen und Recyclingmöglichkeiten zu erkunden.
- Preisvolatilität: Der Markt für Seltene Erden hat erhebliche Preisschwankungen erfahren, die durch Veränderungen in Angebot und Nachfrage, Handelspolitik und geopolitische Spannungen beeinflusst werden.
Nachhaltige Praktiken und Alternativen
Um den Herausforderungen durch Seltenerdelemente zu begegnen, wurden verschiedene Initiativen und Ansätze entwickelt:
- Diversifizierung der Lieferanten: Es werden Anstrengungen unternommen, die Abhängigkeit von einem einzelnen Lieferanten zu verringern, indem die Entwicklung von Seltenerdressourcen in anderen Ländern, einschließlich den Vereinigten Staaten und Australien, gefördert wird.
- Recycling und Urban Mining: Recycling- und Urban Mining-Initiativen zielen darauf ab, Seltenerdelemente aus weggeworfenen Produkten zurückzugewinnen, wodurch der Bedarf an neuem Abbau verringert und die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert werden.
- Erforschung alternativer Materialien: Wissenschaftler und Ingenieure erforschen den Einsatz alternativer Materialien und Technologien, die nicht auf Seltenerdelementen basieren. Beispielsweise gibt es Bestrebungen, alternative hochfeste Magnete zu entwickeln, die weniger oder kein Neodym verwenden.
- Nachhaltige Bergbaupraktiken: Die Bergbauindustrie für seltene Erden arbeitet an der Einführung nachhaltigerer und umweltfreundlicherer Praktiken, einschließlich der Reduzierung des Wasserverbrauchs, der Verbesserung der Abfallbewirtschaftung und der Minimierung des Einsatzes gefährlicher Chemikalien.
Fazit
Seltenerdelemente spielen trotz ihres relativ geringen natürlichen Vorkommens eine zentrale Rolle in der modernen Welt und treiben den technologischen Fortschritt, saubere Energielösungen und Verteidigungsanwendungen voran. Die Liste dieser 17 Elemente, darunter Scandium, Yttrium und die Lanthaniden, hat sie in einer Vielzahl von Industrien unverzichtbar gemacht.
Auf dem Weg in eine nachhaltigere Zukunft werden die Herausforderungen, die Seltenerdelemente mit sich bringen, durch Recycling, Diversifizierung der Lieferanten und die Entwicklung alternativer Technologien angegangen. Wie nachhaltig ist der Abbau von Diamanten?
Es ist wichtig, dass wir unsere Abhängigkeit von diesen wertvollen Elementen mit verantwortungsvollen Praktiken in Einklang bringen, die die Umwelt schützen und eine sichere Lieferkette gewährleisten. Das Bestreben, die Vorteile seltener Erden zu nutzen und gleichzeitig ihre Herausforderungen zu mildern, ist ein Beweis für unser Engagement für eine nachhaltigere und umweltbewusstere Welt.
Weiterführende Literatur