Material des Monats: Seltene Erden

Seltene Erden (SE) gelten nach wie vor als eines der wichtigsten Elemente für den industriellen Einsatz und in umweltfreundliche Technologien. Es ist jedoch mittlerweile bekannt, dass die Gruppe von 17 einzelnen Elementen so unterschiedlich ist wie alle anderen 17 Elemente des Periodensystems. Die rein chemische Ähnlichkeit der SEs zeichnet sich mit einer extremen physikalischen Vielfalt aus. Heute sind grundsätzlich nur die magnetischen Materialien von Interesse und Treiber für den SE-Markt. Leuchtstoffe wie Europium und Yttrium, die noch vor wenigen Jahren die kritischsten SEs waren, sind noch erforderlich, aber der Paradigmenwechsel durch die Einführung der LED-Technologie führte zu einer enormen Reduzierung der Nachfrage nach Leuchtstoffen.

Zu den magnetischen Materialien gehören hauptsächlich Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium, aber auch andere SEs wie Gadolinium und Cer werden für bestimmte magnetische Legierungen verwendet. Elektromotoren haben in den letzten Jahren die Nachfrage nach Dysprosium in die Höhe getrieben, aber mehreren Herstellern und Autoherstellern ist es gelungen, die erforderliche Menge zu reduzieren, und mehrere Unternehmen sind auf gutem Weg, SE-freie Elektromotoren zu entwickeln.

Kritische Aspekte

Unabhängig von der Verwendung von SEs ist die Umweltbelastung, die mit dem SE-Abbau einhergeht, eine entscheidende Herausforderung. Die Umweltprobleme können entlang der extrahierten Erze unterschieden werden: Monazit-, Bastnaesit- und sogennanten „ion-adsorption clays. Auch die geografische Lage der derzeitigen Hauptabbaugebiete in China birgt bestimmte Umweltgefahren.

Monazit enthält radioaktive Inhaltsstoffe wie Thorium und Uran, was nur zu einem Problem wird während des Raffinierens, wo der Ausschuss konzentriert wird, d.h. auch Thorium und Uran werden konzentrierter. Die Raffination findet hauptsächlich in Malaysia statt, wo sich aber die Bevölkerung seit Jahren energisch gegen die Produktion und Raffination von SEs ausspricht.

Während die Radioaktivität bei Bastnaesit vernachlässigt werden kann, gibt es neben dem Abbau und der Raffination aber andere große Umweltbelastungen. Eine der grössten Bastnaesitmine befindet sich in der Provinz Innere Mongolei, China, von wo aus das Erz nach Süden nach Baotou transportiert wird, einer großen Stadt mit mehr als 1 Mio. Einwohnern. Dort befindet sich die Raffinerie am westlichen Rand der Stadt, wo die vorherrschenden Winde aus dem Westen die Abgase mit all ihren Inhaltsstoffen, einschließlich Schwermetallstäuben, Stickoxiden usw., über die Stadt blasen.

Ein weiterer nachteiliger Faktor sind die chemischen Abfälle, die in den größten Bergeteich der Welt mit einem Durchmesser von etwa 4 km gelangen, in den giftige wässrige Abfälle gelagert werden. Wenn der Teich austrocknet, kann der Wind die giftigen Stäube wieder über die Stadt blasen. Mehrere Studien haben eine erhöhte Kontamination städtischer Gebiete nachgewiesen, und es wurden erste chronische Krankheiten gemeldet. Ein weiteres Problem der Bergeteiche sind undichte Stellen, durch die giftige Partikel ins Grundwasser gelangen und in den nahe gelegenen Fluss Huang He fließen, was zu einer Kontamination der Landwirtschaft führt.

„Ion-adsorption clays“ kommen in subtropischen Regionen in Südostchina vor, auf die nur durch Waldrodung zugegriffen werden kann. Die „clays“ selbst werden in Prozessteiche gegeben, und auch da werden Chemikalien verwendet, um SEs von den clays zu trennen. Dieser Vorgang dauert mehrere Monate. Problematisch sind wiederum Lecke und Teiche, die bis zum Rand gefüllt sind, so dass bei Regen die Teiche überlaufen und giftige Abfälle in die Umwelt gelangen.

Das Recycling von SEs, insbesondere von Magneten und Leuchtstoffen, ist theoretisch möglich, jedoch aber nicht wirtschaftlich. Eine in Frankreich gebaute Phosphorrecyclinganlage wurde Ende 2015 eingeführt und Anfang 2016 aufgrund unwirtschaftlicher Bedingungen geschlossen. Die Anlage, offensichtlich einschließlich Patente, wurde an ein chinesisches Konsortium verkauft.

adaptiert von Dr. Volker Zepf