Metalle der Seltenen Erden

Scandium und Yttrium der 3. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente sowie die Lanthanoide From Wikipedia, the free encyclopedia

Als Metalle der Seltenen Erden (ugs. Seltene Erden) wird eine Gruppe von 17 chemischen Elementen des Periodensystems bezeichnet. Sie umfasst Scandium und Yttrium der 3. Nebengruppe sowie die 15 Lanthanoide. Nach den Definitionen der anorganischen Nomenklatur heißt diese Gruppe chemisch ähnlicher Elemente Seltenerdmetalle. Im Deutschen gibt es des Weiteren den Begriff Seltene Erdelemente und dazu passend das dem englischen REE (rare-earth elements) nachempfundene Akronym SEE.

Metalle der Seltenen Erden (fett umrandet) im Periodensystem der chemischen Elemente

Bezeichnung und Einteilung

Weitere Informationen leichte (engl.: LREE), Z ...
Seltene-Erden-Elemente
leichte
(engl.: LREE)
Z schwere
(engl.: HREE)
Z
ScandiumSc21YttriumY39
LanthanLa57GadoliniumGd64
Cer (engl.:
Cerium)
Ce 58TerbiumTb65
DysprosiumDy66
PraseodymPr59HolmiumHo67
NeodymNd60ErbiumEr68
PromethiumPm61ThuliumTm69
SamariumSm62YtterbiumYb70
EuropiumEu63Lutetium[1]Lu71
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Weitere Informationen Sb., Hf. ...
Häufigkeit in Kontinental-Erdkruste (ppm)
Sb.Hf. Sb.Hf. Sb.Hf. Sb.Hf.
Ce66Pr9,2Er3,5Ho1,3
Nd42Sm7,5Yb3,2Tb1,2
La39Gd6,2Lu0,8
Y33Tb5,2Tm0,52
Sc22Eu2,0Pm10−15
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Die oft verwendete abgekürzte Bezeichnung Seltene Erden statt Metalle der Seltenen Erden ist missverständlich. Sie stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und basiert auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralen gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden.

Entgegen ihrem Namen sind die Metalle der Seltenen Erden mit einem Anteil von 1013 bis 1015 Tonnen an der kontinentalen Erdkruste nicht wirklich gering. Eine Ausnahme stellt das extrem seltene, kurzlebige, radioaktive Promethium mit weniger als einem Kilogramm dar.

Cer ist vergleichbar mit Kupfer und Zink (60–70 ppm); Neodym, Lanthan, Yttrium und Scandium mit Cobalt und Blei (15–25 ppm). Am seltensten kommen Holmium, Terbium, Lutetium und Thulium vor, sie sind aber immer noch deutlich häufiger als Silber und Quecksilber (0,08 ppm) oder gar Gold und Platin (0,005 ppm).

Größere Lagerstätten von wirtschaftlich abbaubaren Erzen sind wiederum tatsächlich selten. Die Elemente kommen meist nur in jeweils kleinen Mengen vor, in sehr vielen weit verstreut lagernden Mineralen und als Beimischungen in anderen Mineralen. Ein Großteil der industriellen Gewinnung von Seltenerdmetallen geschieht daher als Nebenprodukt, wenn andere, stärker konzentriert vorliegende Metalle durch chemische Aufbereitung aus deren Erzen gewonnen werden.

Man unterscheidet leichte und schwere Seltene-Erdelemente; die exakte Einteilung ist strittig. In der Geochemie werden oft nur die Lanthanoide gemeint, wenn von Seltenen Erden gesprochen wird. Wegen unterschiedlicher Fraktionierungseigenschaften werden Scandium und Yttrium in der geochemischen Modellierung der Seltenen Erden nicht betrachtet.

Eigenschaften

Alle Lanthanoide (außer dem radioaktiven Promethium) auf einen Blick

Physikalische Eigenschaften

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 (außer bei Scandium und Yttrium), die 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, wegen 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

Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerd-Metalle macht ihre Trennung aufwändig und teuer. 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.

Lage im Periodensystem

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
Nh
114
Fl
115
Mc
116
Lv
117
Ts
118
Og

Geschichte

Weitere Informationen Jahr, Element/Mineral ...
JahrElement/MineralEntdeckerNamensgebung
1787 Gadolinit C. A. Arrhenius Person: Johan Gadolin
1794 Yttrium Johan Gadolin Ort: Ytterby
1751 Cerit A. F. Cronstedt Planetoid: Ceres
1804 Cer J. J. Berzelius,
W. von Hisinger
1839 Samarskit M. H. Klaproth,
G. Rose
Person: Wassili Samarski
Lanthan C. G. Mosander Eigenschaft: versteckt sein
1842 Didym Eigenschaft: Zwillinge
1843 Erbium
ab 1864: Terbium
Ort: Ytterby
Terbium
ab 1864: Erbium
1878 Ytterbium de Marignac Ort: Ytterby
Eigenschaft: zwischen
Erbium und Yttrium
1879 Samarium de Boisbaudran Mineral: Samarskit
Scandium L. F. Nilson Ort: Skandinavien
Thulium P. T. Cleve Ort: Skandinavien
alter Name: Thule
Holmium Ort: Stockholm
1886 Dysprosium de Boisbaudran Eigenschaft:
griech.: unzugänglich
Gadolinium de Marignac Person: J. Gadolin
Praseodym A. von Welsbach Eigenschaft: grüner Zwilling
Neodym Eigenschaft: neuer Zwilling
1901 Europium E.-A. Demarçay Ort: Europa
1907 Lutetium G. Urbain,
A. von Welsbach
Ort: Paris (lat.: Lutetia)
1947 Promethium J. Marinsky,
L. Glendenin,
C. Coryell
Sage: Prometheus
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Im Jahr 1787 entdeckte Carl Axel Arrhenius, ein Leutnant der schwedischen Armee, ein ungewöhnliches Exemplar schwarzen Erzes nahe der Grube Ytterby, einer Feldspatmine.[2] 1794 isolierte Johan Gadolin, ein finnischer Professor an der Universität Turku, rund 38 % 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 rosafarbene (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; der Namentausch wegen dieses Irrtums wurde nie wieder rückgängig gemacht.

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 als Ytterbium und Lutetium bezeichnet.

Growyn und Moseley entdeckten 1913 auch, dass es eine mathematisch darstellbare Beziehung zwischen der Ordnungszahl eines Elements 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; nur 61 blieb weiterhin unbekannt.

1941 bestrahlten Forscher der Universität 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 1942 auch 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] Die theoretische Erklärung zur großen Ähnlichkeit der Eigenschaften der Metalle der Seltenen Erden und zur Maximalanzahl dieser kam erst später mit der Entwicklung der Atomtheorie.

Von 1963 bis 1995 leistete Allan Roy Mackintosh entscheidende Beiträge zum atom- und festkörperphysikalischen Verständnis der Seltenen Erden.

Vorkommen

Seltene-Erden-Erze
(Baotou, Innere Mongolei, China)

Die größten Vorkommen von – wirtschaftlich rentabel abbaubaren – Seltenen Erden befinden sich in China in der Inneren Mongolei (2,9 Millionen Tonnen, beispielsweise Bayan-Obo-Mine, Erzgehalt von 3 bis 5,4 % der Selten-Erde-Metalle). Zusätzlich verfügt China im Süden über große Vorkommen schwerer Seltener Erden, die besonders stark gefragt sind. Eine Erschöpfung dieser Vorkommen wird bei intensivem Abbau schätzungsweise in 300 bis 400 Jahren eintreten.[4] Fast zwei Drittel der schweren Seltenen Erden Dysprosium und Terbium auf dem globalen Markt kommen aus dem Bürgerkriegsland Myanmar.[5] Das bislang größte bekannte Vorkommen außerhalb Chinas mit mindestens 1,4 Millionen verwertbaren Tonnen ist Mount Weld in Westaustralien. Daneben gibt es große Vorkommen in Grönland mit einem Vorkommen von 2,6 Millionen Tonnen, für deren Abbau bisher nur eine Pilotanlage betrieben wird.[6] Ebenso wurden große Vorkommen in Kanada entdeckt. Im Januar 2023 wurden in der Lagerstätte Per Geijer vom Eisenerzbergwerk Kiruna in Schweden Metalle der Seltenen Erden entdeckt. Das Bergbauunternehmen LKAB geht nach einer ersten Ressourcenabschätzung von einem Vorkommen von über einer Million Tonnen aus. Dabei handelt es sich um die größte bekannte Lagerstätte dieser Art in Europa.[7][8][9]

Der Anteil von China an der weltweiten Produktion wurde 2014 mit ca. 97,5 % angegeben,[10][11] er sank bis 2018 auf 71 %[12], bis 2022 auf 60 %.[13] 12 % wurden in Australien gewonnen, 9 % in den USA.[12] Neben dem Vorkommen von Seltenen Erden in den USA (Mountain Pass, Kalifornien) befinden sich weitere bereits erschlossene in Indien, Brasilien und Malaysia.[14] Südkorea kündigte 2010 an, Seltene Erden in Kooperation mit Vietnam fördern zu wollen.[15] Japanische Wissenschaftler entdeckten Mitte 2011 im Pazifik größere Mengen Seltener Erden.[16] Die bisher größte Lagerstätte wurde im Jahr 2013 in Nordkorea gefunden. In der Lagerstätte von Jongju sollen sich etwa 216 Millionen Tonnen befinden.[17] Südafrika verfügt mit wirtschaftlichem Effekt über einige SE-haltige Lagerstätten, beispielsweise im Bereich des Karbonatit-Komplexes bei Phalaborwa[18] und durch das nach 2010 wieder aktivierte Bergwerk Steenkampskraal in der Provinz Westkap. Mehrere Lagerstätten unterschiedlicher Typen gibt es in der Demokratischen Republik Kongo, von denen einige durch Bergbauaktivitäten genutzt werden.[19]

Im Jahr 2012 wurde in Deutschland Exploration durch das Unternehmen Seltenerden Storkwitz AG betrieben: Für die Lagerstätte nahe Storkwitz (Ortsteil von Delitzsch, Sachsen) wurden Ressourcenschätzungen von Geologen aus den 1980er Jahren bis zu einer Tiefe von 600 Metern bestätigt. Es handelt sich um eine Ressource von 4,4 Millionen Tonnen Erz mit 20.100 Tonnen Seltenerd-Verbindungen (meist Oxiden) bei Gehalten um 0,45 %.[20] 2017 wurde das Projekt als nicht wirtschaftlich eingestellt.[21]

Die wichtigsten Erze der Seltenen-Erden-Metalle sind der Monazit und der Bastnäsit. Der SE-Gehalt des Erzes von Mount Weld wurde 2011 mit 10 % angegeben,[22] der von Mountain Pass im Jahr 2005 mit 8 bis 12 %.[23]

Weitere Informationen Land, Reser- ven 3 ...
Weltweite Förderung und Reserven (in tausend Tonnen REO – Rare Earth Oxide)[24]
Land20102011201220132014201520162017201820192020 
2021
[24]
Reser-
ven 3
China Volksrepublik Volksrepublik China1301051009595105105105120132140 168 144000
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten000,85,50,74,100182639 421400
Australien Australien02,23,22,02,5101420212121 24 2[25]4000
Thailand Thailand
k.A.
0,81,61,01,83,6 8,2 2
k.A.
Madagaskar Madagaskar
k.A.
2,04,02,8 6,8 2
k.A.
Indien Indien2,82,82,92,93,0
k.A.
1,71,52,93,02,9 2,9 26900
Russland Russland
k.A.
2,52,52,53,03,02,72,72,7 2,6 221000
Brasilien Brasilien0,550,250,140,33
k.A.
1,12,01,11,00,6 0,521000
Vietnam Vietnam
k.A.
0,30,10,920,920,7 0,4 222000
Burundi Burundi
k.A.
0,630,20,3 0,2 2
k.A.
Malaysia Malaysia0,030,280,100,180,20,20,30,3000
k.A.
k.A.
Myanmar Myanmar
k.A.
192531
k.A.
k.A.
Kanada Kanada
k.A.
0830
Gronland Grönland
k.A.
01500
Sudafrika Südafrika
k.A.
0790
Tansania Tansania
k.A.
0890
andere Länder
k.A.
0,060,0660,1 0,06280
Gesamt (gerundet)133111110111110124126130190220240 290120000
Schließen
1 
Produktionsquote; beinhaltet keine undokumentierte Produktion.
2 
Schätzung
3 
Stand: 2020

Auf dem Erdmond gibt es Vorkommen von KREEP-Gesteinen, die in geringer Menge Seltene Erden enthalten. Auf weiteren Objekten im Weltraum, einschließlich erdnahen Objekten (NEOs), sind Metalle der Seltenen Erden vorhanden.[26][27][28] Es gibt theoretische Überlegungen für Asteroidenbergbau.

Auf Grund der sehr ähnlichen chemischen Eigenschaften kommt keines der Seltenen-Erden-Metalle in der Natur rein vor, sondern es liegt immer eine Mischung mehrerer Seltenen Erden vor. Daher kann bei den entsprechenden Mineralen (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 (von englisch rare earth elements) abzukürzen.

Gewinnung

Hydrometallurgische Verfahren

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 aufwändige Trennverfahren separiert werden. Im ersten Schritt werden die Erze durch Behandlung mit Laugen oder Säuren aufgeschlossen, zum Teil werden die Erze, wie 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:[29]

Produktionsstätten für die Flüssig-Flüssig-Extraktion befinden sich fast ausschließlich in China. In Europa sind nur noch Silmet in Estland und Solvay in La Rochelle aktiv.[33][34]

Biologische Verfahren

Ein Bioleaching-Verfahren, um Seltenerdmetalle aus Phosphorgips und Elektronikschrott zu gewinnen, basiert auf einem Säuregemisch, das von dem Bakterium Gluconobacter oxydans erzeugt wird und u. a. Gluconsäure enthält.[35][36]

Verwendung

Seltene Erden werden in vielen Schlüsseltechnologien eingesetzt. Europium wurde in Röhren- und Plasmabildschirmen benötigt für die Rotkomponente im RGB-Farbraum. Neodym wird in Legierung mit Eisen und Bor zur Herstellung von Dauermagneten verwendet. Diese Neodym-Magnete werden in permanenterregten Elektromotoren, Generatoren von Windkraftanlagen und auch in Elektromotoren von Kfz-Hybrid-Antrieben eingesetzt. Lanthan wird für Legierungen in Akkumulatoren benötigt.[37] 13 % der Seltenen Erdmetalle kommen für Polituren zum Einsatz, etwa 12 % für Spezialgläser und 8 % für die Leuchtmittel der Plasma- und LCD-Bildschirme, für Leuchtstofflampen (in geringerem Umfang für Kompaktleuchtstofflampen) und Radargeräte. Metalle der Seltenen Erden werden in der medizinisch-diagnostischen Radiologie als Kontrastmittelbeigabe bei Kernspin-Untersuchungen (Magnetresonanztomographie) verwendet.

Neuere Untersuchungen zeigen, dass die Oxide der Lanthanreihe nach dem Sintern intrinsisch hydrophob sind. Wegen hoher Temperaturbeständigkeit, hoher Abriebfestigkeit und ihrer hydrophoben Eigenschaften bieten sich diesbezüglich weitere Einsatzmöglichkeiten an (z. B. Dampfturbinen und Flugzeugtriebwerke).[38][39]

Weitere Beispiele gibt es in der Tabelle[40] unter Verwendung der Lanthanoide und in den Artikeln der jeweiligen Elemente.

Weitere Informationen Z, Sym-bol ...
ZNameEtymologieausgewählte 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, Nd:YAG-Laser
57 La Lanthan von griechisch lanthanein ‚versteckt sein‘ Nickel-Metallhydrid-Akkus, Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Brennstoffzellen, Gläser mit hohem Brechungsindex
58 Ce Cer nach dem Zwergplaneten Ceres. Kfz-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, Lautsprecher, CD-Player), Laser, Glasfärbung
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 Wassili Samarski Dauermagnete (in Diktiergeräten, Kopfhörern, Festplattenlaufwerken), Raumfahrt, Gläser, Laser, Medizin
63 Eu Europium neben Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element LEDs, Leuchtstofflampen, Plasma- und CRT-Fernseher (roter Leuchtstoff)
64 Gd Gadolinium nach Johan Gadolin (1760–1852), dem Namensgeber des Gadolinits Kontrastmittel (Kernspintomographie), Radar-Bildschirme (grüner Leuchtstoff), KKW-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-Tomographen
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Umweltprobleme

Der Abbau von Seltenen Erden erfolgt in manchen Lagerstätten unter Zuhilfenahme von Säuren, mit denen relevante Mineralanteile über Bohrlöcher aus dem Gestein gelöst werden. Weil unter diesen natürlichen Bedingungen die begehrten Selten-Erd-Rohstoffe nur in geringer Konzentration in den Lagerstätten vorkommen, wird zu ihrer Gewinnung auch diese Technologie praktiziert. Dies erzeugt große Mengen an giftigem Schlamm. Da die darin enthaltenen Minerale auch radioaktive Bestandteile enthalten,[41] tritt mit diesem Schlamm eine Mobilisierung solcher strahlender Thorium- und Uranverbindungen ein, die neben Säuren und Schwermetallen eine Gefährdung darstellen. Von diesen Nebenprodukten können bei ungenügender Technologie daher vielfältige und komplexe Gift- und andere gesundheitsbeeinträchtigende Wirkungen auf Mensch und Umwelt ausgehen.

Angesichts der enormen Abfallmengen wird dieser Schlamm in künstlichen Teichen gelagert. Der weltweit größte dieser Teiche mit einer Fläche von mittlerweile 10 km2[42] befindet sich in der chinesischen Stadt Baotou, die Teil des Bayan Obo mining districts ist. Aufgrund seiner immer weiter voranschreitenden Ausdehnung und seiner enormen Gefahren für alles Leben in seiner Umgebung wurde dieser Ort bereits als „Hölle auf Erden“ bezeichnet.[43] Wo Umweltauflagen fehlen oder ihre Einhaltung nicht kontrolliert wird, stellen diese Absetzbecken zugleich eine enorme Gefahr für das Grundwasser dar.

Weltproduktion an Seltenerd-Metallen (1950–2000)

Weltmarktprobleme

Der Bedarf an einer Nutzung der Seltenen Erden war noch im 20. Jahrhundert dem technischen Level der Güterproduktion entsprechend gering und wuchs erst durch die Digitalisierung von Gerätschaften und Steuerungsprozessen um die Jahrtausendwende rasch an. Durch die Energiewende und den Umstieg auf Elektromobilität steigt der Bedarf an seltenen Erden zusätzlich an.[44][45][46] Beispielsweise wird für das Erreichen der Klimaneutralität der USA 2050 bei gleichbleibendem Anstieg des Energieverbrauchs ein 60- bis 300-facher größerer Bedarf Seltener Erden im Energiesektor gegenüber 2021 prognostiziert.[47]

Vor 2010

Die Förderung Seltener Erden ist sehr kostenintensiv. Bis in die 1980er Jahre hinein waren die USA das Hauptförderland, danach wurde wegen der niedrigeren Kosten in der Volksrepublik China (im Folgenden: China) die Förderung in den USA unrentabel. China förderte im Jahr 2006 rund 119.000 Tonnen (damit fünfmal so viel wie im Jahr 1992) und dominierte den Weltmarkt (2007: 95 % der weltweiten Förderung).[48]

2010 bis 2018

Anteil Chinas an der weltweiten Seltene Erden-Produktion:[12][49] 2010: 97 %, 2011: 95 %, 2013: 92 %, 2018: 71 %

China beschränkte den Export 2010 und legte Quoten an: Insgesamt wurden 30.300 Tonnen festgelegt, so dass für das zweite Halbjahr nur 8.000 Tonnen verblieben (gegenüber 28.000 Tonnen im zweiten Halbjahr 2009). 2011 galt für die leichten Seltenen Erden Neodym, Lanthan, Cer und Europium eine Exportquote von 35.000 Tonnen, für die schweren Seltenen Erden Yttrium, Thulium und Terbium ein vollständiges Exportverbot.[50]

China akzeptiert WTO-Urteil

Im Streit um eine zudem ab Januar 2011 geplante Erhöhung der Ausfuhrzölle für Seltene Erden kündigten die USA im Dezember 2010 an, China vor der WTO zu verklagen.[51] Dies wurde am 13. März 2012 umgesetzt[52]; die EU und Japan beteiligten sich an der Klage.

Nachdem die WTO die Exportbeschränkungen für unzulässig erklärte, hob China die entsprechenden Exportquoten Anfang 2012 auf.[53] 2013 wurden 22.493 Tonnen exportiert, bis November 2014 waren es rund 24.886 Tonnen – das Exportlimit von rund 31.000 Tonnen wurde noch nicht ausgeschöpft.[54]

Als Reaktion auf die internationalen Proteste hatte China im April 2012 einen Wirtschaftsverband für Seltene Erden gegründet. Der Verband werde den Abbau und die Verarbeitung der Rohstoffe koordinieren und „einen vernünftigen Preismechanismus“ entwickeln, teilte das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie mit.[55]

Politische Motive Chinas

Mit den genannten Exportbeschränkungen – so eine Einschätzung – hätte China eine Absicherung des Eigenbedarfs und die Verlagerung rohstoffabhängiger Wertschöpfung ins Inland bezwecken können.[56] Bezweifelt wurde hingegen, dass diese Politik vor allem der Verlagerung westlicher Produktion nach China gedient haben könnte, da westliche Unternehmen zunehmend von einer Benachteiligung ihrer Werke in China gegenüber einheimischen Unternehmen berichteten.[57]

Manche Kritiker sahen in der Gründung des genannten chinesischen Wirtschaftsverbandes für Seltene Erden zudem einen Versuch, den Sektor noch stärker zu kontrollieren und außenpolitisch speziell gegenüber Japan mit Sperren zu nutzen, da beide Staaten Anspruch auf das erdöl- und erdgasreiche Gebiet der Senkaku-Inseln erheben.

Weltweite Gegenmaßnahmen

Japanische Unternehmen trafen Vorsorgemaßnahmen; so bildete Toyota eine eigene Arbeitsgruppe zur Versorgung mit Seltenen Erden. Auch das japanische Ministerium für Handel und Wirtschaft nahm sich des Problems an.[57][58]

Wegen der beschränkenden Maßnahmen Chinas nahm das Bergbauunternehmen Molycorp Minerals den Abbau in den USA (Mountain Pass) wieder auf.[59] Nachdem internationale Bergbaukonzerne die erneute Förderung Seltener Erden in verschiedenen Erdteilen angekündigt und dafür teilweise stillgelegte Minen reaktiviert hatten, wurden Befürchtungen besonders in Kreisen der deutschen Industrie verringert, dass die künftige chinesische Exportpolitik zu Engpässen bei der Belieferung mit Seltenen Erden führen könnte. 2018 stammten 20 % der deutschen Importe aus Russland, und Experten rechneten 2019 auch aufgrund langfristiger Lieferverträge nicht mit kurzfristigen Auswirkungen eines Handelsstreites zwischen den USA und China auf die Versorgung in Deutschland.[60]

Am grönländischen Kvanefjeld befand sich eine Pilotanlage zum Abbau Seltener Erden
Produktion außerhalb Chinas

Nach Angaben von Geologen liegen vor allem auf Grönland und in Kanada weitere potentielle Abbaugebiete; so könne ein Areal am grönländischen Kvanefjeld bis zu 100.000 Tonnen Seltene Erden pro Jahr abwerfen, was der Menge der derzeitigen Gesamtproduktion Chinas von 130.000 Tonnen pro Jahr nahe käme.[61] Der Abbau in Kvanefjeld begann 2016 mit einer Pilotanlage, die sich 2016/17 in der Begutachtungsphase befand.[6]

Grönland

Das Gebiet 8 km nördlich der Siedlung Nordprøven (dän.)/Narsaq (grönl.) am Berg Kvanefjeld (dän.)/Kuannersuit (grönl.) ist vermutlich die drittgrößte Lagerstätte für Seltenen Erden-Erze. Nach aktuellem Stand enthält die Lagerstätte zwischen 1,5 Mio. (vergleichsweise leicht abbaubar) und 11 Mio. Tonnen (Gesamtmenge) Seltene-Erden-Oxide, darunter 0,4 Mio. Tonnen schwere Seltene-Erden-Oxide. Das Erz ist außerdem reich an Zink (2400 ppm) und Uran (300 ppm). Mit dem Greenland Parliament Act No. 20/Inatsisartutlov Nr. 20 vom 1. Dezember 2021 verbietet sich Grönland selbst den Abbau jeglicher Lagerstätten, die mehr als 100 ppm Uran enthalten, so dass sämtliche Aktivitäten zum Erschließen dieser Lagerstätte stehen (Stand: 2026).[62]

Seit 2018 bis zur Gegenwart

Im Juni 2019 drohte China infolge eines erneuten Handelskonfliktes zwischen den Vereinigten Staaten und der Volksrepublik China die Drosselung des Verkaufs Seltener Erden in die USA an.[63] Der Konflikt konnte erneut beigelegt werden, doch blieb das Grundproblem, die weltweite Abhängigkeit von China, weiter bestehen.

Am 20. September 2019 wurde der Bericht des China Seltene Erde Industrie Index, der gemeinsam von der China Economic Information Society und der Baotou Seltene Erden Element Börse erstellt wurde, offiziell veröffentlicht. Fazit: China dominiere die Extraktion und den Abbau von Seltenen Erden in der Welt.

Im Januar 2023 meldete das staatliche schwedische Bergbauunternehmen LKAB die Entdeckung des größten Vorkommens seltener Erden in Europa. Es handle sich um mehr als eine Million Tonnen an Metallen.[64]

Als Reaktion auf die von der US-Regierung verhängten Zölle begann China Anfang April 2025, den Export von sieben Seltenerdmineralien zu beschränken – die meisten davon sind sogenannte „schwere“ Seltene Erden, die für den Verteidigungssektor von entscheidender Bedeutung sind.[65]

Literatur

Fachliteratur

Belletristik

Commons: Seltene Erden Elemente – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikinews: Seltene Erden – in den Nachrichten

Einzelnachweise

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