Wie selten sind Seltene Erden wirklich?

Seltene Erden, eine Gruppe von 17 Metallen, kommen in der Erdkruste relativ häufig vor, ihre Gewinnung ist jedoch extrem schwierig.

Neodym, eines der Seltenerdelemente, das extrem schwer abzubauen ist. Foto: RHJ/Getty

Seltene Erden besitzen viele nützliche Eigenschaften, die sie in der Energie- und Technologiebranche sehr beliebt machen. Zu dieser Gruppe gehören 17 Metalle, darunter 15 metallische Elemente am unteren Ende des Periodensystems sowie die beiden Elemente Yttrium und Scandium.

Die wertvollsten dieser Elemente sind Neodym, Praseodym, Terbium und Dysprosium. Sie dienen als leistungsstarke Miniaturmagnete und sind ein wichtiger Bestandteil elektronischer Geräte wie Smartphones, Batterien für Elektroautos und Windkraftanlagen. Die begrenzten Vorkommen seltener Erden bereiten Unternehmen und Regierungen , die diese modernen Güter herstellen, jedoch große Sorgen.

Seltene Erden sind gar nicht so selten. Laut einer Studie des USGS über die kristallinen Häufigkeiten verschiedener Elemente (ihre durchschnittliche Häufigkeit in der Erdkruste) kommen die meisten Seltenen Erden in etwa denselben Mengen vor wie gängige Metalle wie Kupfer und Zink. „Sie sind sicherlich nicht so selten wie Metalle wie Silber, Gold und Platin“, sagt Aaron Noble, Professor an der Virginia Tech.

Doch die Gewinnung aus natürlichen Quellen ist äußerst schwierig. „Das Problem ist, dass sie nicht an einem Ort konzentriert vorkommen. In jedem Kilogramm Schiefergestein in den Vereinigten Staaten befinden sich etwa 300 Milligramm Seltenerdmetalle“, sagt Paul Ziemkiewicz, Direktor des West Virginia Water Research Institute.

Normalerweise reichern sich Metalle in der Erdkruste durch verschiedene geologische Prozesse wie Lavaströme, hydrothermale Aktivität und Gebirgsbildung an. Aufgrund ihrer ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften reichern sich Seltene Erden unter diesen Bedingungen jedoch selten gemeinsam an. Ihre Spuren sind über den gesamten Planeten verstreut, was ihre Gewinnung ineffizient macht.

Saure Untergrundumgebungen können mitunter den Gehalt an Seltenen Erden an bestimmten Stellen leicht erhöhen. Doch diese Stellen zu finden, ist nur die erste Herausforderung.

In der Natur kommen Metalle als Gemische, sogenannte Erze, vor. Diese enthalten Metallmoleküle, die über starke Ionenbindungen an andere Nichtmetalle (Gegenionen) gebunden sind. Um reine Metalle zu gewinnen, müssen diese Bindungen aufgebrochen und die Nichtmetalle entfernt werden. Der Schwierigkeitsgrad dieser Arbeit hängt von der jeweiligen Metallart und den jeweiligen Nichtmetallen ab.

„Kupfererz kommt üblicherweise in Form von Sulfiden (chemischen Verbindungen aus Schwefel und anderen Elementen) vor. Man erhitzt das Erz so lange, bis die Sulfide als Gas entweichen und das reine Kupfer sich am Boden des Reaktors absetzt. Das ist ein relativ einfaches Gewinnungsverfahren. Andere Erzarten, wie beispielsweise Eisenoxid, benötigen Zusätze, um das Metall freizusetzen. Die Trennung von Seltenen Erden ist jedoch deutlich komplizierter“, erklärt Ziemkiewicz.

Seltene Erden besitzen drei positive Ladungen und bilden extrem starke Ionenbindungen mit Phosphat-Gegenionen, die jeweils drei negative Ladungen aufweisen. Daher muss beim Extraktionsprozess die extrem starke Bindung zwischen dem positiv geladenen Metall und dem negativ geladenen Phosphat überwunden werden.

„Seltenerze sind chemisch sehr stabile Mineralien, und es bedarf viel Energie und chemischer Kraft, um sie aufzubrechen. Typischerweise erfordert dieser Prozess einen extrem niedrigen pH-Wert, aggressive Bedingungen und extrem hohe Temperaturen, da die Bindungen im Erz unglaublich stark sind“, sagte Noble.

Die Schwierigkeit, die reinen Elemente zu isolieren, hat ihnen den Namen „Seltene Erden“ eingebracht. Einige Experten erforschen neue Methoden zum Recycling und zur Gewinnung dieser wertvollen Metalle aus Industrieabfällen und Altelektronik, um die Versorgungslage zu verbessern. Sie versuchen außerdem, die einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Seltenen Erden in neuen Verbindungen nachzubilden, in der Hoffnung, dass diese leichter zugängliche Alternativen darstellen werden. Trotz steigender Nachfrage gibt es derzeit jedoch keine praktikablen Alternativen zu Seltenen Erden.

Thu Thao (laut Live Science )

Quellenlink: https://vnexpress.net/dat-hiem-thuc-chat-hiem-den-muc-nao-4659668.html