Wie selten sind Seltene Erden wirklich?

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

Neodym, eines der seltenen Erden, dessen Abbau extrem schwierig ist. Foto: RHJ/Getty

Seltene Erden haben viele nützliche Eigenschaften, die sie in der Energie- und Technologiebranche sehr beliebt machen. Diese Gruppe besteht aus 17 Metallen, darunter die 15 metallischen Elemente am unteren Ende des Periodensystems sowie die beiden Elemente Yttrium und Scandium.

Die wertvollsten dieser Elemente sind Neodym, Praseodym, Terbium und Dysprosium. Sie wirken als starke Miniaturmagnete und sind eine Schlüsselkomponente in elektronischen Geräten wie Smartphones, Batterien für Elektroautos und Windturbinen. Das begrenzte Angebot an Seltenen Erden ist jedoch ein großes Problem für Unternehmen und Regierungen , die diese modernen Güter produzieren.

Seltene Erden sind eigentlich gar nicht so selten. Laut einer Studie des U.S. Geological Survey (USGS) über die Kristallhäufigkeit verschiedener Elemente (ihre durchschnittliche Häufigkeit in der Erdkruste) kommen die meisten Seltenen Erden in etwa der gleichen Menge vor wie gewöhnliche Metalle wie Kupfer und Zink. „Sie sind sicherlich nicht so selten wie Metalle wie Silber, Gold oder Platin“, sagt Aaron Noble, Professor an der Virginia Tech.

Doch ihre Gewinnung aus natürlichen Quellen ist äußerst schwierig. „Das Problem ist, dass sie nicht an einem Ort konzentriert sind. In den USA stecken in jedem Kilogramm Schiefergestein etwa 300 Milligramm Seltene Erden“, sagt Paul Ziemkiewicz, Direktor des West Virginia Water Research Institute.

Normalerweise reichern sich Metalle in der Erdkruste aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung an. Aufgrund der ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften von Seltenen Erden kommt es unter diesen besonderen Bedingungen jedoch normalerweise nicht zu einer gemeinsamen Anreicherung. Spuren von Seltenen Erden sind über den Planeten verstreut, was ihre Gewinnung ineffizient macht.

Manchmal kann es in sauren Untergrundumgebungen zu einem leichten Anstieg der Seltenerdmetallwerte an bestimmten Stellen kommen. Das Auffinden dieser Stellen ist jedoch nur die erste Herausforderung.

In der Natur kommen Metalle als Erze vor. Diese enthalten Metallmoleküle, die durch starke Ionenbindungen mit anderen Nichtmetallen (Gegenionen) verbunden sind. Um reine Metalle zu gewinnen, müssen diese Bindungen aufgebrochen und die Nichtmetalle entfernt werden. Der Schwierigkeitsgrad dieser Arbeit hängt vom Metall und dem Nichtmetall ab, mit dem sie verbunden sind.

„Kupfererz liegt normalerweise in Form von Sulfiden vor (Chemikalien aus Schwefel und anderen Elementen). Man erhitzt das Erz bis zu dem Punkt, an dem die Sulfide als Gas entweichen und das reine Kupfer auf den Boden des Reaktors sinkt. Das ist ein ziemlich einfacher Extraktionsprozess. Bei einigen anderen Arten, wie etwa Eisenoxid, sind Zusatzstoffe erforderlich, um das Metall freizusetzen. Die Trennung von Seltenen Erden ist jedoch viel komplizierter“, erklärt Ziemkiewicz.

Seltene Erden haben drei positive Ladungen und bilden extrem starke ionische Bindungen mit Phosphat-Gegenionen, von denen jedes drei negative Ladungen hat. Daher muss der Extraktionsprozess die extrem starke Bindung zwischen dem positiven Metall und dem negativen Phosphat überwinden.

„Seltenerd-Erze sind chemisch sehr stabile Mineralien und es erfordert viel Energie und chemische Kraft, sie abzubauen. Normalerweise erfordert dieser Prozess einen extrem niedrigen pH-Wert, raue Bedingungen und extrem hohe Temperaturen, da die Bindungen in den Erzen unglaublich stark sind“, sagte Noble.

Die Schwierigkeit, die reinen Elemente zu isolieren, hat ihnen den Namen „Seltene Erden“ eingebracht. Einige Experten arbeiten an neuen Methoden, um diese wertvollen Metalle aus Industrieabfällen und alten Elektronikgeräten zu recyceln und zu extrahieren, um den Druck auf die vorhandenen Vorräte zu verringern. Sie versuchen auch, die einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Seltenen Erden in neuen Verbindungen nachzubilden, in der Hoffnung, dass diese leichter zugängliche Alternativen werden. Trotz steigender Nachfrage gibt es derzeit jedoch keine brauchbaren Alternativen zu Seltenen Erden.

Thu Thao (Laut Live Science )

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