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 äußerst schwierig ist. Foto: RHJ/Getty

Seltene Erden haben viele nützliche Eigenschaften und sind daher in der Energie- und Technologiebranche sehr gefragt. 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, die als superstarke Miniaturmagnete wirken und eine Schlüsselkomponente elektronischer Geräte wie Smartphones, Batterien von Elektroautos und Windturbinen darstellen. Allerdings bereitet die begrenzte Versorgung mit Seltenen Erden Unternehmen und Regierungen bei der Produktion moderner Güter große Sorgen.

Seltene Erden sind nicht so selten. Einer Studie des United States Geological Survey (USGS) zur Kristallhäufigkeit verschiedener Elemente (der durchschnittlichen Verfügbarkeit in der Erdkruste) zufolge sind die meisten Seltenen Erden in den gleichen Mengen vorhanden wie gewöhnliche Metalle wie Kupfer und Zink. „Sie sind sicherlich nicht so selten wie Metalle wie Silber, Gold oder Platin“, sagte Aaron Noble, Professor an der Virginia Tech.

Allerdings ist es äußerst schwierig, sie aus natürlichen Quellen zu gewinnen. „Das Problem ist, dass sie nicht an einem Ort konzentriert sind. In jedem Kilogramm Schiefergestein in den Vereinigten Staaten sind etwa 300 Milligramm Seltene Erden enthalten“, sagte Paul Ziemkiewicz, Direktor des West Virginia Water Research Institute.

Typischerweise konzentrieren sich Metalle aufgrund verschiedener geologischer Prozesse wie Lavaströmen, hydrothermaler Aktivität und Gebirgsbildung in der Erdkruste. Aufgrund der ungewöhnlichen chemischen Eigenschaften der Seltenerdelemente kommt es unter diesen besonderen Bedingungen jedoch normalerweise nicht zu einer Anreicherung. Spuren von Seltenen Erden sind über den ganzen Planeten verstreut, was ihren Abbau ineffizient macht.

Manchmal kann eine saure Untergrundumgebung die Menge an Seltenerdelementen an bestimmten Stellen leicht erhöhen. Das Auffinden dieser Standorte ist jedoch nur die erste Herausforderung.

In der Natur kommen Metalle als Gemische vor, die als Erze bezeichnet werden und Metallmoleküle enthalten, die durch starke Ionenbindungen an andere Nichtmetalle (Gegenionen) gebunden sind. Um reines Metall zu erhalten, muss man diese Bindungen aufbrechen und die nichtmetallischen Substanzen entfernen. Der Schwierigkeitsgrad der Arbeit hängt von den Metallen und Nichtmetallen ab, mit denen sie verbunden werden.

„Kupfererz liegt üblicherweise in Form von Sulfiden vor (chemische Stoffe aus Schwefel und anderen Elementen). Man erhitzt das Erz so weit, dass die Sulfide als Gas entweichen und das reine Kupfer auf den Boden des Reaktors sinkt. Das ist ein ziemlich einfacher Extraktionsprozess. Bei anderen Erzen, wie beispielsweise Eisenoxid, sind Zusätze erforderlich, um das Metall freizusetzen. Die Trennung von Seltenen Erden ist jedoch viel komplizierter“, erklärt Ziemkiewicz.

Seltenerdmetalle 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 überwunden werden.

„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, harte Bedingungen und extrem hohe Temperaturen, da die Bindungen in den Erzen unglaublich stark sind“, sagte Noble.

Aufgrund der Schwierigkeit, die reinen Elemente zu isolieren, entstand der Name „Seltene Erden“. Einige Experten erforschen neue Methoden zum Recycling und zur Gewinnung dieser wertvollen Metalle aus Industrieabfällen und alten Elektrogeräten, um den Druck auf die aktuellen Vorräte zu verringern. Sie versuchen außerdem, die einzigartigen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Seltenen Erden in neuen Verbindungen nachzubilden, in der Hoffnung, dass diese neuen Verbindungen leichter zugängliche Alternativen darstellen. Allerdings gibt es trotz steigender Nachfrage derzeit keine wirksamen Alternativen zu Seltenen Erden.

Thu Thao (Laut Live Science )

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