Seltene Erden (Seltenerdelemente): Definition, Vorkommen und Eigenschaften

Hier finden Sie eine Tabelle mit den siebzehn Seltenerdelementen, ihrer Ordnungszahl und ihrem Symbol, der Herkunft ihrer Namen und einigen ihrer Verwendungen. Einige der Seltenen Erden sind nach den Wissenschaftlern benannt, die sie entdeckt haben, und einige sind nach dem Ort benannt, an dem sie entdeckt wurden.

Elemente der Seltenen Erden sind schwerer als Eisen. Sie werden durch Supernovae (explodierende Sterne) erzeugt. In der Natur entstehen durch die Spaltung von Uran-238 sehr geringe Mengen radioaktiven Promethiums. Das meiste Promethium wird synthetisch in Kernreaktoren erzeugt.

Elemente der Seltenen Erden verändern sich im Laufe der Zeit in kleinen Mengen (ppm, parts per million). Ihr Anteil kann für die geologische Datierung und die Datierung von Fossilien verwendet werden.

Die Elemente der Seltenen Erden werden oft zusammen gefunden. Das langlebigste Isotop des Promethiums hat eine Halbwertszeit von 17,7 Jahren. Aus diesem Grund kommt das Element in der Natur nur in sehr geringen Mengen vor. Promethium ist eines der beiden Elemente, die keine stabilen (nicht-radioaktiven) Isotope haben und auf die stabile Elemente folgen (das andere ist Technetium).

Da alle Lanthanoide nahe beieinander liegen, waren die Seltenerdelemente schon immer schwer zu trennen. Selbst mit Äonen geologischer Zeit ist die Trennung der Lanthanoide in der Natur nur selten weiter gegangen als die Trennung zwischen leichten und schweren Lanthanoiden, die auch als Cer- und Yttrium-Erden bekannt sind. Diese geochemische Trennung zeigt sich bei den ersten beiden entdeckten Seltenen Erden. Diese waren Yttrium 1794 und Cerium 1803. Als sie zuerst gefunden wurden, war jede von ihnen eine Mischung aus allen Seltenen Erden. Große Erzkörper der Ceriumerden sind auf der ganzen Welt zu finden und werden derzeit ausgebeutet. Erzkörper für Yttrium sind seltener. Außerdem sind sie gewöhnlich kleiner und weniger konzentriert.

Bis 1948 stammten die meisten Seltenen Erden der Welt aus Sandlagerstätten in Indien und Brasilien. In den 1950er Jahren förderte Südafrika die meisten Seltenen Erden der Welt. Dies geschah, nachdem dort große Adern eines seltene Erden enthaltenden Minerals gefunden wurden. Von den 1960er bis in die 1980er Jahre war ein Bergwerk in Kalifornien der führende Produzent. Heute stellen die indischen und südafrikanischen Lagerstätten immer noch einige Seltene Erden-Konzentrate her, aber sie sind im Vergleich zu der in China produzierten Menge sehr klein. China hatte über 95% der weltweiten Seltenerdmengen produziert. Der größte Teil davon wurde in der Inneren Mongolei gefördert, obwohl dort nur 37% der nachgewiesenen Reserven vorhanden waren. Obwohl diese Zahlen inzwischen angeblich bis 2012 auf 90% und 23% gesunken sein sollen. Alle schweren Seltenen Erden der Welt (wie z.B. Dysprosium) stammen aus chinesischen Seltenen-Erden-Quellen wie dem polymetallischen Bayan-Obo-Vorkommen. Im Jahr 2010 veröffentlichte der United States Geological Survey (USGS) eine Studie, die ergab, dass die Vereinigten Staaten 13 Millionen Tonnen Seltene Erden enthalten.

Die neue Nachfrage nach diesen Elementen ist höher als das Angebot. Die Welt könnte bald mit einer Verknappung der Seltenen Erden konfrontiert sein. In einigen Jahren ab 2009 dürfte die weltweite Nachfrage nach Seltenerdelementen das Angebot um 40.000 Tonnen pro Jahr übersteigen, sofern keine neuen Quellen erschlossen werden.

China

Diese Bedenken sind durch das Vorgehen Chinas noch größer geworden. China hat erklärt, dass es Exportbestimmungen erlassen und sich für die Beendigung des Schmuggels einsetzen wird. Am 1. September 2009 sagte China, dass es seine Exporte im Zeitraum 2010-2015 auf 35.000 Tonnen pro Jahr senken werde. China sagte, dies geschehe, um seltene Ressourcen zu erhalten und die Umwelt zu schützen. Am 19. Oktober 2010 berichtete China Daily, dass China "die Quoten für Seltene Erden-Exporte im nächsten Jahr um höchstens 30 Prozent weiter senken wird, um die Edelmetalle vor Überausbeutung zu schützen". Ende 2010 sagte China, dass die erste Exportrunde für Seltene Erden im Jahr 2011 bei 14.446 Tonnen liegen werde. Das war ein Rückgang um 35 Prozent gegenüber der ersten Exportrunde 2010. Im September 2011 sagte China, dass es die Produktion in drei seiner acht Seltenerdminen stoppen werde. Diese Minen produzierten fast 40% der gesamten chinesischen Seltenerdproduktion. Im August 2012 sagte China, dass es einen weiteren Produktionsrückgang von 20% geben werde.

Außerhalb Chinas

Aufgrund der gestiegenen Nachfrage und der Exportbeschränkungen für die Metalle aus China lagern einige Länder Seltene Erden-Ressourcen. Es wird nach neuen Quellen in Australien, Brasilien, Kanada, Südafrika, Tansania, Grönland und den Vereinigten Staaten gesucht. Die Minen in diesen Ländern wurden geschlossen, als China in den 1990er Jahren die Weltmarktpreise unterboten hat. Es wird einige Jahre dauern, bis die Produktion wieder aufgenommen werden kann.

Die Europäische Union hat das dänische Protektorat Grönland gedrängt, die chinesische Entwicklung von Seltenerdprojekten dort einzuschränken, da China 95 Prozent des derzeitigen weltweiten Angebots ausmacht. Anfang 2013 hat die grönländische Regierung erklärt, dass sie keine Pläne hat, solche Beschränkungen aufzuerlegen.

Die nukleare Wiederaufbereitung ist eine weitere mögliche Quelle für seltene Erden oder andere Elemente. Bei der Kernspaltung von Uran oder Plutonium entstehen viele Elemente sowie alle ihre Isotope. Aufgrund der Radioaktivität vieler dieser Isotope ist es jedoch unwahrscheinlich, dass ihre Erzeugung sicher und wirtschaftlich erfolgen kann.

Recycling

Eine weitere Quelle für Seltene Erden sind Elektronikschrott und andere Abfälle, die eine große Menge an Seltenerdkomponenten enthalten. Neue Fortschritte in der Recyclingtechnologie haben es einfacher gemacht, die seltenen Erden aus diesen Materialien zu gewinnen. Recycling-Anlagen sind derzeit in Japan in Betrieb, wo etwa 300.000 Tonnen Seltene Erden in ungenutzter Elektronik vorhanden sind. In Frankreich errichtet die Rhodia-Gruppe zwei Fabriken in La Rochelle und Saint-Fons. Diese Fabriken werden 200 Tonnen Seltene Erden pro Jahr aus gebrauchten Leuchtstofflampen, Magneten und Batterien herstellen.

Geopolitische Erwägungen

China hat erklärt, dass die Erschöpfung der Ressourcen und Umweltbedenken die Gründe für eine verstärkte landesweite Kontrolle seiner Seltenerdmineralproduktion sind. Es wurden auch nicht-ökologische Gründe angeführt, um die chinesische Seltene-Erden-Politik zu erklären. Laut The Economist "geht es bei der Kürzung ihrer Exporte von Seltenerdmetallen ... nur darum, chinesische Hersteller in der Lieferkette nach oben zu bringen, so dass sie der Welt wertvolle Fertigwaren verkaufen können, statt minderwertiger Rohstoffe".

Das Energieministerium der Vereinigten Staaten identifizierte in seinem Bericht über die Strategie für kritische Materialien 2010 Dysprosium als das Element, das in Bezug auf die Importabhängigkeit am kritischsten ist.

Ein Bericht des U.S. Geological Survey und des U.S. Innenministeriums mit dem Titel "China's Rare-Earth Industry" (Chinas Seltenerd-Industrie) aus dem Jahr 2011 befasst sich mit Branchentrends in China. Er befasst sich mit der nationalen Politik, die die Zukunft der Produktion des Landes lenken könnte. Der Bericht besagt, dass Chinas Führung in der Produktion von Seltenerdmineralien in den letzten zwei Jahrzehnten gewachsen ist. Im Jahr 1990 entfielen nur 27% dieser Mineralien auf China. Im Jahr 2009 lag die Weltproduktion bei 132.000 metrischen Tonnen. China produzierte 129.000 dieser Tonnen. Dem Bericht zufolge deuten jüngste Muster darauf hin, dass China den Export solcher Materialien in die Welt verlangsamen wird: "Aufgrund des Anstiegs der Inlandsnachfrage hat die Regierung die Exportquote in den letzten Jahren schrittweise gesenkt". Im Jahr 2006 erlaubte China 47 einheimischen Seltenerdproduzenten und -händlern und 12 chinesisch-ausländischen Seltenerdproduzenten die Ausfuhr. Im Jahr 2011 gab es nur noch 22 einheimische Seltenerdproduzenten und -händler und 9 chinesisch-ausländische Seltenerdproduzenten und -händler und 9 chinesisch-ausländische Seltenerdproduzenten. Die zukünftige Politik der Regierung wird wahrscheinlich weiterhin strenge Kontrollen vorsehen: "Nach dem Entwurf des chinesischen Entwicklungsplans für Seltene Erden kann die jährliche Produktion von Seltenen Erden im Zeitraum von 2009 bis 2015 auf 130.000 bis 140.000 [metrische Tonnen] begrenzt werden. Die Exportquote für Seltenerdprodukte könnte etwa 35.000 [metrische Tonnen] betragen, und die Regierung könnte 20 einheimischen Seltenerdproduzenten und -händlern erlauben, Seltene Erden zu exportieren.

Der United States Geological Survey durchsucht den Süden Afghanistans nach Seltenerdvorkommen unter dem Schutz der amerikanischen Streitkräfte. Seit 2009 hat der USGS sowohl Fernerkundungen als auch Feldarbeiten durchgeführt, um die sowjetischen Behauptungen zu verifizieren, dass in der Provinz Helmand in der Nähe des Dorfes Khanneshin vulkanisches Gestein mit Seltenerdmetallen existiert. Der USGS hat im Zentrum eines erloschenen Vulkans ein Gebiet mit Gesteinen gefunden, die leichte Seltenerdelemente wie Cer und Neodym enthalten. Er hat 1,3 Millionen Tonnen Nutzgestein kartiert. Bei der derzeitigen Nachfrage entspricht dies einem Angebot von etwa 10 Jahren. Das Pentagon hat seinen Wert auf etwa 7,4 Milliarden Dollar geschätzt.

Preise für Seltene Erden

Elemente der Seltenen Erden werden nicht in der gleichen Weise an der Börse gehandelt wie Edelmetalle (z.B. Gold und Silber) oder Nichteisenmetalle (wie Nickel, Zinn, Kupfer und Aluminium). Stattdessen werden sie auf dem privaten Markt verkauft. Dadurch sind ihre Preise schwer zu überwachen und nachzuvollziehen. Die Preise werden jedoch periodisch auf Websites wie mineralprices.com veröffentlicht. Die 17 Elemente werden normalerweise nicht in ihrer reinen Form verkauft. Sie werden in der Regel in Mischungen unterschiedlicher Reinheit vertrieben, z.B. "Neodym-Metall ≥ 99,5%". Aus diesem Grund können die Preise je nach der vom Endverbraucher gewünschten Menge und Qualität variieren.