Seltene-Erden sind unverzichtbare Rohstoffe. Entsprechend groß ist die weltweite Nachfrage. Sie sind essenziell für die Energiewende, da sie für die Herstellung von Elektromotoren, Akkus und Windkraftturbinen benötigt werden. Ihre Förderung ist mit einem hohen Einsatz von Chemikalien verbunden und daher umweltschädlich. Umso wichtiger ist es also, die bereits vorhandenen Seltene-Erden ressourcenschonend einzusetzen und zu recyceln. Die Wiederverwendung ist auch das Ziel von Heraeus Remloy: Wir nutzen ein neues Verfahren, um Permanentmagnete aus Neodym zu recyceln.
Seltene-Erden – Wichtige Metalle für Zukunftstechnologien
Was sind Seltene-Erden?
Zu den Seltene-Erden zählen die 17 Elemente der Lanthanoide sowie Yttrium und Scandium. Alle diese chemischen Elemente sind Metalle. So rar wie der Name vermuten lässt, sind Seltene-Erden übrigens nicht: Neodym kommt zum Beispiel häufiger in der Erdkruste vor als Blei, Kupfer oder Gold. Ihren Namen verdanken die Metalle dem Zeitpunkt ihrer Entdeckung. Sie wurden als Oxid-Verbindungen, früher Erden genannt, in seltenen Mineralien erforscht. Neodym wurde erst Ende des 19. Jahrhunderts als eigenständiges Element entdeckt und 1925 erstmals in Reinform hergestellt.
Seltene Erden spielen eine wichtige Rolle in unserem Alltag: Smartphones, Laptops, Elektroautos, Power Tools brauchen Seltene Erden. Neodym wird für Permanentmagnete in Elektromotoren und Festplatten benötigt.
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Häufige Metalle ─ seltene Vorkommen
Lagerstätten für Seltene-Erden sind allerdings begrenzt. Viele der Metalle werden nur als Beiprodukt von anderen Erzförderungen gewonnen. Dabei fallen jeweils nur kleine Mengen an. Im Jahr 2020 betrug die weltweite Bergwerksförderung von Seltene-Erd-Oxid 214.000 Tonnen. Dabei kommen fast 70 Prozent des Abbaus und der Raffination aus China und allein ein Drittel aus der Bayan-Obo-Mine in der Inneren Mongolei.
Weitere Vorkommen von Seltene-Erd-Metallen gibt es zwar unter anderem auch in Nordamerika, Australien, Grönland, Russland und sogar Deutschland. Die Vorkommen sind aber zu gering oder nicht erschlossen, sodass sich der Abbau wirtschaftlich rentieren würde. Aufgrund Chinas marktbeherrschender Stellung sieht die Europäische Kommission Seltene-Erden derzeit als Rohstoffe mit dem größten Versorgungsrisiko. Auch der Wissenschaftliche Dienst des Bundestages hat sich mit der Bedeutung von Seltene-Erden beschäftigt und relevante Fakten in einem Dokument („Seltene-Erden als wichtige Ressource“) zusammengefasst.
Wie werden Seltene-Erden gewonnen?
Seltene-Erden werden überwiegend im industriellen Tagebau gewonnen. Sie kommen dabei als Oxide vor. In Bayan Obo erfolgt die Gewinnung beispielsweise als Nebenprodukt der Eisenerzproduktion. Nach der Förderung wird das Erz gebrochen und gemahlen. Nach einer optionalen Magnetscheidung erfolgt eine mehrstufige Flotation zur Herstellung eines Seltene-Erd-Mineralkonzentrates wie zum Beispiel Bastnäsit oder Monazit.
Das Konzentrat wird danach getrocknet und unter Zugabe von Schwefelsäure geröstet und aufgeschlossen. Daraufhin wird das Konzentrat mit einer Lauge behandelt. Je nach Förderart und Zusammensetzung der Konzentrate unterscheiden sich die Schritte. Abschließend werden die einzelnen Seltene-Erden mit organischen Lösungsmitteln abgetrennt. Um metallisches Neodym aus dem Oxid zu gewinnen ist energieintensive Schmelzflusselektrolyse nötig. Typischerweise kann aus 200 Kilogramm Roherz so ein Kilogramm Neodym gewonnen werden.
Welche Probleme beim Abbau von Seltene-Erden entstehen
Die Förderung von Seltene-Erden ist energieintensiv, aufwändig und durch den Einsatz vieler Chemikalien umweltbelastend. Je nach Förderart müssen Seltene-Erd-haltige Bodenschichten direkt gelaugt und flächendeckend abgetragen werden. Dadurch entstehen massive Eingriffe in die Natur. Ebenso kommt es bei der Förderung zu einem hohen Wasserverbrauch. Für die Herstellung von einem Kilo Seltene-Erd-Oxide werden durchschnittlich 2.300 Liter Wasser benötigt. Seltene-Erden sind zudem mit Radionukliden vergesellschaftet, insbesondere Uran und Thorium. Dadurch sind die bergbaulichen Rückstände je nach Lagerstättentyp radioaktiv belastet. Moderne Verfahren, die weniger Umwelteinfluss haben, werden bisher noch wenig verwendet, was das Recycling umso wichtiger macht.
Magnete aus Seltene-Erden
Seltene-Erd-Magnete sind Permanentmagnete aus den Metallen der Seltene-Erden. Im Vergleich zu traditionellen Magneten weisen Seltene-Erd-Magnete eine hohe magnetische Remanenzflussdichte und eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke aus.
Einer der industriell am meisten genutzten Permanentmagneten besteht aus Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B1). Diese Magnete zeichnen sich durch sehr hohe Remanenzflussdichten, Koerzitivfeldstärken und Energiedichten aus. Neodym-Eisen-Bor Magnete sind also besonders stark und können daher einen kleinen Formfaktor haben. Das macht sie ideal für Anwendungen, in denen Platz eine große Rolle spielt, wie zum Beispiel in Festplatten oder HiFi-Lautsprechern.
Wie werden Seltene-Erd-Magnete hergestellt?
Permanentmagnete werden oft als kristallines Pulver in eine Form gepresst. Danach werden die Magnete gesintert, also unter Druck erhitzt, damit sich die verschiedenen Ausgangsstoffe verbinden. Anschließend erfolgt eine Magnetisierung mit einem externen Magnetfeld. Die Permanentmagnete richten sich an diesem Magnetfeld aus und erhalten so ihre Wirkung.
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