Die Suche nach Seltenerdelementen

Im März 2012 reichten die EU, die USA und Japan gemeinsam bei der Welthandelsorganisation (WTO) Beschwerden ein, in denen behauptet wurde, China habe unlautere Praktiken im Zusammenhang mit dem Export von Seltenerdelementen (REEs) begangen. Die REEs sind eine Gruppe von 17 chemischen Elementen, die in einer Vielzahl moderner Technologien genutzt werden können, von Smartphones bis hin zu Fernsehgeräten. Im Jahr 2012 wurden rund 95% der weltweiten REEs in China abgebaut, und die Handelspartner dieses Landes waren empört darüber, was sie als Chinas Ausbeutung seines Monopols, einschließlich der Auferlegung von Exportquoten, empfanden. Als Reaktion auf die WTO-Beschwerden behauptete China, dass es die Exporte einschränke, damit seine REE-Industrie Umweltschäden reparieren könne, die durch jahrelange unkontrollierte Produktion verursacht wurden. Darüber hinaus musste das Land seine begrenzten REE-Ressourcen nutzen, um seine eigene High-Tech-Industrie zu versorgen.

Einzigartige Eigenschaften, High-Tech-Anwendungen.

Aus Sicht eines Chemikers bestehen die REEs aus den Lanthanoid-Elementen - einem der 15 aufeinanderfolgenden chemischen Elemente im Periodensystem von Lanthan bis Lutetium - sowie 2 Elementen aus Gruppe 3 des Periodensystems, Scandium und Yttrium. Aufgrund ihrer elektronischen Struktur weisen diese Elemente einzigartige magnetische, optische und katalytische Eigenschaften auf. In der Praxis werden sie normalerweise mit anderen Elementen kombiniert, um sorgfältig zugeschnittene Verbindungen und Legierungen zu bilden, die dann für bestimmte Anwendungen verwendet werden. Bis 2012 hatte die wachsende Bedeutung dieser Anwendungen die Nachfrage nach den zugrunde liegenden REEs und damit deren Wert erhöht. Beispiele für REE-Anwendungen sind:

• Katalytische Materialien, die chemische Prozesse beschleunigen, ohne in den Prozessen selbst verbraucht zu werden. Katalysatoren auf Lanthan- und Cer-Basis werden beispielsweise zur Raffination von Rohöl eingesetzt. Katalysatoren auf Cer-Basis finden sich auch in den Katalysatoren, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, um die Emission von Schadstoffen zu verringern.

• Magnetische Materialien, die in Permanentmagneten verwendet werden, die in einer Vielzahl von Industrie- und High-Tech-Anwendungen eingesetzt werden. Legierungen auf der Basis von Neodym und Samarium erzeugen die höchsten magnetischen Festigkeiten aller bekannten Permanentmagnetmaterialien. Diese Eigenschaft ermöglicht die Miniaturisierung magnetischer Komponenten und damit von Geräten, die diese Komponenten enthalten, wie z. B. Mobiltelefone und Festplatten. Die Fähigkeit dieser Materialien, einer Entmagnetisierung durch Wärme und andere Faktoren zu widerstehen, bedeutet, dass sie unter schwierigen Betriebsbedingungen eingesetzt werden können, was insbesondere bei Elektromotoren und Generatoren wichtig ist.

• Phosphormaterialien, die nach Einwirkung von Elektronen oder ultravioletter Strahlung Licht emittieren. Phosphore, die Europium, Terbium und Yttrium enthalten, sind besonders wirksam bei der Erzeugung sehr spezifischer Lichtwellenlängen unter effizienter Nutzung von Elektrizität. Phosphormaterialien werden häufig in Flachbildschirmen und Fernsehgeräten, Mobiltelefonen, Tablet-Computern und anderen elektronischen Geräten verwendet. Sie finden sich auch in Kompaktleuchtstofflampen, die nach und nach weniger effiziente Glühlampen ersetzen.

Magnet- und Leuchtstoffmaterialien werden aufgrund ihrer Verwendung in Komponenten und Geräten, die sich auf „grüne“ oder nachhaltige Energie beziehen, zunehmend nachgefragt. Die USA und andere Länder haben es als wichtige Priorität angesehen, den Zugang zu REEs zu sichern, die bei der künftigen Produktion und Nutzung von Elektrofahrzeugen, Windkraftanlagen der nächsten Generation und energieeffizienten Geräten in großem Maßstab eingesetzt werden.

Bodenschätze.

Obwohl jedes REE seine eigenen Eigenschaften hat, sind die Elemente als Gruppe chemisch ähnlich. Infolgedessen kommen sie in der Natur zusammen vor und sind an bestimmte Mineralien gebunden, die in einer begrenzten Vielfalt von Gesteinsarten vorkommen. Aufgrund der chemischen Ähnlichkeiten der Gruppe ist es für die Hersteller eine große Herausforderung, die einzelnen REEs voneinander zu trennen, sobald sie gefunden und aus dem Boden gegraben wurden. Im Laufe der Jahre wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, um diese Herausforderung zu bewältigen. Die Lösungsmittelextraktion ist zum bevorzugten Verfahren geworden, da Hersteller einzelne Seltenerdprodukte mit relativ hohen Reinheitsgraden herstellen können.

Prominente REE-haltige Mineralien in Erzvorkommen sind Bastnaesit, Monazit, Loparit, Xenotim und Laterit. Unter den Elementen gibt es Gruppierungen, die wichtig werden, wenn es um ihr geologisches Vorkommen, ihre Verarbeitung und ihre kommerzielle Nutzung geht. Leichte REEs (LREEs; Lanthan durch Neodym) sind häufiger anzutreffen als mittlere REEs (MREEs; Samarium durch Gadolinium) und schwere REEs (HREEs; Yttrium und Terbium durch Lutetium), obwohl fast alle REEs typischerweise in unterschiedlichen Mengen in jede Mineralablagerung. Die Ausnahmen sind Scandium, das typischerweise getrennt von den anderen REEs gefunden wird, und Promethium, ein instabiles radioaktives Element, das nur durch die Spaltung anderer Elemente erzeugt wird und daher nicht natürlich vorkommt.

Chinas Dominanz in der REE-Produktion begann in den 1980er Jahren, und in den 1990er Jahren hatte fast die gesamte Produktion in anderen Teilen der Welt aufgehört. China könnte REEs zu niedrigen Kosten produzieren, da kostengünstige Arbeitskräfte und wenig Bedenken hinsichtlich der Kontrolle und Minderung der Umweltverschmutzung bestehen. Darüber hinaus könnten Produzenten in Nordchina LREEs als Nebenprodukt des Eisenerzabbaus gewinnen und so die Produktionskosten weiter senken. Schließlich wurden in Südchina MREEs und HREEs (M / HREEs) in Form von Laterit-Tonen oder Ionenadsorptionstonen entdeckt, einer Art geologischer Formation, die weltweit einzigartig sein könnte. Die Natur dieser Tone ermöglichte die einfache Herstellung von M / HREEs trotz ihres Auftretens in relativ geringen Konzentrationen und der etwas primitiven Mittel, die ursprünglich verwendet wurden, um sie auszunutzen.