Abfalltechnik, FS 2015, ETH Zürich Zusammenfassung Referat „Metalle der Seltenen Erden & Seltene Metalle“ Samuel Schiess Claudia Leuch Metalle der Seltenen Erden & Seltene Metalle Metalle der Seltenen Erden umfassen alle Lanthanoide, sowie Yttrium und Scandium. Der Name „Seltene Erden“ ist etwas irreführend, da die Metalle selbst nicht selten sind. Hingegen sind die Oxide (früher „Erden“), aus denen die Metalle früher gewonnen wurden, rar. Die Seltenen Metalle werden oft mit den Seltenerdmetallen zusammen erwähnt. Sie befinden sich im Periodensystem nahe beieinander und verfügen über ähnliche Eigenschaften. Diese sind oftmals eine spezielle Spektroskopie, starker Magnetismus, gute Leitfähigkeit oder hohe Schmelzpunkte. Durch diese Eigenschaften erlangen die Metalle eine grosse Wichtigkeit in modernen Technologien. Vor allem moderne elektronische Geräte wie Smartphones und Flachbildschirme, aber auch erneuerbare Technologien, wie Windkraftwerke oder Photovoltaikzellen benötigen diese Metalle. Viele andere moderne Geräte verwenden ebenfalls kleine Anteile an Seltenerdmetallen und Seltenen Metallen. Beispiele von Seltenen Metallen und ihrer Anwendung Ceroxid wird in wässriger Lösung zum Polieren praktisch aller Gläser und Linsen verwendet. Erbium dient als Laserverstärker in Glasfaserkabeln. Tantal wird für Kondensatoren mit hoher Kapazität bei gleichzeitiger geringer Grösse verwendet. Europium besitzt eine ausgeprägte Fluoreszenz, weshalb es in Leuchtstoffen Verwendung findet. Für viele dieser Metalle gibt es keinen technisch hochwertigen Ersatz oder es handelt sich dabei wiederum um Seltene Metalle. Anreicherung Die Seltenen Metalle sind in sehr kleinen Konzentrationen sehr verbreitet vorhanden. Der Abbau ist durch die tiefen Massenanteile äusserst aufwändig. Meist lohnt sich die Anreicherung nur als Nebenprodukt vom Abbau anderer Erze wie Kupfer oder Eisen. Die Metalle müssen mit einer Säure aus der Masse gelöst werden. Die grosse Menge übrigbleibender, toxischer Schlämme muss in speziellen Teichen deponiert werden, was umwelttechnisch grosse Gefahren birgt. In den letzten Jahren wurden viele neue Reserven dieser Metalle entdeckt. Über die grössten Vorräte verfügt China, aber auch Brasilien, Grönland und Russland besitzen grosse Anteile. Da der Abbau sehr teuer und arbeitsintensiv ist, besitzt im Moment China beinahe die Alleinherrschaft über den Markt, mit einem Anteil von fast 97%. Allmählich versuchen aber Australien und die Vereinigten Staaten selbst wieder in die Produktion einzusteigen, um Unabhängigkeit vom chinesischen Markt zu erlangen. Rhenium Rhenium ist in vielerlei Hinsicht ein typisches Beispiel der Seltenen Metalle. Es verfügt über aussergewöhnliche Eigenschaften, die ihm grosse technische Bedeutung verleihen. In diesem Fall über einen sehr hohen Schmelzpunkt bei gleichzeitiger hoher Duktilität, eine seltene Kombination, die das Metall interessant für Anwendungen z.B. in Luft- und Raumfahrt machen. Es gibt allerdings keine Rhenium-Minen. Vielmehr wird Rhenium als Nebenprodukt aus Molybdänerzen gewonnen, welche wiederum ein Nebenprodukt des Kupferbergbaus sind. Dadurch ist der Preis starken Schwankungen unterworfen, da die Produktion nicht der Nachfrage angepasst werden kann. Marktprobleme Im Jahre 2010 hat China den Export von Seltenerdmetallen und anderen Seltenen Metallen beschränkt und im Jahr 2011 sogar zum Teil verboten. Durch dies explodierten die Preise für die Metalle, da die Nachfrage in den Technologiebranchen sehr gross ist. Nach einer Klage lockerte China die 1 Abfalltechnik, FS 2015, ETH Zürich Zusammenfassung Referat „Metalle der Seltenen Erden & Seltene Metalle“ Samuel Schiess Claudia Leuch Exportpolitik wieder, was zu einer Erholung der Preise führte. Die Welt musste sich in diesem Fall aber über die Monopolposition Chinas bewusst werden und investiert seit 2011 viel mehr Geld in Forschung und Förderung der Seltenen Metalle. Vor allem in Ländern, die selbst über keine Reserven verfügen, aber einen Bedarf an den Metallen haben, drängt sich das Recycling auf. Recycling Eine Wiederverwertung der Seltenen Metalle bietet sich an, ist aber im Moment noch sehr schwierig. Die Metalle sind in Geräten meist in sehr kleinen Mengen eingebaut, wodurch das Herauslösen sehr aufwändig ist. Auch fehlen zum Teil noch die passenden Techniken um gewisse Elemente überhaupt in reiner Form wieder vorliegend zu haben. Ein weiteres Problem ist die Verfügbarkeit der Materialien, da es sich um sehr neue Technologien handelt, welche zum grossen Teil noch gar nicht zum Recycling zur Verfügung stehen. Das heisst zu einem gewissen Grad ist Primärproduktion auch noch nötig, um den Markt bedienen zu können. Rückgewinnung von Indium Indium wird für die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen und Plasmabildschirmen verwendet. Es gibt bislang noch kein Recycling der End-of-Life-Produkte, die Rückgewinnung beträgt weniger als 1%. Allerdings werden die Produktionsrückstände rezykliert. Dabei wird nicht nur Indium rückgewonnen, sondern auch das im Material enthaltene Silber, Kupfer, Selen und Zinn. Es ist die Herausforderung an Chemie, Metallurgie und Verfahrenstechnik, solche Verfahren zu entwickeln, mit denen die z.T. komplexen Verbunde verschiedener Wertstoffe wirtschaftlich aufgetrennt und die Materialien so in den Produktionszyklus rückgeführt werden können. Recycling von Neodym und Dysprosium Neodym und Dysprosium werden für Herstellung starker Permanentmagnete verwendet, wie sie bspw. in Generatoren von Windkraftanlagen, Elektroautos, Kernspintomographen, aber auch in Elektronikgeräten oder Computerlaufwerken zur Anwendung kommen. Auch hier gibt es praktisch noch kein Recycling der End-of-Life-Produkte. Zum einen fehlt bislang die Technologie um die gewonnen Oxide zu Metallen zu reduzieren. Zum anderen ist die Konzentration der Elemente im heutigen Elektroschrott zu gering um gewinnbringend Neodym und Dysprosium daraus zu gewinnen. Dies wird sich jedoch ändern, wenn die ersten grossen Magnete aus Elektroautos oder Windkraftanlagen auf dem Schrott landen, da diese gleich mehrere Kilogramm Magnetwertstoff enthalten und eine Verarbeitung lohnend wird. Fazit Die Seltenen Metalle gewinnen mit den neuen Technologien zunehmend an Wichtigkeit. Dies macht sie zu wertvollen und strategisch wichtigen Rohstoffen. Daher lohnt es sich besonders für Länder ohne eigene Vorkommen, in die Forschung von Recyclingtechnologien zu investieren und so einen Sekundärmarkt zu erschliessen. Zudem können die Technologien für erneuerbare Energien, die in grossem Masse auf diese Materialien angewiesen sind, nur dann wirklich nachhaltig sein, wenn auch der Wertstoffkreislauf geschlossen werden kann. Auch wenn momentan noch wenig gebrauchtes Material zur Ausschlachtung zur Verfügung steht, so wird doch dessen Anteil mit steigendem Verbrauch von primären Rohstoffen ebenfalls steigen. Es besteht somit ein grosses Potential für künftiges Recycling von Seltenen Metallen und Seltenerdmetallen. 2 Abfalltechnik, FS 2015, ETH Zürich Zusammenfassung Referat „Metalle der Seltenen Erden & Seltene Metalle“ Samuel Schiess Claudia Leuch Quellen -http://electio-invest.com/za/technology-metals/VUTIFvntlHw (besucht: 2.5.15) -http://geology.com/articles/rare-earth-elements/ (besucht: 2.5.15) -www.frontierrareearths.com/critical-rare-earth-oxides-creos/ (besucht: 1.5.15) -www.g-u-m-gmbh.de/pages/leistungen/photovoltaik.php (besucht: 30.4.15) -www.academicwino.com/wp-content/uploads/2013/04/periodic_table_The_Academic_Wino.jpg (besucht: 2.5.15) -http://techmagz.net/tag/types-smartphone/ (besucht: 1.5.15) -www.taz.de/!60169/ (besucht: 2.5.15) -http://energy.sia-partners.com/20120429/rare-earths-exceptional-metals-with-growinggeopolitical-issues/ (besucht: 2.5.15) -http://erean.eu/wordpress/europium-eu-used-in-tvs-and-lamps/ (besucht: 2.5.15) -http://de.wikipedia.org/wiki/Europium (besucht: 2.5.15) -http://de.wikipedia.org/wiki/Neodym (besucht: 1.5.15) -http://de.wikipedia.org/wiki/Rhenium (besucht: 1.5.15) -http://de.wikipedia.org/wiki/Metalle_der_Seltenen_Erden (besucht: 2.5.15) -www.satw.ch/publikationen/schriften/SelteneMetalle.pdf (besucht: 30.4.15) -SCHAUB, Marium, 2014, Meer oder Schrottplatz?, in: Recycling Magazin Sonderheft Metallrecycling 2014 -MAASSEN, Gunther, 2014, Der Exot unter den Exoten, in: Recycling Magazin 14, 2014 -MARTIN, Gunter; FRÖHLICH, Peter; GOLON, Katja; BERTAU, Martin, 2014, Rückgewinnung von Indium, in: Recycling Magazin Sonderheft Metallrecycling 2014 3
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