Nicht erst seit den letzten Entwicklungen im Verhältnis der USA zur Ukraine, wo bekanntlich ein Deal über die Erschließung von Rohstoffen den Bach runter ging, ist der Begriff Seltene Erden ein Reizwort für alle Nutzer dieses Rohstoffes. Darum wollen wir uns heute damit beschäftigen.
Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören die chemischen Elemente der dritten Nebengruppe des Periodensystems Scandium und Yttrium und die Lanthanoide – in Summe also 17 Elemente. Nach den Definitionen der anorganischen Nomenklatur heißt diese Gruppe chemisch ähnlicher Elemente Seltenerdmetalle. Im Deutschen gibt es des Weiteren den Begriff Seltene Erdelemente und passend dazu das dem englischen REE (rare-earth elements) nachempfundene Akronym SEE.
Allerdings sind die Seltenen Erden gar nicht so selten anzutreffen. Der Begriff stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und basiert auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden.
Was macht nun aus den Seltenen Erden so begehrte Rohstoffe, dass sogar Kriege dafür geführt werden?
Von besonderem Interesse sind die spektroskopischen Eigenschaften Seltener Erden. So weisen sie im Festkörper, im Gegensatz beispielsweise zu Halbleitern, ein diskretes Energiespektrum auf. Dies liegt an der besonderen Struktur der Elektronenhülle. Optische Übergänge finden innerhalb der 4f-Schalen statt (außer bei Scandium und Yttrium), die durch die größeren besetzten 5s 5p und 6s Schalen nach außen hin abgeschirmt ist. Eine Bandstruktur kann sich aufgrund dieser Abschirmung für die f-Orbitale nicht ausbilden. Die Absorptionslinien sind, wegen der für die einzelnen Ionen der Elemente unterschiedlichen elektronischen Umgebung im Kristall (Kristallfeld), ausgesetzt. Die inhomogene Linienbreite reicht, je nach Kristall, von einigen hundert Gigahertz bis zu etwa zehn Gigahertz.
Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerd-Metalle macht ihre Trennung aufwändig und teuer. Oft genügt es, preiswertes Mischmetall einzusetzen. Es ist eine Mischung aus Seltenerd-Metallen, die bei der Aufbereitung von Seltenerd-Erzen, zum Beispiel Monazit, anfällt. Seltenerd-Metalle zählen zu den lithophilen und inkompatiblen Elementen.
Ihr Autor ist leider kein Physiker oder Chemiker, um das genauer zu erklären. Die Fachleute unter uns wissen damit sicher etwas anzufangen.
Die Geschichte der Seltenen Erden reicht zurück ins Jahr 1787. In diesem Jahr entdeckte Carl Axel Arrhenius, ein Leutnant der schwedischen Armee, ein ungewöhnliches Exemplar schwarzen Erzes nahe der Grube Ytterby einer Feldspatmine auf Rosaro im Stockholmer Schärengarten. 1794 isolierte Johan Gaddolin, ein finnischer Professor an der Universität Turku, rund 38 Prozent einer neuen, bislang nicht beschriebenen „Erde“ (Oxid). Obwohl Arrhenius das Mineral Ytterite benannt hatte, bezeichnete es Anders Gustaf Ekeberg als Gadolinit. Kurz darauf, im Jahre 1803, isolierten der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth sowie Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger in Schweden unabhängig voneinander eine ähnliche „Erde“ aus einem Erz, das 1751 Axel Frederic Cronstedt in einer Mine nahe Bastnäts in Schweden gefunden hatte. Dieses Mineral wurde Cerit und das Metall Cer benannt, nach dem damals gerade entdeckten Planetoiden Ceres. Wir stellen also fest, die Geschichte der Seltenen Erden begann in Schweden.
Die größten Vorkommen von – wirtschaftlich rentabel abbaubaren – Seltenen Erden befinden sich in China in der Inneren Mongolei (2,9 Millionen Tonnen, beispielsweise Bayan-Obo-Mine, Erzgehalt von 3–5,4 Prozent der Selten-Erde-Metalle). Das bislang größte bekannte Vorkommen außerhalb Chinas mit mindestens 1,4 Millionen verwertbaren Tonnen ist Mount Weld in Westaustralien. Daneben gibt es große Vorkommen in Grönland mit einem Vorkommen von 2,6 Millionen Tonnen, für deren Abbau bisher nur eine Pilotanlage betrieben wird. Ebenso wurden große Vorkommen in Kanada entdeckt. Im Januar 2023 wurden in der Lagerstätte Per Geijer vom Eisenerzbergwerk Kiruna in Schweden in Metalle der Seltenen Erden entdeckt. Das Bergbauunternehmen LKAB geht nach einer ersten Ressourcenabschätzung von einem Vorkommen von über einer Million Tonnen aus. Dabei handelt es sich um die größte bekannte Lagerstätte dieser Art in Europa.
Der Anteil von China an der weltweiten Produktion wurde 2014 mit ca. 97,5 Prozent angegeben, er sank bis 2018 auf 71 Prozent, bis 2022 auf 60 Prozent. 12 Prozent wurden in Australien gewonnen, 9 Prozent in den USA. Neben dem Vorkommen von Seltenen Erden in den USA Mountain Pass Kalifornien (Kalifornien) befinden sich weitere bereits erschlossene in Indien, Brasilien und Malaysia. Südkorea kündigte 2010 an, Seltene Erden in Kooperation mit Vietnam fördern zu wollen. Japanische Wissenschaftler entdeckten Mitte 2011 im Pazifik größere Mengen Seltener Erden. Die bisher größte Lagerstätte wurde im Jahr 2013 in Nordkorea gefunden. In der Lagerstätte von Jongju sollen sich etwa 216 Millionen Tonnen befinden. Südafrika verfügt mit wirtschaftlichem Effekt über einige SE-haltige Lagerstätten, beispielsweise im Bereich des Karbonatit-Komplexes bei Phalborwa und durch das nach 2010 wieder aktivierte Bergwerk Steenkampskraal in der Provinz Westkap. Mehrere Lagerstätten unterschiedlicher Typen gibt es in der Demokratischen Republik Kongo, von denen einige durch Bergbauaktivitäten genutzt werden.
