Was sind seltene Metalle?
Es gibt keine eindeutige Definition von seltenen Metallen, aber sie beziehen sich auf Metalle, die in der Erdkruste selten sind, aus wirtschaftlichen und technischen Gründen schwer zu gewinnen und für die Industrie wichtig sind, um eine stabile Versorgung zu haben.
Die Hauptproduzenten seltener Metalle sind Australien, China, Russland und Südafrika, und der weltweite Kampf um diese Metalle wird immer härter.
Andere Metalle wie Eisen, Kupfer und Aluminium, die in großen Mengen produziert und in einer Vielzahl von Materialien verwendet werden, werden als Basismetalle bezeichnet, während acht Elemente wie Gold, Silber, Platin und Palladium selten und korrosionsbeständig sind und als Edelmetalle bezeichnet werden.
Anwendungen von seltenen Metallen
Seltene Metalle werden verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit, den Schmelzpunkt und die Festigkeit von Werkstoffen zu erhöhen, da sie korrosionsbeständig, hitzebeständig, ferromagnetisch und supraleitend sind.
Lithium, Kobalt und Nickel werden als Kathodenmaterial in Batterien verwendet, während Neodym und Dysprosium als leistungsstarke Dauermagnete in PC-Festplatten, Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen und Haushaltsgeräten eingesetzt werden. Tantal wird in Kondensatoren in Leiterplatten in Elektrogeräten verwendet, während Wolfram aufgrund seiner Härte in Werkzeugen eingesetzt wird.
Indium ist ein wesentliches Element bei der Herstellung transparenter Elektroden für LCD-Panels, während Niob in supraleitenden Magneten für Linearmotoren, die bei sehr niedrigen Temperaturen eingesetzt werden, und in Legierungen für Triebwerksdüsen in Raketensatelliten, die sehr großer Hitze ausgesetzt sind, verwendet wird. Gallium hat zu Verbesserungen der Energieumwandlungseffizienz durch leistungsfähigere LEDs und Leistungstransistoren geführt.
Seltene Metalle haben ein breites Anwendungsspektrum, werden aber nur selten allein verwendet. Meistens werden sie unedlen Metallen beigemischt und legiert, um ihre Funktionen zu erfüllen.
Funktionsweise seltener Metalle
Seltene Metalle haben die Gemeinsamkeit, dass sie durch Zugabe zu unedlen Metallen die Strukturen verstärken und den Materialien neue Funktionen verleihen.
Tantal ist ein Metall mit hoher Dielektrizitätskonstante, ausgezeichneter Korrosions- und Säurebeständigkeit und guter Verarbeitbarkeit und wird daher in Kondensatoren in Elektrogeräten verwendet.
Wolfram hat hervorragende Eigenschaften wie Härte und Hitzebeständigkeit bei hohen Temperaturen und wird daher zu Metallteilen für Werkzeuge verarbeitet, die in rauer Umgebung eingesetzt werden sollen.
Wolfram ist ein äußerst nützliches seltenes Metall, aber es leidet auch unter häufigen Ungleichgewichten zwischen Angebot und Nachfrage. Wenn das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage gestört ist, schwanken die Preise stark und haben erhebliche Auswirkungen auf die industriellen Aktivitäten.
Wie Erdöl sind auch seltene Metalle Ressourcen, die zu erschöpfen drohen: Bis 2050 werden die vorhandenen Reserven vieler Metalle erschöpft sein, und es ist zu befürchten, dass die Nachfrage nach einigen seltenen Metallen wie Indium die Reserven weit übersteigen wird.
Um dieses Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage auszugleichen, wurden in den letzten Jahren Recyclingtechnologien entwickelt, mit denen seltene Metalle aus den oberirdisch angesammelten Ressourcen des städtischen Bergbaus gewonnen werden können.
Recycling-Technologie für seltene Metalle
Die Erwartungen an Technologien zur Gewinnung seltener Metalle aus städtischen Minen steigen. Die Vorteile des Recyclings sind unter anderem folgende:
- Die abbaubare Menge ist bis zu einem gewissen Grad klar und muss nicht erkundet werden.
- Die Qualität ist im Allgemeinen höher als bei natürlichen Erzen, da sie bereits verarbeitet und intensiv genutzt werden.
- Es besteht ein erhebliches Potenzial zur Ressourcen- und Energieeinsparung bei Abbau und Raffination.
Die Gewinnung von Metallen aus städtischen Bergwerken umfasst im Allgemeinen einen Prozess des „Abbaus, der Komponententrennung“ → „Gewinnung der Zielsubstanz und Materialisierung“.
Die Erschließung städtischer Minen hat ein großes Potenzial und ist für ein Land mit begrenzten natürlichen Ressourcen notwendig. Es wurden Initiativen entwickelt, um gebrauchte Mobiltelefone und elektronische Kleingeräte zurückzugewinnen und daraus seltene Metalle zu extrahieren, aber die folgenden Herausforderungen bleiben bestehen
Streuung
Milliarden kleiner elektronischer Geräte wie Mobiltelefone befinden sich verstreut in den Händen der einzelnen Verbraucher, und es ist schwierig, sie dem Recyclingprozess zuzuführen, wenn sie nicht effizient gesammelt werden.
Abfälle
Auch wenn seltene Metalle in hoher Reinheit in elektronischen Kleingeräten enthalten sind, besteht ein großer Teil davon aus anderen Stoffen, wie z. B. Kunststoffen, und die effektive Verwendung anderer Stoffe als seltener Metalle muss in Betracht gezogen werden.
Kosten
Ein Mobiltelefon enthält nur etwa 100 Yen an seltenen Metallen, und es müssen Technologien (Mechanismen) entwickelt werden, um seltene Metalle zu geringeren Kosten zu trennen, zu extrahieren und zurückzugewinnen.