Die Welt der Metalle - Die Welt der Rohstoffe - page 67

Licht beziehungsweise UV bestrahlt wurden. Dabei wird ein
Elektron durch ein Photon auf ein höheres Energieniveau ge-
hoben, nach einiger Zeit fällt es zurück und gibt ein Photon mit
genau definierter Energie ab. Einige Anwendungen der SEE be-
ruhen auf diesem Effekt.
Der Verbrauch der jeweiligen SEE verändert sich schnell mit
der weiteren technischen Entwicklung. Jeweils rund ein Fünftel
wird derzeit von der Glasindustrie (Dotierung, Politur), für Kata-
lysatoren, für Magnete, für Legierungen (einschließlich Akkus)
und für andere Zwecke (u. a. Leuchtmittel, Bildschirme, Kera-
mik) verwendet (Goonan 2011).
Die historisch erste kommerzielle Anwendung war ab 1884
eine Imprägnierung der Glühstrümpfe von Gaslampen mit
Seltenerd- und Thoriumoxid. Während diese heute kaum noch
verwendet werden, ist die zweite Anwendung, die 1904 ebenfalls
von Carl Auer von Welsbach patentiert wurde, noch heute Teil
unseres Alltags: Zündsteine aus »Auermetall« in Feuerzeugen.
Dabei handelt es sich um eine Legierung aus einer SEE-Mischung
(etwa 70 %) und Eisen (etwa 30 %). Der Hauptbestandteil ist Cer.
Früher wurde einfach die natürliche SEE-Mischung verwendet,
heute werden die teuersten Seltenen Erden vorher abgetrennt.
Eine Legierung, die fast nur aus einer SEE-Mischung besteht,
wird Mischmetall genannt, sie dient vor allem als Rohstoff
für Auermetall, für die Stahlerzeugung (als Reduktionsmittel
und Legierungsbestandteil, was z. B. die Bearbeitbarkeit und
Temperaturbeständigkeit verbessert) und für spezielle Alumi-
niumlegierungen. Außerdem gibt es Superlegierungen, wie etwa
die besonders temperaturbeständige Nickel-Yttrium-Legierung,
die als Elektrode in Zündkerzen verwendet wird.
Nickel-Metallhydrid- Akkus (NiMH-Akkus) verwenden als
negative Elektrode eine Speziallegierung, die Wasserstoffionen
absorbiert. Dabei handelt es sich meist um eine Legierung aus
SEE (Lanthan, Cer oder Mischmetall) mit Nickel und Kobalt.
Diese Akkus werden heute häufig in Elektroautos verwendet, da
sie günstiger als die leistungsfähigeren Lithium-Ionen-Akkus
sind. Im Gegensatz zu Letzteren können sie auch als Ersatz für
klassische Alkalibatterien dienen.
Eine weitere wichtige Anwendung sind farbige Leuchtstoffe
(sogenannte Phosphore) für Bildschirme und Fernseher. Den
Anfang machte Eu 3+ , das bei Anregung rotes Licht abgibt. Das
machte seit 1964 den Farbfernseher erst möglich, da man vorher
nur in anderen Farben leuchtende Phosphore kannte, zur addi-
tiven Farbdarstellung aber die Kombination rot-grün-blau
gebraucht wird. Eingesetzt wird eine Eu 3+ -Dotierung in einer
anderen Verbindung, im klassischen Fernseher oder Computer-
monitor mit Kathodenstrahlröhre ist das Yttriumoxid, Yttrium-
oxidsulfid oder Yttriumvanadat. Außerdem können mit Eu 2+
blaue, mit Tb 3+ grüne Pixel erzeugt werden. Die Kombination
der drei (»Tri-Phosphor«) ergibt weißes Licht. Das wird zum
Beispiel in Energiesparlampen und anderen Gasentladungs-
lampen ausgenutzt, denn die Gasentladung im Quecksilber-
dampf erzeugt viel UV-Strahlung, die durch eine entsprechende
Beschichtung der Glasinnenseite zu sichtbarem Licht umgewan-
delt wird. Auch die Hintergrundbeleuchtung von LCD-Flach-
bildschirmen funktioniert so, ebenso die roten, grünen und blau-
en Pixel von Plasmafernsehern. Die grünen, lange nachleuchten-
den Radarschirme verwenden Gadolinium. Auch andere SEE

werden als Leuchtstoffe verwendet. Damit ist es auch möglich,
die Farbe von Leuchtdioden oder die Farbtemperatur von Lam-
pen zu verändern.
In diesem Zusammenhang ist auch der Yttrium-Aluminium-
Granat (YAG) zu nennen, ein synthetischer Edelstein mit der
Zusammensetzung Y 3 Al 5 O 12 . Mit Cer dotiert gibt er gelbes Licht
ab, wenn er mit blauem Licht, UV-, Gamma-, Röntgen- oder
Betastrahlung angeregt wird. Daher wird er zur Farbänderung in
Dioden und Lampen und in verschiedenen Detektoren verwen-
det, zum Beispiel in der Medizin in PET-Scannern. Noch wich-
tiger ist Neodym-dotierter YAG, der wichtigste Festkörperlaser.
Er ist sehr leistungsfähig und findet in der Industrie zum Schnei-
den und Bohren, in der Medizin für Operationen und für viele
andere Zwecke Verwendung. Yttrium-Eisen-Granat (YIG) wird
in der Mikrowellentechnik verwendet.
Neodym-Eisen-Bohr-Magnete haben die Zusammensetzung
Nd 2 Fe 14 B in einer tetragonalen Struktur. Üblicherweise werden
weitere SEE zulegiert, um bestimmte Eigenschaften zu verbes-
sern, insbesondere Praseodym und etwas Dysprosium, Gadoli-
nium und Terbium. Es handelt sich um die mit Abstand stärksten
Dauermagnete, die wir kennen, sie werden überall eingesetzt,
wo starke Magnete mit einem geringen Gewicht oder geringen
Volumen gewünscht sind: in Elektromotoren (Motoren von
Elektroautos, Servolenkung, Fensterantrieb, Bohrmaschinen,
Computerfestplatten usw.), Generatoren (insbesondere in Wind-
turbinen, die typischerweise 1 t Nd pro installierte Megawattleis-
tung enthalten, und in den stromproduzierenden Bremsen von
Hybridautos), in Kopfhörern und Boxen, magnetischen Ver-
schlüsse, Magnetlagern, Lenksystemen von Raketen und so
weiter. Die zulegierten SEE machen die Magnete beispielsweise
weniger hitzeempfindlich, was etwa in Windturbinen den direk-
ten Einsatz ohne Getriebe möglich macht. Ein weiterer sehr star-
ker und hitzeunempfindlicher Magnet ist der Samarium-Kobalt-
Magnet.
Beim Cracken von schwerem Rohöl werden Zeolithe als
Katalysatoren verwendet, in denen ein Teil des Aluminiums
durch Lanthan, kleinere Mengen Cer und Spuren Praseodym
und Neodym ersetzt wurde. Der Verbrauch ist hoch, da der
Katalysator immer wieder nachdotiert werden muss. In Fahr-
zeugkatalysatoren wird Cer(IV)oxid mit kleinen Mengen
Lanthan und Neodym verwendet. In Zukunft könnten Lanthan-
Perowskite als Katalysatoren wichtig werden, sie werden bereits
bei der Elektrolyse von Wasser und in Brennstoffzellen ein-
gesetzt.
In Glas kann eine Dotierung mit SEE beziehungsweise
SEE-Verbindungen die Eigenschaften verändern, beispielsweise
um bestimmte Wellenlängen zu absorbieren (UV-Filter, Infrarot-
filter, Autoscheiben) oder bestimmte Wellenlängen zu verstärken
(Glasfaser, Lasertechnik), den Brechungsindex zu verändern
(Linsen), die Festigkeit zu verbessern (Trägerscheiben von
Computerfestplatten) sowie zum Färben und Entfärben. Genutzt
werden dazu in großer Menge Lanthan und Cer, aber auch
Praseodym, Neodym, Yttrium, Erbium und diverse andere SEE.
Aber nicht nur als Dotierung, sondern in einer ähnlichen Menge
auch zum Polieren von Glas und Halbleiterwafern finden sie Ver-
wendung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Poliermitteln wirken
sie nicht nur mechanisch, sondern auch chemisch auf die Ober-