Yttrium: Mangelware

Kategorie: Stories

Das Element Yttrium kennt kaum jemand. Dabei ist es in der Industrie heiß begehrt: Es steckt in Bildschirmen, Hochtemperatursupraleitern oder Kameralinsen. Allerdings ist Yttrium nur wenig verfügbar, darum will man es jetzt recyceln.

Yttriumoxid ist ein Bestandteil des Glases von Kameralinsen, der sie Widerstandsfähig gegen Hitze und Stöße macht.

Yttriumoxid ist ein Bestandteil des Glases von Kameralinsen, der sie widerstandsfähig gegen Hitze und Stöße macht. (Bild ChemieBW / Heike Marburger)

Yttrium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Y und der Ordnungszahl 39. Es zählt zu den Übergangsmetallen sowie den Seltenerdmetallen.

Geschichte

Yttrium wurde von Johan Gadolin im 18. Jahrhundert als Gemisch in einem Mineral gefunden. Die Benennung erfolgte nach dem Fundort nahe der schwedischen Stadt Ytterby. Alle vier Elemente, die in diesem Mineral enthalten sind, wurden nach dem Ort benannt. Es handelt sich um Yttrium (Y), Erbium (Er), Terbium (Tb) und Ytterbium (Yb).

Die schwierige Abtrennung der Seltenerden führte dazu, dass es Carl G. Mosander erst 1843 gelang, Yttriumoxid in reiner Form zu isolieren. Zuvor konnte Friedrich Wöhler bereits 1828 das Element als Metall, allerdings in verunreinigter Form, isolieren.

Ähnlich bemerkenswert wie der Name Yttrium ist auch die Bezeichnung der Elementgruppe der Seltenerden, denen Yttrium angehört. Die Elemente kommen deutlich häufiger vor, als es der Name vermuten lässt. So ist Yttrium mit 31 Parts per Million (ppm) in der Erdkruste häufiger als Jod (0.14 ppm) oder Zinn (2.2 ppm).

Der Name „Seltene Erden“ beruht auf der Tatsache, dass ursprünglich nur vereinzelte Lagerstätten für Seltenerd-Mineralien bekannt waren.

Gewinnung

Die Trennung der Seltenen Erden voneinander ist ein aufwändiger Schritt in der Produktion von Yttrium. Fraktionierte Kristallisation von Salzlösungen war zu Anfang die bevorzugte Methode, diese wurde schon früh für die Trennung der seltenen Erden im Labormaßstab verwendet. E

rst die Einführung der Ionenchromatographie machte es möglich, die seltenen Erden im industriellen Maßstab zu trennen. Das aufkonzentrierte Yttriumoxid wird umgesetzt zum Fluorid. Die anschließende Reduktion zum Metall erfolgt mit Calcium im Vakuuminduktionsofen.

Eigenschaften

Yttrium ist an der Luft relativ beständig, dunkelt aber unter Licht. Bei Temperaturen oberhalb von 400 °C können sich frische Schnittstellen entzünden. Fein verteiltes Yttrium ist relativ unbeständig. In seinen Verbindungen ist es meist dreiwertig. Es gibt jedoch auch Clusterverbindungen, in denen Yttrium Oxidationsstufen unter 3 annehmen kann.

Yttrium zählt zu den Leichtmetallen.

Vorkommen

Einige tausend Tonnen Yttrium werden derzeit pro Jahr gefördert; Fachleute erwarten, dass die Nachfrage, vor allem durch elektronische Anwendungen, die Fördermenge bald Zeit übersteigt. Yttriumhaltige Mineralien kommen derzeit überwiegend aus China.

Verwendung

Yttriumverbindungen dienen als Grundmaterial für verschiedenfarbige Leuchtstoffe, die zum Beispiel Kathodenstrahlen in Bildschirmen in farbiges Licht umwandeln. Die Farbe stammt in fast allen Fällen von Seltenerdelementen, zum Beispiel Europium und Terbium für rotes und grünes Licht. Das Yttrium absorbiert lediglich die Energie oder stabilisiert die Struktur Lanthanoid-dotierter Bauteile. Yttrium-Barium-Kupferoxide sind Hochtemperatursupraleiter; wie sie funktionieren, ist noch ungeklärt.

Besonders wichtig ist künstlicher Granat, eine Klasse von Silikaten, die wegen ihrer Härte und Durchsichtigkeit für Anwendungen wie Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)-Laser oder Leuchtdioden geschätzt werden. Auch hier bestimmen nicht das Yttrium, sondern andere beigefügte Elemente die Eigenschaften. Cer-dotierter Granat zum Beispiel ist in weißen Leuchtdioden, eisenhaltiger Granat dient als Mikrowellenfilter in vielen Arten drahtloser Kommunikation.

Yttriumoxid ist ein Bestandteil des Glases von Kameralinsen, der sie Widerstandsfähig gegen Hitze und Stöße macht. In der Metallverarbeitung veredelt Yttrium viele nicht eisenhaltige Legierungen. Kleine Mengen des Elements härten Magnesiumlegierungen und entziehen verschiedenen Metallen Sauerstoff, so dass sich weniger Oxide bilden. In der Medizin setzt man das künstlich hergestellte, radioaktive Y-90 in der Krebstherapie ein. Yttriumhaltiger Staub ist giftig und verursacht Lungen- und Leberschäden.

Interessant

Seltene Erden lassen sich aus Elektroschrott recyceln. Seit diesem Jahr darf man per Gesetz Altgeräte beim Kauf neuer Teile kostenfrei beim Händler zurückgeben. Was sind seltene Erden und wo werden sie genutzt?

Mehr zur Chemie des Elements Yttriums.

Mehr über die Toxikologie, Herstellung und Verwendung von Yttrium.
 

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