Beryllium Hochrein
ISE AG, Institut für seltene Erden und Metalle AG, Beryllium Analyse
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Y • Ordnungszahl 39
Yttrium ist ein silbrig-glänzendes, relativ weiches und reaktionsfreudiges Metall, das zu den Übergangsmetallen gehört. Yttrium wird als schwere Seltene Erde klassifiziert, obwohl es chemisch nicht zur Lanthanoid-Gruppe gehört. In der Erdkruste ist Yttrium das vierthäufigste Element unter den Seltenerdelementen.
Es verhält sich aber chemisch sehr ähnlich wie die schweren Lanthanoide (insbesondere Dysprosium und Holmium). Daher neigt Yttrium in Erzlagerstätten dazu, sich mit den schweren Seltenen Erden zu vergesellschaften.
Yttrium ist supraleitend, phosphoreszierend und sehr fest.
Seine wichtigste Anwendung ist als Leuchtstoffe (Phosphore) in Bildschirmen.
Yttrium (von Ytterby, Grube in der Nähe der schwedischen Hauptstadt Stockholm) wurde 1794 von Johan Gadolin im Mineral Ytterbit entdeckt. 1824 stellte Friedrich Wöhler verunreinigtes Yttrium durch Reduktion von Yttriumchlorid mit Kalium her. Erst 1842 gelang Carl Gustav Mosander die Trennung des Yttriums von den Begleitelementen Erbium und Terbium.
Es ist nach dem ersten Fundort, der Grube Ytterby bei Stockholm, benannt, so wie auch Ytterbium, Terbium und Erbium.
Das Mineral Xenotim ist die wichtigste Quelle für die Gewinnung von Yttrium.
Australien dominiert die globale Xenotim-Produktion. Das Land verfügt über die größten und wirtschaftlichsten Schwersand-Lagerstätten der Welt.
Das Metall wird durch Elektrolyse und metallothermische Reduktion der Halogenide mit Alkali- oder Erdalkalimetallen hergestellt. Es existiert in vier allotropen (strukturellen) Formen. Die α-Phase ist flächenzentriert kubisch mit a = 4,85 Å bei 77 K (-196 °C, oder -321 °F). Die β-Phase bildet sich knapp unter Raumtemperatur und ist doppelt dicht gepackt hexagonal mit a = 3.6810 Å und c = 11.857 Å. Die γ-Phase ist die Raumtemperaturform und ist kubisch flächenzentriert mit a = 5.1610 Å bei 24 °C (75 °F). Die δ-Phase ist kubisch-körperzentriert mit a = 4,12 Å bei 757 °C (1.395 °F).
Nach einer aufwendigen Abtrennung der Cer-Begleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Cerfluorid umgesetzt. Anschließend wird es mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Cer reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Die wichtigste Anwendung von Yttrium ist als Leuchtstoff in Bildschirmen. Yttriumoxidsulfid dotiert mit Europium (Y₂O₂S:Eu³⁺) erzeugt das perfekte, intensive Rot in der Kathodenstrahlröhre (CRT) alter Farbfernseher und Computermonitore. In modernen weißen LEDs wird häufig eine blaue LED mit einem Yttrium-Aluminium-Granat (YAG)-Leuchtstoff kombiniert, der gelbes Licht emittiert. Die Mischung aus blau und gelb ergibt für das menschliche Auge weißes Licht.
Yttrium wird als Kristall in Hochleistungslaser für Medizin, Materialbearbeitung (Schweißen, Gravieren), Messtechnik und in der Verteidigung eingesetzt.
Yttriumoxid wird auch in Superlegierungen verwendet um Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
Yb • Ordnungszahl 70
Ytterbium ist weiches, silbrig-weißes, verformbares Metall mit einzigartigen optischen und elektronischen Eigenschaften. Es gehört zu den schweren Seltenen Erden.
Ytterbium-Ionen haben sehr gut definierte Absorptions- und Emissionsbanden im nahen Infrarotbereich (um 980 nm Anregung und 1030 nm Emission). Diese Eigenschaft ist die Grundlage für seine wichtigste Anwendung in Ytterbium-dotierten Lasern für Glasfasernetze.
Ytterbium hebt sich von anderen Elementen besonders dadurch ab, dass es sowohl in der Oxidationsstufe +3 als auch in der +2-Oxidationsstufe stabil ist. Diese "Zweiwertigkeit" eröffnet einzigartige chemische Reaktionen.
Eine weitere besondere Eigenschaft ist, dass Ytterbium in seinen Verbindungen oft paramagnetisch (wird von Magnetfeldern angezogen) ist. Dies macht es nützlich in Legierungen, wo magnetische Störungen unerwünscht sind.
Ytterbium wurde 1878 vom Schweizer Chemiker Jean Charles Galissard de Marignac entdeckt. Er untersuchte Gadolinit genauer. Dabei entdeckte er ein bis dahin unbekanntes Element, das er nach dem Fundort des Gadolinites in Ytterby (Schweden) sowie wegen der Ähnlichkeit zum Yttrium Ytterbium benannte.
Die wichtigsten Quellen für die Ytterbiumgewinnung sind Bastnäsit- und Monazitlagerstätten. Diese werden vor allem in China, in geringerem Umfang auch in den USA und Australien oder Südostasien abgebaut.
Die Nachfrage nach Ytterbium wächst aufgrund des Einsatzes in einer Reihe von Technologien.
Die Ytterbium-Produktion liegt fast ausschließlich in China.
Ytterbium wird über das Verfahren der Lösungsmittelextraktion gewonnen. Dafür wird das REO-Gemisch in Salzsäure gelöst und die Lösung durch eine Reihe von Mischer-Absetzern (Mixer-Settlers) gepumpt. In jeder Stufe wird ein organisches Lösungsmittel beigefügt, das spezifisch eine bestimmte Seltene Erde bindet.
Aufgrund minimaler Unterschiede in der Acidität der Ionen wandern die verschiedenen Elemente mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch die Kaskade.
Ytterbium sammelt sich erst in den späteren Stufen der Extraktionskaskade an.
Das Ergebnis dieses Schrittes ist hochreines Ytterbium(III)-oxid (Yb₂O₃).
Um Ytterbium-Metall zu gewinnen wird das Oxid meist metallothermisch mit Lanthan oder Cer reduziert.
Das durch Reduktion gewonnene Metall ist oft nicht rein genug für High-Tech-Anwendungen. Die wichtigste Reinigungsmethode ist die In-situ-Destillation.

Einer der wichtigsten Treiber für die Nachfrage nach Ytterbium ist der Ausbau von Glasfasernetzen und 5G. Ytterbium spielt in Hochleistungshalbleitern und Ytterbium-dotierten Faserverstärkern (YDFAs) eine entscheidende Rolle. Ytterbium-basierte Verstärker, eine wichtige Komponente in Faserlasern, gewährleisten in Kommunikationstechnologien eine effiziente Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung.
Eine weitere wichtige Anwendung hat Ytterbium in Medizintechnologien. Ytterbiumisotope kommen in der medizinischen Bildgebung, Strahlentherapie und chirurgischen Lasern zum Einsatz.
Die Ytterbium-Nachfrage könnte auch durch Innovationen in aufstrebenden Bereichen wie Quantencomputern und Atomuhren mit ultrahoher Präzision künftig weiter wachsen.
