Neodym-Eisen-Bor, seltene Erden und Dauermagnete

Wissenswertes über Neodym-Magnete

Aufgrund ihrer primären Eigenschaft, spärlich auf unserem Planeten vorhanden, aber für die Herstellung und den Betrieb alltäglicher wie spezieller Maschinen und Technik nahezu unverzichtbar zu sein, erfahren seltene Erden heute ähnlich wie Platin, Gold und Silber eine sehr starke Nachfrage und mitunter schon fast mythische Verklärung.

Lanthanoide

Neodym-Eisen-Bor und eine „schmutzige Geschichte“

Bereits vor gut 40 Jahren inspirierten den bekannten britischen Thriller-Autor Eric Clifford Ambler (1909-1998) die mit dem Ende der Kolonialherrschaft in Afrika verstärkt eskalierenden Rohstoffkonflikte zu seinem Roman „Schmutzige Geschichte“ (1967). 

In diesem spielen Scandium, Yttrium, Cer, Praseodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium sowie Lutetium und Lanthan und Neodym neben verfeindeten Nachbarstaaten, Söldnern und Minenbetreibern die Hauptrolle. Mit dem Siegeszug der digitalen Informations- und Kommunikationstechnologie ist der globale Bedarf an seltenen Erden seither eher noch gestiegen.

Anders als im Roman lagern die größten Vorkommen und erkundeten Reserven jedoch nicht in Afrika, sondern in Asien, genauer in China, wo aktuell ca. 55 000 000 Tonnen der oben aufgelisteten Metalle der seltenen Erden vermutet werden.

 

Magnete, Minen, Minerale, Monopole und Möglichkeiten

Windrad Wind-Turbine
Die erstgenannten chemischen Elemente finden vor allem in Atomreaktoren und Auto-Katalysatoren, Brennstoffzellen und Brennelementen, als chemische Reduktions-, Polier- sowie Kontrastmittel in der Kernspintomografie und in Radar- und Plasmabildschirmen, Lasern, Leuchtstofflampen, LCDs und LEDs Verwendung. Die beiden letztgenannten und oft als „Zwillinge“ zusammen erwähnten Lanthan (57La) und Neodym (60Nd) vorrangig und intensiv in der Metallurgie. Lanthan als Gusseisen- und Legierungszusatz zwecks Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit, Neodym in Verbindung mit Bor und Eisen als aktuell stärkste bekannten Magnete für Maschinen und Rotoren etwa in Hybridfahrzeugen, Windkraftanlagen sowie Lautsprechern und Kopfhörern.

Fisker KarmaChina besitzt auch hinsichtlich der weltweiten Produktion von NdFeB-Magneten ein fast hundertprozentiges Monopol. In natürlicher Form und nennenswerten Mengen kommt Neodym nur in den Mineralen Monazit und Bastnäsit sowie in Seltenerdmetalllegierungen mit Eisen und Magnesium vor. Außer in den chinesischen Minen existiert der Rohstoff in geringem Umfang auch in der westaustralischen Erzlagerstätte Mount Weld und in dem seit 2010 reaktivierten Bergwerk Mountain Pass im kalifornischen San Bernardino County.

Respekt vor dem Magnetfeld!

Ebenfalls benötigt wird Neodym für Festplatten von Computern und in der Glasfärbung, dominierend ist es aber bei der Herstellung der sog. Seltenerdmagneten. Wissenschaftlich ist es mit dem Kürzel NdFeB und den unvergleichlich hohen Werten in den Parametern Curietemperatur (310–400), Energiedichte (200–440), Koerzitivfeldstärke (Magnetfeld, 750–2000) und Remanenzflussdichte (1,0–1,4) geläufig.

Im populären Sprachgebrauch werden diese extrem starken Magnete auch als Supermagnet oder gar Todesmagnet tituliert. Dieser letale Beiname rührt nicht zuletzt aus den häufig vorkommenden Unfällen bei der unaufmerksamen und unsachgemäßen Handhabung, Verarbeitung und Verwendung dieser mächtigen Magnete besonders im privaten Umfeld her. So hört und liest man immer wieder von Quetschungen, Verletzungen sowie Zerstörungen von Datenträgern wie Disketten, EC- und Kreditkarten oder Herzschrittmachern durch die immense Anziehungskraft der NdFeB-Magnete. Auch die bei der Bearbeitung anfallenden Späne und Stäube können sich mitunter leicht entzünden. 

Vorsicht, Kontrolle und Aufmerksamkeit bei Lagerung, Umgang und Zugang

Bei den Lager- und Zusammenlagerungsbedingungen muss darauf geachtet werden, dass Neodym nicht mit Sauer- und Stickstoff in Berührung kommt sowie vor Feuchtigkeit geschützt ist. In Deutschland verboten ist außerdem die gemeinsame Aufbewahrung mit Arznei-, Lebens- und Futtermitteln, brennbaren, giftigen, radioaktiven, explosiven, entzündbaren, oxidierenden und selbstzersetzlichen Stoffen, Gasen und Aerosolen sowie mit Ammoniumnitrat und organischen Peroxiden.

Bei der Entsorgung von Neodym und Magneten aus NdFeB ist darauf zu achten, dass diese gefährlichen Abfall nach der Abfallverzeichnis-Verordnung (AVV) darstellen, und Rückstände der Wiederverwendung in Sammelbehältern für regenerierbare Metallsalz-Rückstände zugeführt werden sollten. Bei der Verarbeitung des entzündbaren Feststoffs Neodym wird auch der Einsatz von Schutzkleidung und Atemschutzmasken im Allgemeinen anempfohlen, offene Flammen und Zündquellen sowie Rauchen ist strikt verboten.

Da sie als Spielzeug und Dekorationsartikel ebenfalls weit verbreitet sind, warnen Hersteller und Vertriebe auch regelmäßig und eindringlich vor den Gefahren des versehentlichen Verschluckens und potenziell lebensgefährlicher Darmperforation. Wegen dieses erhöhten Risikos speziell für Kinder haben die beiden Staaten Australien und Neuseeland die Einfuhr und den Handel dieser Art von Spielzeugmagneten in den Jahren 2012 und 2013 gänzlich verboten. 

Ein Ergebnis internationaler Zusammenarbeit: Erfindung, Entstehung und Einsatz

Bei Beachtung der im letzten Absatz aufgeführten grundlegenden Warnungen und Sicherheitshinweise sind die im Jahr 1982 erstmals öffentlich als Ergebnis einer Kooperation des US-amerikanischen Automobilkonzerns General Motors mit dem japanischen Unternehmenszusammenschluss Sumitomo Group vorgestellten NdFeB-Magnete jedoch problemlos verwendbar. Man sollte sie aber auf keinen Fall löten oder schweißen, zum Verbund eignet sich vielmehr schnell anbindende Cyanacrylatklebstoffe (Sekunden- oder Superkleber).

Neben den oben bereits skizzierten Anwendungen werden sie auch zu mit Gummi ummantelten Gewinden im Haus-, Modell- und Maschinenbau sowie zum Beispiel als Türanschlag im Haushalt benutzt. In der Textilindustrie kommen sie als modische und unauffällige Taschenverschlüsse zum Einsatz, im Möbelbau als Verschlussmechanismen von Schranktüren sowie als Halterungen für Pinnwände. Auch als sehr stabile Flachgreifer (sog. „Muttern“) für Senk- und Zylinderkopfschrauben und als Gewinde und Haken sind sie ein bei Handwerkern im Metall-, Messe-, Laden- und Vorrichtungsbau zur Befestigung, Anhebung und Verankerung von Eisen- oder Stahlteilen sehr anerkannter Werkstoff. Geringes Gewicht, große Haltekräfte, fast kein Verlust der Magnetkraft sowie hohe Witterungsbeständigkeit sorgen für zusätzliche Popularität von NdFeB. Die bislang maximalen Einsatztemperaturen von 60 bis 120 °C konnten in jüngster Zeit durch den Zusatz von anderen seltenen Erden und Lanthanoiden wie zum Beispiel Dysprosium auf bis zu 200 °C gesteigert werden.

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