Richtungsumkehr

1 Einleitung

Kaum eine Diskussion wird derzeit so emotional geführt, wie die der Marktversorgung mit den „Seltenen Erden“ – Metallen. Von einem bedrohlichen Monopol Chinas ist die Rede auf den Wirtschaftsseiten von großen Zeitungen. Durch die rapide Drosselung der Exportquoten hätten sich die Preise für die „Spezialmetalle“ in wenigen Monaten verfünffacht. Wenn China die weltweite Versorgung mit Seltenen Erden weiter reduziert, würden in der nächsten Zeit gravier­ende Versorgungsengpässe entstehen. Die Berichte werden ­bebildert mit Agenturphotos von schlammverschmierten chinesischen Arbeitern und rückschrittlich anmutenden Betrieben. So ist es folglich nicht weiter verwunderlich, dass die restriktive Exportpolitik Pekings in den westlichen Staaten unisono verurteilt wird.

Schon seit längerer Zeit sind Seltene Erden zu einem wichtigen Rohstoff für unsere High-Tech Welt geworden. Gefragt sind vor allem die spezifischen metallischen, spektroskopischen und magnetischen Eigenschaften dieser Stoffe. Diese Eigenschaften sorgen dafür, dass nicht nur Handy und i-Phone leistungsfähiger sind. Auch Flachbildschirme, Laptops, Festplatten, Kameras und Energiesparlampen erfordern die Substanzen. In CNC-Maschinen, hochwertigen Lautsprechern und Kopfhörern sind winzige Magnete daraus enthalten. Ein weiterer großer Bedarf besteht für Elektromotoren, wiederaufladbaren Batterien und Katalysatoren. Insbesondere die Fortschritte bei Elektroautos und Hybridfahrzeugen wären sonst wohl nicht möglich. Das gleiche gilt für Windkraftwerke der neuesten Generation oder Wasserstoffspeicher, die dringend für eine nachhaltige Energieversorgung benötigt werden. Die Liste der Anwendungen ließe sich erweitern. Alternativen sind noch wenig erforscht und ebenfalls selten.

2 Blick auf die Fakten

Seltene Erden umfassen insgesamt 17 Metalle, darunter 15 Elemente der Lanthaniden-Gruppe, wie beispielsweise Lanthan, Cer (Cerium), Neodym, Europium und Terbium, sowie zwei Elemente mit ähnlichen Eigenschaften (Yttrium­ und Scandium). Die Produktion der Seltenen Erden (zumeist gemessen als Metalloxidäquivalent bzw. REO=Rare Earth Oxide) ist von etwa 45 000 t im Jahr 1990 auf derzeit 125 000 t angewachsen. Bis 2015 soll der Bedarf auf 190 000 t und bis 2020 auf über 270 000 t steigen. 1990 hatte China einen Anteil von unter 45 % an der weltweiten Produktion, in 2010 betrug der Anteil fast 95 %. Bild 1 zeigt die Verhältnisse für das Jahr 2009 als die Produktion bei etwa 123 000 t lag, der weltweite Bedarf infolge der Wirtschaftskrise und der rapide gesunkenen Nachfrage aber nur bei etwa 85 000 t. Man sieht, China ist für den Löwenanteil der weltweiten Produktion verantwortlich. Die übrigen Länder wie die GUS-Staaten, Indien, die USA und Brasilien bringen es nur auf Produktionsanteile von jeweils weniger als 2 %.

An der Gesamtmenge der weltweiten Reserven an Seltenen Erden in Höhe von 90-110 Millionen t hält China mit 30- 50 Millionen t einen Anteil von 33–45 %, was weit unter dem derzeitigen Produktionsanteil liegt. Große Mengen dieser Metalle lagern auch in den GUS-Staaten (Russland, ­Kazakhstan und Kirgisien), in den USA, Indien und Australien, also Länder, die ansonsten eine ausgeprägte Minenindustrie aufweisen. Westeuropa verfügt nur über geringe Vorkommen. Das Problem ist, die Metalle liegen in Gesteinen und Tonen nur mit relativ geringen Konzentrationen vor und die Aufbereitung ist entsprechend schwierig bzw. aufwändig. Als der weltweite Bedarf in den 90er Jahren eher gering und die erzielbaren Preise eher niedrig waren, war das Geschäft für Minenbetriebe in den USA und Australien nicht rentabel genug und so wurde die Minenproduktion dort weitgehend eingestellt und vorhandene Minen stillgelegt.

Die Entwicklung der Exportquoten Chinas sowie der Bedarf an Seltenen Erden in China und dem Rest der Welt ist in Bild 2 dargestellt. In 2010 und 2011 haben die Exportquoten auf gut 30 000 t deutlich abgenommen. Dadurch ist es weltweit zu einer Verknappung des Angebotes und kräftigen Preisanstiegen gekommen. Ein geringerer Teil des Preisanstieges ist auf die höheren chinesischen Exportzölle für Seltene Erden zurückzuführen. Man muss bedenken, dass in 2009 nur etwa 72 % der Exportquote genutzt wurde [1]. China blieb auf seinen Produktionsmengen sitzen und die westlichen Unternehmen haben es versäumt, eigene größere strategische Vorräte anzulegen. Hinzu kommt, dass der Bedarf in China rapide ansteigt und man für die Zukunft sogar damit rechnen muss, dass China Seltene Erden importiert. Dies hat jetzt vor allem Rohstoffspekulanten auf den Plan gebracht, die durch Aufkäufe der Metalle den Markt und die Preissituation zusätzlich anheizen.

In Bild 3 sind für die hauptsächlichen Verwendungen von Seltenen Erden in den wichtigsten Ländern bzw. Regionen dargestellt. Die Verwendungen sind relativ uneinheitlich. China und Japan kommen beispielsweise auf relativ hohe Anteile bei Magneten und Batterielegierungen. In den USA werden noch 60 % für Katalysatoren bei Crackprozessen in Raffinerien und der Petrochemie eingesetzt. Doch inzwischen kommen dort auch Alternativprodukte auf den Markt, die praktisch frei von Seltenen Erden sind. In der Auto­mobilindustrie sind Abgas-Katalysatoren und Ruß­partikelfilter das Hauptanwendungsfeld. Die spektroskopischen bzw. fluoreszierenden Eigenschaften der Seltenen Erden (Phosphorpuder) werden u.a. für LCDs, Plasma-Bildschirme und Leuchtmittel (Leuchtstoffe, Energiesparlampen und LEDs) eingesetzt. Polituren werden zumeist für technische und optische Gläser (Kameras) und LCDs verwendet.

Bei der Darstellung der wichtigsten Verbrauchsländer neben China erkennt man die große Bedeutung vor allem Japans (Bild 4). Fast 50 % des Verbrauchs entfällt auf Japan, wobei allerdings ein großer Anteil mit den Exportgütern (Autos, Kameras, Elektronik usw.) das Land wieder verlässt. Es wird dabei deutlich, welche Bedeutung Seltene Erden für ein High-Tech Land haben. Im Vergleich dazu sind die Anteile der USA und besonders die von Deutschland gering. Deutschland liegt bei dem Bedarf noch hinter Frankreich und den Niederlanden. Manche Rohstofffirmen verfügen bereits über ein Inventar an Seltenen Erden, was nicht viel kleiner als der Jahresbedarf in Deutschland ist. Einzelne Abnehmer-Firmen versuchen, durch Kooperationen mit chinesischen und japanischen Partnern sich einen Anteil an den begehrten Metallen zu sichern, um noch eine Planbarkeit des eigenen Geschäftes zu ermöglichen.

In Bild 5 ist der erwartete Bedarf für die wichtigsten 10 Seltenen Erden und deren mögliche Über- bzw. Untervorsorgung für das Jahr 2015 dargestellt. Die unteren vier Metalloxide betreffen die leichten Elemente und die oberen sechs die schweren Elemente. Von der Menge her sind Cer, Lanthan, Neodym und Yttrium am wichtigsten. Die größten Versorgungsengpässe werden bei Neodym, Dysprosium und Yttrium erwartet. Wenn man die prozentualen Defizite betrachtet, wird es auch bei Europium und Terbium eng. Interessant ist auch die Betrachtung der Preissituation. Das am häufigsten produzierte Element Cer kostet in China RMB 160 000/t. Der FOB-Preis für den Export liegt im April 2011 bei RMB 844 000/t (US$ 130/kg). Dies macht einen Preisunterschied von über 500 % aus.

3 Die chinesische Produktion

China verfügt insgesamt über Produktionskapazitäten von 200 000–230 000 Jahrestonnen. Doch etwa die Hälfte davon ist stillgelegt, weil die Produktionsmethoden heutigen Stand­ards nicht genügen. Für 2011 wurde seitens der Regierung ein Produktionsziel von 93 800 t vorgeben, davon 80 400 t leichte und 13 400 t mittelschwere bis schwere Seltene Erden-Metalloxide. Die Gewinnung erfolgt vor allem in der innermongolischen Provinz in der Region um Baotou (Bild 6). Dort werden die Mineralien Bastnäsit und Monazit etwa im Verhältnis 2,5:1 teilweise als Nebenprodukt zur Eisenerzgewinnung abgebaut. Bastnäsit ist reich an den leichten Seltenen Erden (Cer, Lanthan und Neodym). Schwere Seltene Erden-Metalle sind dagegen nur im ppm-Bereich vorhanden. In den Provinzen Gansu and Sichuan wird ­Bastnäsit dagegen als Primärmineral aus dem Gestein gewonnen.

In den südlichen Provinzen Jianxi, Guandong, Guangxi und anderen chinesischen Regionen sind Seltene Erden an Tonmineralien gebunden. Derartige Vorkommen mit ionenabsorbierenden Tonen entstehen als Verwitterungsprodukt über granitischen Gesteinen und sind besonders reich an schweren Elementen. Da für die schweren Elemente wie Europium, Terbium, Yttrium die höchsten Preise erzielt werden und die Gewinnungsmengen gering sind, gibt es hier zahlreiche kleinere Betriebe oft mit veralteten Produktionsmethoden, für die keine Genehmigungen existieren. Bislang ist es Peking aber nicht gelungen, sämtliche illegalen Minenbetriebe vom Markt zu nehmen. Andererseits gibt es in den betreffenden Regionen auch kaum alternative Arbeitsplätze und zudem verfügen die Arbeiter über keine sonstigen Qualifikationen.

Die größten Produzenten von Seltenen Erden in China sind Unternehmen der nördlichen Gruppe. Die Baotou Steel Group in der Inneren Mongolei ist mit Abstand das größte Unternehmen mit einer Kapazität von 65 000 t. Rechnet man Baotou Huacheng RE und Baotou Damao RE hinzu, so verfügt man in der Baotou Region allein über 80 000 t Kapazität. Auf dem zweiten Platz folgt die Gansu Rare Earth Group. Das Unternehmen kann 30 000 t Bastnätit Konzentrat verarbeiten und stellt daraus u.a. 15 000 t REO her. Größere Produzenten sind ebenfalls China Minmetals, die Sichuan Rare Earth Group und China Rare Earth. In der letzten Zeit lassen sich vermehrt Übernahmen von Firmen beobachten. So hat z.B. China Rare Earth (CRE) (Bild 7) über sein Tochterunternehmen Yixing Xinwei die Firmen Dongye Rare Earth und Xinghua Rare Earth übernommen und seine vertikale Integration ausgebaut. Die japanische Showa Denko investiert in Ghanzhou Zaori RE mit 3000 t Kapazität.

Ausländische Investitionen in China

Das sog. Downstream-Processing mit der Anreicherung und Raffination der Seltenen Erden Metalle steht momentan in China besonders im Interesse, da hier gute Gewinnspannen möglich sind. So wurde von der China Gamma Group gerade Mianning Mao Yuan Rare Earth übernommen, die einen großen Bereich der Verarbeitung in der Sichuan Provinz abdecken. Die US-amerikanische AMR Technologies hat drei Verarbeitungsbetriebe gekauft. In der JAMR-Werk in der Jiangsu Provinz werden schwere Elemente aus ionenabsorbierenden Tonen konzentriert. Die Rohstoffe stammen aus der südlichen Provinzen. In den ZAMR- und ZAMM-Werken in der Shandong Provinz werden magnetische Werkstoffe hergestellt. Auch Joint-Ventures mit ausländischen Unternehmen wie z.B. zwischen CRE und Osram für eine Produktionslinie für LCD-Polierpuder rücken verstärkt ins Blickfeld.

Zu den größten Unternehmen bei der Herstellung von magnetischen Werkstoffen zählen in China u.a. Zhongke Sanhuan High-Tech mit 12 000 t Kapazität, Constant Magnetic Materials (6000 t) und vier weitere Betriebe mit jeweils 5000 t, darunter Yantai Zhenghai Magnetic Material und Shenzhen Shengli Magnetic Products. Die zehn größten Unternehmen in dem Segment kommen allein auf 47 000 t. Bei der Herstellung von Polierpulver sind die größten Produzenten Baotou Rhodia RE, Shanghai ­Huaming Gauna RE und Gansu Rare Earth mit jeweils 3000 t Kapazität. Die zehn größten Unternehmen bei Polierpulver kommen auf etwa 20 000 t Kapazität. Die Gesamtzahl der Produzenten für Seltene Erden in China liegt bei über 100. Kritisch werden aus dem Ausland die Bestrebungen zu Verstaatlichungen beobachtet, wie es jüngst in Gansu geschehen ist.

In China werden die Mineralerze in der Regel mittels Schwefelsäure aufgeschlossen. So werden etwa 90 % der ­Baotou Konzentrate im Säureverfahren behandelt. Inzwischen ist die dritte Verfahrensgeneration nahezu überall im Einsatz [2]. Dabei wird das Konzentrat mit starker Schwefelsäure vermischt und anschließend bei 400–500 °C in einem Drehrohrofen geröstet (calciniert). Spurenstoffe wie Eisen, Kalzium und Thorium werden dabei in Sulfate überführt und abgeschieden. Die gereinigte RE-Sulfatlösung, die etwa 40g REO/l enthält, wird anschließend in einer Lösungs­extraktion getrennt (Bild 8). Die Lösungsextraktion beruht auf der selektiven Aufteilung von Lanthanoid-Ionen zwischen zwei flüssigen Phasen. Das Verfahren ist kontinuierlich und einfach zu automatisieren, die REO-Gewinnungsrate ist hoch und die REO können voneinander getrennt werden. Nachteilig sind die erforderlichen Volumina für die Reaktionsbehälter.

4 Ausbau der weltweiten Kapazitäten

Momentan werden außerhalb Chinas jährlich weniger als 6500 t REO produziert. Diese Menge könnte auf über 80 000 t bis zum Jahr 2015 ausgebaut werden (Bild 9), wenn die geplanten Projekte umgesetzt werden. Damit ist in wenigen Jahren eine Vermeidung von chinesischen Exporten vollständig möglich. Allerdings stehen noch einige Fragezeichen hinter den Projekten. Auf der einen Seite sind das die gewaltigen erforderlichen Investitionen. So belaufen sich die spezifischen Anlagenpreise auf etwa 20 000 US$/t REO. Andererseits ist die westliche Technologie in den letzten Jahren nur ansatzweise entwickelt worden, die Projektumsetzungszeiten betragen etwa 3–4 Jahre und hohe Umweltauflagen verkomplizieren die Prozesse. Dabei geht es z.B. um die Spurenstoffe Uran und Thorium, die in fast allen Seltenen Erden Lagerstätten vorkommen und im Produktionsprozess abgeschieden bzw. gebunden werden müssen.

Der größte Teil der bestehenden Produktion außerhalb ­Chinas wird bisher von der US-amerikanischen Molycorp Inc. kontrolliert. Im Jahr 2010 wurden etwa 1900 t ROE in der Mountain Pass Aufbereitungsanlage (Bild 10) von ­Molycorp Minerals in Kalifornien aus vorhandenen RE-Konzentraten gewonnen. Die Anlage war praktisch seit 2002 bis auf eine Pilotanlage zur Herstellung von Neodym stillgelegt. In 2010 wurde ein zweites Pilotprojekt zur Herstellung von verschiedenen leichten und schweren REO-Fraktionen begonnen. Molycorp akquirierte im April des Jahres außerdem das estnische Unternehmen Silmet (Bild 11), die über eine Produktionskapazität von 3000 t REO verfügen und bisher hauptsächlich im Verbund mit einer russischen Gruppe um die Firmen Lovozersky/SMZ arbeiteten. Molycorp verfügt damit über eine REO-Kapazität von etwa 6000 t und man beabsichtigt in 2011 ca. 4500–5800 an RE-Ma­terialien herzustellen.

Die Mountain Pass Anlage von Molycorp wird in einem Projekt unter dem Namen Phoenix in zwei Phasen modernisiert und erweitert. Dazu wurde zunächst die Minenproduktion im Dezember 2010 neu aufgenommen. In der 1. Ausbauphase wird man in 2012 über eine Kapazität von ca. 19 000 t verfügen. Die 2. Ausbauphase auf 40 000 t soll Ende 2013 abgeschlossen werden. Für das gesamte Projekt ist eine Investitionssumme von US$ m 781 geplant. Ein nicht unwesentlicher Teil dieser Summe wurde im Juli 2011 an die Engineeringfirma KBR vergeben, die einen EPC-Auftrag (Engineering, Procurement, Construction) für den Bau einer Chlor-Alkali-Anlage erhielt. Die Anlage wird für die Seltene Erden Industrie technisches Neuland sein, wobei eine hohe Anlageneffizienz und minimierte Emissionen im Vordergrund stehen. Die Anlage soll u.a. vollkommen abwasserfrei produzieren.

Bei dem REO-Projekt der australischen Lynas Corporation erfolgen anders als bei dem Phoenix-Projekt die RE-Konzentration und REO-Produktion an unterschiedlichen Standorten. Die erste Ausbauphase dieses Projektes mit einer Kapazität von 11 000 t soll bereits im Sept. 2011 den Betrieb aufnehmen. Der Bau der Anlage ist schon weit fortgeschritten. In der Mine Mount Weld in Australien erfolgt die Konzentrat-produktion (Bild 12). Die Prozessstufen umfassen das Brechen des Erzes, das Vermahlen, Flotieren (Bild 13) und Flüssigkeitsabtrennen. Die REO-Produktion erfolgt in der LAMP-Anlage an der Ostküste Malaysias, die in zwei Ausbauphasen auf insgesamt 22 000 t erweitert wird. Dort wird ein Säureverfahren mit einer Calcinierung in Drehrohröfen (Bild 14) und einer anschließenden Lösungsextraktion angewendet. Einen breiten Raum in der Anlage nehmen die Abwasser- und Abluftbehandlung ein, um Emissionen zu minimieren.

Neben den Projekten von Molycorp and Lynas existiert eine Vielzahl weiterer aussichtsreicher Projekte. Die Stans Energy Corp. sollte ebenfalls schnell den Markteintritt schaffen. Im Mai 2011 wurde in Kirgisien die Kashka REO-Produktionsanlage gekauft, um damit RE-Konzentrat der Kutessay II Mine zu verarbeiten, die zu 100 % im Firmenbesitz ist. Dabei soll das Verfahren optimiert werden, um zunächst 500 t and später 1500 t REO zu erzeugen. Das Dong Pao Projekt in Vietnam, an dem neben Vinacomin die japanische Toyota Corp und ­Sojitz beteiligt sind, soll in einer ersten Ausbaustufe in 2012 bereits 7000 t REO liefern. Die Aufbereitung erfolgt in einem vietnamesischen Werk von Showa Denko, die dort bereits seit 2008 etwa 800 t REO produzieren. Andere aktuelle japanische Projekte befinden sich in Indien, Kazakhstan und Brasilien.

Die kanadische Great Western Minerals Group möchte die stillgelegte Mine Steenkampskraal in Südafrika wieder in Betrieb nehmen. Die australische Alkane Resources hat für ihr Dubbo Zirconia Projekt bereits in 2008 eine Pilotanlage (Bild 15) erfolgreich in Betrieb genommen, bei der neben Zirkonium und Niobium auch das wichtige Yttrium produziert werden kann. Ebenfalls aus Australien kommt Arafura Resources, die die Nolans Bore Mine erschließen wollen, um dort 1 Millionen Tonnen Erz abzubauen und in einem anderen Standort (Whyalla-Anlage) REO mit einer Kapazität von 20 000 t zu erzeugen. Großprojekte wie das Thor Lake Projekt von Avalon, das Kvanefjeld Projekt von Greenland Minerals and Energy, das Sarfartoq Project in Westgrönland (Bild 16) von Hudson Resources, das Tantalus Projekt in Nord-Madagaskar oder das Strange Lake Projekt von Quest Rare Earth werden wohl erst nach 2015 in Betrieb gehen.

Eine Übersicht der zur Zeit größten aktuellen Projekte und deren vorhandenen Ressourcen ist in Bild 17 dargestellt. Demnach befinden sich die größten Vorkommen an Seltenen Erden in der Kvanefjeld Mine auf Grönland. Das Vorkommen ist nicht nur besonders groß, sondern dort sind die besonders begehrten schweren Elemente stärker angereichert. Allerdings weist das Erz auch größere Mengen von Uran- und Thoriumanteilen auf. Die Thor Lake Mine von Avalon Rare Metals ist in den letzten Jahren immer höher bezüglich der vorhandenen Ressourcen bewertet worden. Inzwischen geht man von fast 3 Millionen Tonnen an Seltenen Erden aus. Die Vorkommen in den Mountain Pass Mine von Molycorp betragen noch mindestens 1.52 Millionen Tonnen, auch wenn dort bereits seit 1952 Erz abgebaut wurden.

5 Ausblick

In den nächsten drei bis vier Jahren wird man bei den Seltenen Erden in der Welt noch auf chinesische Exporte angewiesen sein. Ab 2015 kann damit gerechnet werden, dass die bis dahin aufgebauten Kapazitäten den Bedarf außerhalb Chinas decken können. Bis 2013 sind allerdings noch größere Engpässe in der Marktversorgung zu erwarten, insbesondere wenn China weitere Exporteinschränkungen vornimmt. China wird zunehmend die boomende eigene Industrie beliefern und sich zukünftig sogar zu einem Importland für Seltene Erden entwickeln.