Seltene Erden in der Natur finden

Seltene Erden kommen in der Natur in der Regel gemeinsam vor. Sie bilden sehr starke Oxide, Halogenidverbindungen und Sulfide. Verbindungen dreiwertiger Elemente sind am charakteristischsten für Lanthanoide. Die Ausnahme ist Cer, das leicht in einen vierwertigen Zustand übergeht.

Vierwertige Verbindungen bilden neben Cer auch Praseodym und Terbium. Zweiwertige Verbindungen sind aus Samarium, Europium und Ytterbium bekannt. Aufgrund der physikalisch-chemischen Eigenschaften liegen Lanthanoide sehr nahe beieinander.

Dies erklärt sich durch die Besonderheit der Struktur ihrer elektronischen Hüllen.

Der Gesamtgehalt an Seltenen Erden beträgt mehr als 100 g/t. Mehr als 250 Mineralien mit Seltenerdelementen sind bekannt. Allerdings können nur 60-65 Mineralien, bei denen der Gehalt an Me2O3 5-8% überschreitet, auf die Seltenerdmineralien selbst zurückgeführt werden. Die wichtigsten Mineralien der Seltenen Erden sind Monazit (Ce, La)PO4, Xenotim YPO4, Bastnasit Ce[CO3](OH,F), Parisit Ca(Ce, La)2[CO3]3F2, Gadolinit Y2FeBe2Si2O10, Orthit (Ca, Ce)2( Al, Fe)3si3o12(O, OH), Loparit (Na, Ca, Ce)(Ti, Nb)O3, Eshinit (Ce, Ca, Th)(Ti, Nb)2O6. Cer kommt in der Erdkruste am häufigsten vor, Thulium und Lutetium sind am seltensten. Nach den Regeln der Kommission für neue Mineralien und Mineralnamen (KNMMN) der Internationale Mineralogische Vereinigung (IMV) erhalten Mineralien mit einem großen Anteil an Seltenerdelementen (oder nahe an Seltenerdmetallen Yttrium und Scandium) in der Zusammensetzung ein spezielles Suffix, “Levinson’s qualifier”, sind beispielsweise zwei Mineralien bekannt: Gagarinite-(Y) mit einer Dominanz von Yttrium und Gagarinite-(Ce) mit einer Dominanz von Cer.

Trotz unbegrenzter Isomorphie ist unter bestimmten geologischen Bedingungen eine getrennte Anreicherung von Seltenen Erden der Untergruppen Yttrium und Cer in einer Gruppe von Seltenen Erden möglich. Bei alkalischen Gesteinen und verwandten postmagmatischen Produkten wird beispielsweise die Cer-Untergruppe vorherrschend entwickelt, und bei postmagmatischen Produkten von Granitoiden mit erhöhter Alkalität, Yttrium. Die meisten Fluorcarbonate sind mit Elementen der Cer-Untergruppe angereichert. Viele Tantal-Niobate enthalten die Yttrium-Untergruppe, und Titanate und Titan-Tantal-Niobate enthalten Cer. Eine gewisse Differenzierung von Seltenen Erden wird auch unter exogenen Bedingungen beobachtet. Die isomorphe Substitution von Seltenen Erden untereinander ist trotz der unterschiedlichen Ordnungszahlen auf das Phänomen der “Lanthanoid-Kompression” zurückzuführen: Mit zunehmender Ordnungszahl werden interne statt externe Elektronenbahnen abgeschlossen, als Folge von bei denen das Ionenvolumen nicht zunimmt.

Die selektive Anreicherung von Seltenerdelementen in Mineralien und Gesteinen kann auf Unterschiede in ihren Ionenradien zurückzuführen sein. Tatsache ist, dass die Radien der Lanthanoid-Ionen natürlich von Lanthan zu Lutetium abnehmen. Als Ergebnis ist eine bevorzugte isomorphe Substitution in Abhängigkeit vom Grad des Unterschieds in den Größen der substituierten Ionen von Seltenerdelementen möglich. So können in Scandium-, Zirkonium- und Manganmineralien nur seltene Erden einer Reihe von Lutetium-Dysprosium vorhanden sein; Uranmineralien akkumulieren hauptsächlich Mineralien des mittleren Teils der Reihe (Yttrium, Dysprosium, Gadolinium); Elemente der Cergruppe sollten in Thoriummineralien konzentriert sein; Strontium- und Bariummineralien können nur Elemente der Europium-Lanthan-Reihe enthalten.