Anwendungen der Lanthanoide: Mischmetall
Unter der Bezeichnung Mischmetall (engl.: mischmetal)
versteht man eine Legierung der direkt aus dem Mineral
(Bastnäsit oder Monazit) gewonnenen Seltenerdmetalle.
Gelegentlich werden zuvor die schwereren (und wertvolleren)
Lanthanoide aus dem Gemisch entfernt, somit besteht Mischmetall
hauptsächlich aus Lanthan und den ersten drei Lanthanoiden,
Cer, Praseodym und Neodym.
Die Häufigkeit der Elemente in der Legierung
entspricht somit
der Zusammensetzung des Erzes, wobei aufgrund ähnlicher
Zusammensetzung der Ausgangsstoffe vergleichbare Eigenschaften
der Produkte resultieren.
Die folgende Tabelle zeigt eine typische Zusammensetzung von
Mischmetall:
| Element |
typischer Anteil |
| Lanthan |
25 % |
| Cer |
50 % |
| Praseodym |
6 % |
| Neodym |
15 % |
| Eisen |
3 % |
| sonstige Ln |
1 % |
Die Darstellung des Mischmetalls erfolgt durch Elektrolyse
der geschmolzenen Metallchloride bei ca. 850 °C.
Aufgrund der Reaktivität des Produktes wird die Elektrolyse
unter Schutzatmosphäre und so wasserfrei wie möglich
durchgeführt.
Mischmetall ist (wie die enthaltenen Metalle) ein starkes
Reduktionsmittel (vergleichbar mit Magnesium), reagiert mit
heißem Wasser und bildet bei Kontakt mit Luft an der
Metalloberfläche Oxide.
Das Mischmetall weist keinen festen Schmelzpunkt auf, sondern
einen Schmelzbereich, der bei ca. 800 °C liegt, nahe dem
Schmelzpunkt des Cers.
Eine der frühesten Anwendungen des Mischmetalls war die
Herstellung von Zündsteinen für Feuerzeuge, welche
aus dem sog. Auermetall, einer Legierung von 65 % Mischmetall
und 35 % Eisen bestehen (1903 patentiert von Auer von
Welsbach).
Um die Temperatur der Zündfunken zu erhöhen werden
außerdem noch geringe Mengen (unter 2.5 %) Magnesium oder
Aluminium zu der Legierung hinzugefügt.
Das Reiben des Zündsteins führt zum Herausbrechen
kleiner Partikel, welche sich durch die dabei freiwerdende
Energie bis zur Entflammung aufheizen.
Diese bis zu 2000 °C heißen Funken dienen zur
Entzündung des Feuerzeugbenzins.
Der über viele Jahre hinweg wichtigste industrielle
Anwendungsbereich des Mischmetalls liegt in der
Stahlerzeugung.
Dabei dient die Zugabe von Mischmetall, das eine hohe
Affinität für Schwefel, Sauerstoff, Blei, Bismut und
Zinn aufweist, der Bindung von Verunreinigungen, welche
ansonsten die Qualität des Stahls beeinträchtigen
würden.
Durch die Verwendung reinerer Ausgangsstoffe und den Einsatz
preiswerterer Zusatzstoffe wie Calcium oder Magnesium ist der
Verbrauch von Mischmetall in der Stahlveredlung in den letzten
Jahren in vielen Ländern stark zurückgegangen.
In China mit seinem reichen Lanthanoidvorkommen hingegen werden
jedoch immer noch große Mengen Mischmetall in der
Stahlveredelung eingesetzt.
In der Nickel-Hydridbatterie, einem cadmiumfreien
Kleinakkumulator, dient Mischmetall genau definierter
Zusammensetzung zur Bildung einer intermetallischen
Nickelverbindung.
Die Nickel-Hydridakkumulatoren sind den konventionellen
Nickel-Cadmiumakkumulatoren in Bezug auf Wiederaufladbarkeit (über 1000 mal) und Ladungskapazität überlegen,
benötigen jedoch aufgrund ihrer Wärmeempfindlichkeit
relativ lange Ladezeiten.
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Letzte Überarbeitung: 13. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek