Dysprosium

Dysprosium (von altgriechisch δυσπρόσιτος dysprósitos „schwer zugänglich“) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Dy und der Ordnungszahl 66. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden.

Geschichte

1886 gelang dem Franzosen Paul Émile Lecoq de Boisbaudran die Isolierung von Dysprosium(III)-oxid aus einer Probe Holmiumoxid, das man bis zu diesem Zeitpunkt noch für eine einheitliche Substanz gehalten hatte. Da die chemischen Eigenschaften der Lanthanoide sehr ähnlich sind und sie in der Natur stets vergesellschaftet vorkommen, war auch hier eine Unterscheidung nur mit sehr aufwendigen Analysemethoden möglich. Sein Anteil am Aufbau der Erdkruste wird mit 0,00042 Gewichtsprozent (4,2 ppm) angegeben. Die Ausgangsmineralien sind Monazit und Bastnäsit.

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Dysprosiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Dysprosiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird dies mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum metallischen Dysprosium reduziert. Die Abtrennung verbliebener Calciumreste und anderer Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum. Nach einer Destillation im Hochvakuum gelangt man zum hochreinen Dysprosium.

Eigenschaften

Dysprosium ist ein silbergraues bieg- und dehnbares Metall, das zu den Seltenen Erden gerechnet wird. Es existiert in zwei Modifikationen: Bei 1384 °C wandelt sich α-Dysprosium (hexagonal-dichtest) in β-Dysprosium (kubisch-raumzentriert) um.

Dysprosium ist sehr unedel, also sehr reaktionsfreudig. An der Luft überzieht es sich mit einer Oxidschicht, in Wasser wird es langsam unter Hydroxidbildung angegriffen, in verdünnten Säuren wird es unter Wasserstoffbildung zu Salzen gelöst.

Dysprosium besitzt zusammen mit Holmium das höchste magnetische Moment (10,6 μ_B) aller natürlich vorkommenden chemischen Elemente.

Bedeutung

Als wirtschaftlich wichtiger Rohstoff mit hohem Versorgungsrisiko ist Dysprosium von der EU als kritischer Rohstoff eingestuft.

Verwendung

Die Fördermenge von Dysprosium wird auf weniger als 100 Tonnen pro Jahr geschätzt. Es findet Verwendung in verschiedenen Legierungen, in Spezialmagneten und mit Blei legiert als Abschirmmaterial in Kernreaktoren. Jedoch gerade die Verwendung in Permanentmagneten, wie sie u. a. in den Generatoren mancher Windkraftanlagentypen verwendet werden, hat diese Metalle der seltenen Erden zum raren Rohstoff gemacht.

Weitere Anwendungen:

Zusammen mit Vanadium und anderen Elementen wird Dysprosium zur Herstellung von Laserwerkstoffen genutzt.
Dysprosium wird zum Dotieren von Calciumfluorid- und Calciumsulfatkristallen für Dosimeter verwendet.
Terbium- und dysprosiumhaltige Legierungen zeigen eine starke Magnetostriktion und werden in der Materialprüftechnik eingesetzt.
In Neodym-Eisen-Bor-Magneten erhöht es die Koerzitivität und erweitert den nutzbaren Temperaturbereich.
Dysprosiumoxid verbessert das dielektrische Verhalten von Bariumtitanat für Kondensatoren.
Vereinzelt wird es wegen seines hohen Einfangquerschnittes für thermische Neutronen zur Herstellung von Steuerstäben in der Kerntechnik verwendet.
Dysprosiumiodid verbessert das Emissionsspektrum von Halogenmetalldampflampen.
Dysprosium-Cadmium-Chalkogenide dienen als Infrarotquelle zur Untersuchung von chemischen Reaktionen.