Ultrareines / hochreines Dysprosium

Dysprosium, Dy, Ordnungszahl 66

Dysprosium (Dy), chemisches Element, ein Seltenerdmetall aus der Lanthanidreihe des Periodensystems.

Dysprosium ist ein relativ hartes Metall und ist in seiner reinen Form silberweiß. Es ist recht stabil in der Luft und glänzt bei Raumtemperatur. Dysprosiumspäne entzünden sich leicht und verbrennen weißglühend. Das Metall reagiert langsam mit Wasser und löst sich schnell in verdünnten Säuren auf – mit Ausnahme von Flusssäure (HF), in der es eine Schutzschicht aus unlöslichem DyF3 bildet. Das Metall ist ein sehr starker Paramagnet über etwa 180 K (-93 °C oder -136 °F); es ist antiferromagnetisch zwischen etwa 90 (-183 °C oder -298 °F) und 180 K und ferromagnetisch unter 90 K.

Der französische Chemiker Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran fand dieses Element erstmals (1886) in Verbindung mit Holmium und anderen schweren Lanthaniden; der französische Chemiker Georges Urbain konnte später (1906) eine relativ reine Fraktion herstellen. Einige wichtige Mineralquellen für Dysprosium sind Laterit-Ionen-Tone, Xenotime, Fergusonit, Gadolinit, Euxenit, Polykrase und Blomstrandin.

Dysprosium (von griech. δυσπρόσιτος „unzugänglich“) ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Dy und der Ordnungszahl 66. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide. 1886 gelang dem Franzosen P.E. Lecoq de Boisbaudran die Isolierung von Dysprosiumoxid 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 aufwändigen Analysemethoden möglich. Sein Anteil am Aufbau der Erdkruste wird mit 0,00042 Gewichtsprozent angegeben. Die Ausgangsmaterialien sind Monazit und Bastnäsit.

Die natürlich vorkommenden Isotope sind alle stabil und haben Massenzahlen 164 (natürliche Häufigkeit 28,3 Prozent), 162 (25,5 Prozent), 163 (24,9 Prozent), 161 (18,9 Prozent), 160 (2,33 Prozent), 158 (0,10 Prozent) und 156 (0,06 Prozent). Ohne Kernisomere sind insgesamt 29 radioaktive Isotope des Dysprosiums bekannt. Sie reichen in der Masse von 138 bis 173. Am wenigsten stabil ist Dysprosium-139 (Halbwertszeit 0,6 Sekunden), und am stabilsten ist Dysprosium-154 (Halbwertszeit 3,0 × 106 Jahre).

Gewinnung von Dysprosium

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

Die kommerzielle Trennung erfolgt durch Flüssig-Flüssig-Extraktion oder Ionenaustauschverfahren. Das Metall wird durch metallothermische Reduktion der wasserfreien Halogenide mit Alkali- oder Erdalkalimetallen hergestellt. Das Metall wird durch Vakuumdestillation weiter gereinigt. Dysprosium existiert in drei allotropen (strukturellen) Formen. Die α-Phase ist dicht besetzt hexagonal mit a = 3.5915 Å und c = 5.6501 Å bei Raumtemperatur. Bei Abkühlung auf ~90 K wird die ferromagnetische Ordnung von einer orthorhombischen Verzerrung, β-Dy, des hexagonalen, dicht gepackten Gitters begleitet. Die β-Phase hat a = 3.595 Å, b = 6.184 Å und c = 5.678 Å bei 86 K (-187 °C, oder -305 °F). Die γ-Phase ist körperzentriert kubisch mit a = 4,03 Å bei 1.381 °C (2.518 °F).

Dysprosium wird hauptsächlich aus Bastnasit und Monazit gewonnen, wo es als Verunreinigung auftritt. Andere dysprosiumhaltige Mineralien sind Euxenit, Fergusonit, Gadolinit und Polykrase. Gefördert wird es in den USA, China, Russland, Australien und Indien.

Bastnäsit (englisch auch Bastnaesite) ist die Bezeichnung für eine Gruppe von Mineralen aus der Mineralklasse der „Carbonate und Nitrate“ (ehemals Carbonate, Nitrate und Borate). Alle Bastnäsite kristallisieren im hexagonalen Kristallsystem mit der allgemeinen Zusammensetzung (Ce,La,Nd,Y)[(F,OH)|CO3], enthalten also neben dem Carbonat-Komplex die als Seltene Erden bezeichneten Metalle Cer, Lanthan, Neodym und Yttrium aus der Gruppe der Lanthanoide sowie als zusätzliche Anionen Fluor bzw. Hydroxidionen. Die Bastnäsite werden daher auch als Lanthanoid-Fluorcarbonate bezeichnet.

Monazit ist ein Sammelbegriff für die von der IMA anerkannten Minerale und Endglieder einer lückenlosen Mischreihe, bestehend aus Monazit-(La), Monazit-(Ce), Monazit-(Nd) und Monazit-(Sm) sowie deren Mischkristalle. Diese eher selten vorkommenden Minerale gehören zur Mineralklasse der „Phosphate, Arsenate und Vanadate“ und kristallisieren im monoklinen Kristallsystem mit folgender chemischen Zusammensetzung: Monazit-(La) – (La,Ce,Nd)[PO4] bzw. LaPO4 Monazit-(Ce) – (Ce,La,Nd,Th)[PO4] bzw. CePO4 Monazit-(Nd) – (Nd,Ce,Sm)[PO4] bzw. NdPO4 Monazit-(Sm) – (Sm,Gd,Ce,Th)[PO4] bzw. SmPO4

Verwendung von Dysprosium

Die Haupteinsatzgebiete von Dysprosium sind Legierungszusätze zu Nd2Fe14B-Permanentmagnetwerkstoffen (bei denen ein Teil des Neodym durch Dysprosium ersetzt ist), um sowohl den Curie-Punkt als auch insbesondere die Koerzitivfeldstärke zu erhöhen und damit das Hochtemperaturverhalten der Legierung zu verbessern. Das Metall ist auch Bestandteil des magnetostriktiven Terfenol D (Tb0.3Dy0.7Fe2). Dysprosium wird wegen seines relativ hohen Neutronenabsorptionsquerschnitts in Steuerstäben für Kernreaktoren verwendet; seine Verbindungen wurden zur Herstellung von Lasermaterialien und Phosphoraktivatoren sowie in Halogen-Metalldampflampen verwendet.

Wirtschaftliche und technische Bedeutung von Dysprosium sind relativ gering. So wird seine Fördermenge 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 den Magneten für Windkraftanlagen hat diese Metalle der seltenen Erden zum raren Rohstoff gemacht, zudem drosselt der weltweit größte Lieferant China seine Lieferung, um die eigene Wertschöpfung zu erhöhen.

Dysprosium Oxid – Chemisch verhält sich Dysprosium wie eine typische dreiwertige seltene Erde und bildet eine Reihe von hellgelben Verbindungen, deren Oxidationszustand +3 ist.

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Weitere Anwendungen für Dysprosium

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 thermischen Neutronen zur Herstellung von Regelstäben in der Kerntechnik verwendet.
Dysprosium verbessert das Emissionspektrum von Hochleistungshalogenlampen.
Dysprosium-Cadmium-Chalkogenide dienen als Infrarotquelle zur Untersuchung von chemischen Reaktionen.

Dysprosium Preis

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