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Rohstoff Gallium – Kleiner Verwandter des Aluminiums

Rohstoff Gallium – Kleiner Verwandter des Aluminiums

01.08.2017

Rohstoff Gallium – Kleiner Verwandter des Aluminiums

Reine Galliumminen gibt es zwar so gut wie keine, dennoch reichen die Vorkommen des meist als Nebenprodukt der Aluminiumverhüttung und des Zinkabbaus gewonnenen Metalls noch für mehrere Tausend Jahre. Kein Grund zur Sorge also für die Halbleiter- und Beleuchtungsindustrie, die den Großteil des globalen Galliumangebots abnehmen.

Rohstoff Gallium

Der Rohstoff Gallium schmilzt schon bei Körpertemperatur.

Deutschland ist ein Rohstoffgigant. Zumindest, wenn es um die Produktion von Gallium geht. Immerhin ist die Ingal GmbH in Stade der weltweit zweitwichstige Produzent des silbrig-weißen, eng mit dem Aluminium verwandten Metalls. Etwa sechs Prozent der 674 Tonnen Rohgallium, die Rohstoffkonzerne 2016 weltweit produzierten, stammten aus Stade, so die Deutsche Rohstoffagentur (DERA). Gemessen an China ist Deutschland damit allerdings noch immer ein Zwerg. Die Volksrepublik produzierte im vergangenen Jahr 61,6 Prozent des weltweiten Angebots.

Weitere wichtige Herkunftsländer von Gallium waren Kasachstan, Südkorea, die Ukraine, Russland, Japan und Ungarn. Gut 90 Prozent des Galliums, das Produzenten in diesen Ländern herstellten, gewannen sie dabei als Nebenprodukt der Aluminiumraffination.

Reine Galliumminen? Fehlanzeige!

Denn reine Galliumminen gibt es weltweit so gut wie keine. Selbst das bekannteste Vorkommen in der Apex-Mine im US-Bundesstaat Utah ist so klein, dass es sich nicht wirtschaftlich ausbeuten lässt. So gut wie alles weltweit angebotene Gallium stammt deshalb aus Bauxit- und Zinkminen. Entsprechend lassen sich auch Angaben zu den weltweit vorhandenen Reserven und Ressourcen nur aus den zu den globalen Bauxit- und Zinkvorkommen vorliegenden Zahlen hochrechnen. Die weltweiten Bauxitreserven belaufen sich Geologen zufolge derzeit auf 28 Milliarden Tonnen, die Ressourcen des Grundstoffs für die Aluminiumherstellung auf 65 Milliarden Tonnen.

Diese Lagerstätten enthalten im Schnitt einen Galliumanteil von 50 ppm (Parts per Million). Die globalen Reserven an dem Element beliefen sich damit auf 1,4 Millionen, die Ressourcen auf 3,3 Millionen Tonnen. Bliebe die heutige Jahresfördermenge konstant, wären die Reserven erst in gut 2000 Jahren erschöpft, die Ressourcen sogar erst in knapp 4900 Jahren. Allerdings sind Zahlen zur Galliumproduktion mit Vorsicht zu genießen, denn aufgrund der beschränkten Zahl von Anbietern und der geringen Fördermengen, ist der Markt nicht transparent genug für verlässliche Berechnungen.

Keine Versorgungsengpässe in Sicht

Dennoch scheint derzeit wenig Sorge zu bestehen, dass der Welt einer der wichtigsten Halbleiter sowie Werkstoffe für Leucht- und Laserdioden ausgeht. Mit gut der Hälfte des weltweit gewonnen Galliums stellt die Elektronikindustrie Halbleiter und halbisolierende Materialien her. Diese kommen in integrierten Schaltungen und Feldtransistoren für besonders tiefe Frequenzen zum Einsatz, wie sie in der drahtlosen Kommunikation, in Smartphones, der Radartechnik, Verstärkern für Wi-Fi- und WiMAX-Anlagen , Infrarotdetektoren sowie High-End-Geräten für militärische Zwecke benötigt werden. Weitere 38 Prozent des verfügbaren Galliums verarbeitet die Beleuchtungsindustrie zu Laserdioden sowie LEDs, die entweder ein besonders brillantes Licht oder unterschiedliche Farbtöne erzeugen. Weitere zehn Prozent der Jahresförderung von Gallium verbraucht die Photovoltaikindustrie.

Drei Prozent des Angebots verarbeitet die eisen- und stahlverarbeitende Industrie in Neodym-Boron-Hochleistungsmagneten. Außerdem lassen sich mit dem Werkstoff Hochtemperaturthermometer für Messbereiche bis 1200 Grad Celsius sowie Wärmetauscher für Kernkraftwerke herstellen. Bei der Herstellung von Kernwaffen schließlich legiert die Waffenindustrie Gallium mit Plutonium, um Phasenumwandlungen zu verhindern.

Kleiner Verwandter des Aluminiums

In seinen chemischen Eigenschaften ähnelt das Metall stark Aluminium. Wie dieses ist es elektrisch leitfähig, bildet unter Sauerstoffeinfluss sofort eine schützende Oxidschicht aus und ist sowohl in Säuren wie Basen löslich. Das Metall ist zwar wie Aluminium bei Raumtemperaturen fest, schmilzt jedoch schon dann, wenn es auf der Handfläche der Körpertemperatur des Menschen ausgesetzt ist. Da Gallium allerdings erst bei 2400 Grad Celsius verdampft, ist das Metall in einem außergewöhnlich breiten Temperaturbereich flüssig.

Da sich Gallium mit diesen Eigenschaften nicht von einer Vielzahl anderer Metalle unterscheidet, lässt es sich in der Photovoltaik und als Werkstoff für LEDs durch andere Werkstoffe ersetzen. Die Beleuchtungsindustrie könnte künftig auch deshalb weniger Gallium benötigen, weil sie statt LEDs mehr organische Licht emittierende Dioden (OLEDs) herstellen wird. Die Hersteller von Displays schließlich könnten weniger LEDs nachfragen und diese in ihren Bildschirmen durch Flüssigkristalle ersetzen.

Ein Drittel des Galliumangebots stammt aus Recycling

Schwieriger als der Ersatz durch andere Werkstoffe oder Technologien, die auf Gallium verzichten, ist das Recycling des Metalls. Denn dazu müssen Entsorger den Werkstoff von den übrigen in Altgeräten enthaltenen Materialien isolieren. Bei der Rückgewinnung des in Mikrochips verarbeiteten Galliums gelingt dies jedoch bereits sehr gut. Die globalen Recyclingkapazitäten für Gallium betragen mit derzeit 200 Tonnen immerhin fast ein Drittel der gesamten weltweiten Jahresförderung.

Zusammenfassung Rohstoff Gallium
Beschreibung: · chemisches Element ‚Ga‘ mit der Ordnungszahl 31
· Gallium ist ein silberweißes Metall, das bereits bei Körpertemperatur schmilzt, aber erst bei 2400 Grad Celsius verdampft und damit in einem außerordentlich breiten Temperaturbereich flüssig ist.
· Es ist elektrisch leitfähig, bildet bei Kontakt mit Sauerstoff eine schützende Oxidschicht aus und ist in Basen und Säuren löslich
· Reine Galliumerze gibt es in der Natur so gut wie nicht. Meist kommt das Element an Bauxit oder Zink gebunden vor.
Verwendung (einzelne Anteile unbekannt): · Herstellung von Halbleitern und halbisolierenden Substraten
· LEDs und Laserdioden
· Solarzellen
· Herstellung von Hochtemperaturthermometern, Hochleistungsmagneten
Größte Förderländer von Gallium: · China (61,6%)
· Deutschland (5,9%)
· Kasachstan (3,7%)
Größte galliumfördernde Unternehmen : k.A.
Vorhandene Reserven*: 1,4 Mio. Tonnen
Vorhandene Ressourcen**: 3,3 Mio. Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven:  2.077 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen: 4.896 Jahre
Recyclingquote: Die weltweiten Recyclingkapazitäten belaufen sich auf etwa 200 Tonnen wiedergewonnenen Galliums im Jahr. Keine genauen Angaben verfügbar
Substituierbarkeit: · In der Photovoltaik könnte Gallium durch andere Werkstoffe ersetzt werden.
· In der Beleuchtungsindustrie könnte der Bedarf sinken, weil statt LEDs künftig vermehrt OLEDs produziert werden, für die kein Gallium erforderlich ist, oder LEDs in Displays durch Flüssigkristalle ersetzt wird.
Jahresproduktion von Gallium 2016 weltweit: 674 Tonnen.

Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, US Geological Survey

*Reserven = aktuell bekannte, mit der vorhandenen Technologie rentabel ausbeutbare Vorkommen
**Ressourcen = aktuell bekannte, aber noch nicht rentabel ausbeutbare Vorkommen

 

Bild: TonelloPhotography/Shutterstock.com (Teaser), e_rik/Shutterstock.com (Aufmacher)

Autor: Dörte Neitzel

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