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Rohstoff Magnesium – Unschlagbares Leichtgewicht

Bild: PixabayHebi-B.

04.10.2017

Rohstoff Magnesium – Unschlagbares Leichtgewicht

Kein Metall widersteht Hitze und mechanischer Belastung besser als Wolfram. Das Schwermetall ist deshalb unverzichtbar für die Produktion hochfester Stähle. Doch die Versorgungslage ist kritisch.

Weiße Hände, fester Halt. Als Magnesiumkarbonat verleiht Magnesium Sportkletterern in der Steilwand wie beim Bouldern den nötigen Grip und schützt so ihr Leben und ihre Gesundheit. Festigkeit verleiht das silbrig-glänzende Leichtmetall auch orthopädischen Implantaten. Da Magnesium die gleiche Elastizität und mit 1,73 Gramm pro Kubikzentimeter in etwa die gleiche Dichte hat wie menschliche Knochen, eignen sich Magnesiumlegierungen besser als Werkstoffe für künstliche Hüft- oder Schultergelenke als andere Materialien. Da reines Magnesium zudem ohnehin im menschlichen Organismus vorhanden ist und von diesem abgebaut werden kann, verwenden Kardiologen Stents aus dem Leichtmetall, da sich diese auflösen, wenn die Herzgefäße nach einer Operation wieder funktionieren wie gewünscht.

Die Eigenschaften von Magnesium schätzen neben Ärzten, Medizintechnikern und Sportlern auch Ingenieure in der Luft- und Raumfahrt,  der Automobil-, elektronischen und chemischen Industrie sowie der Stahlbranche.

Magnesium lässt sich zerspanen wie Holz

Kein Wunder, wiegt das Leichtmetall doch ein Drittel weniger als Aluminium und drei Viertel weniger als Stahl. Dabei bietet es aber trotz seiner geringen Dichte in Legierungen ähnliche Festigkeitswerte wie andere Werkstoffe. Zugleich ist reines Magnesium sehr weich und dehnbar und lässt sich somit mit den gleichen Werkzeugen spanend bearbeiten wie Holz. Lediglich die der Herstellung von Legierungen mit dem Leichtmetall erfordert strenge Schutzvorkehrungen. Dabei muss ein Schwefeloxidschleier über der Schmelze liegen oder diese kontinuierlich mit Schwefelpulver bestreut werden, da erhitztes Magnesium sonst beim Kontakt mit Sauerstoff verpufft. Bereits bei 650 Grad Celsius verbrennt das Metall mit einer sehr hellen, weißen Stichflamme, weshalb es früher in der Fotografie in Blitzgeräten Verwendung fand. Noch heute ist das Leichtmetall zündender Bestandteil jeder Silvesterrakete.

Seine geringe Hitzbeständigkeit macht Magnesium dadurch wett, dass es Schwingungen dämpft, passabel Elektrizität leitet, kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung sowie Ozon und Laugen standhält.

Dank dieser Eigenschaften verarbeiten Werkstoffhersteller heute 43 Prozent des verfügbaren Magnesiums zu Aluminiumlegierungen. Mit einem Großteil der Legierungen produzieren die Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie die Hersteller elektronischer Geräte Druckgussteile. Weitere 37 Prozent des jedes Jahr weltweit geförderten Leichtmetalls kommen in unlegierter Form im Druckguss zum Einsatz.

Rohstoff Magnesium – Unschlagbares Leichtgewicht

Bild: AdobeStock Andreas Berheide

Ohne Magnesium kein Leichtbau

Magnesium macht die gegossenen Teile gleichzeitig sehr leicht und besonders zäh und fest sowie leicht schweißbar und wenig korrosionsanfällig. Magnesiumteile sind daher überall dort nicht wegzudenken, wo Ingenieure Gewicht sparen wollen, ohne Abstriche bei der Stabilität ihrer Konstruktionen machen zu müssen. Etwa bei der Herstellung von Sportgeräten, Kettensägen oder Heckenscheren, der Fertigung von metallischen Gehäusen für Tablets und Smartphones oder der Konstruktion von Motorblöcken, Getriebegehäusen, Lenkrädern oder Sitzen im Automobilbau.

Schon in den fünfziger Jahren steckten in einem VW-Käfer rund 25 Kilogramm des Leichtmetalls. In den kommenden Jahren wird Magnesium den Materialmix beim Autobau grundlegend verändern. So erwarten Experten, dass in einem durchschnittlichen Pkw schon 2020 etwa 45 Kilogramm Magnesium ganze 250 Kilogramm Stahl ersetzen.

Magnesium in Luft- und Raumfahrt sowie Stahlindustrie

Da sich die Dichte von Magnesiumlegierungen auf bis zu 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter senken lässt und Materialien auf Basis des Leichtmetalls damit die leichtesten metallischen Werkstoffe sind,  nutzt die Luft-und Raumfahrt die gewichtssparende Wirkung des Rohstoffs schon lange. Sie stellt mit dem Leichtmetall Treibstofftanks, Teile der Tragflächen sowie die Aufhängungen von Triebwerken her. Der US-amerikanische Flugzeugbauer Boeing setzt das Leichtmetall auch in den Schubumkehrern seiner kompletten Flotte mit Ausnahme des Großraumfliegers 777 ein.

Außer im Leichtbau können Ingenieure auch in der Eisen- und Stahlindustrie nicht auf Magnesium verzichten. Etwa 10 Prozent der weltweiten Jahresförderung des Rohstoffs setzen sie als Entschwefelungs- und Desoxidationsmittel bei der Stahlproduktion sowie als Zusatz bei der Gusseisenproduktion ein. Die Produktion einer Tonne Stahl erfordert etwa 50 Gramm Magnesium.

Weitere zehn Prozent des Angebots an dem Leichtmetall oxidiert die chemische Industrie schließlich zu Verbindungen wie Magnesia (Magnesiumoxid). Dieses ist Grundlage für Feuerfestmaterialien wie sie die Zement-, Glas- und Stahlindustrie für ihre Brenn- und Schmelzprozesse braucht.

Zwei Prozent der Erdkruste bestehen aus Magnesium

Neben dem Trend zum Leichtbau in vielen Branchen und seinen unschlagbaren Eigenschaften als Leichtbauwerkstoff spricht noch ein weiterer Umstand dafür, dass Magnesium künftig als Werkstoff immer wichtiger werden wird: Das Leichtmetall ist auf der Erde in so großen Mengen vorhanden, dass Einkäufer und Entwickler nicht befürchten müssen, dass ihnen der Nachschub bald ausgeht. Magnesium ist mit einem Gewichtsanteil von zwei Prozent das achthäufigste Element in der Erdkruste. Als Dolomit, einem Amalgam aus Calcium- und Magnesiumkarbonaten, bildet das Metall ganze Gebirgszüge. Selbst Meerwasser besteht zu 0,13 Prozent aus Magnesium. Auch die Lake in Salzseen enthält das Leichtmetall. Kein Wunder, dass sich die bekannten, wirtschaftlich erschließbaren Reserven an dem Rohstoff Berechnungen des US-amerikanischen Geological Survey (USGS) zufolge schon ohne der im Meerwasser und in Salzseen enthaltenen Mengen auf 8,5 Millionen Tonnen belaufen. Diese Lagerstätten liefern bei der heutigen globalen Jahresförderung von 27700 Tonnen noch 306 Jahre lang Magnesium.

Die Ressourcen an dem Rohstoff schätzt der USGS auf wenigstens zwölf Milliarden Tonnen. Diese Lagerstätten enthalten Magnesium für sagenhafte 433000 Jahre. Dabei rechnen die US-Geologen auch bei den Ressourcen die in den Weltmeeren und Salzseen enthaltenen Vorräte nicht mit.

Besonders ergiebig sind die Reserven in Russland. Das Land verfügt mit 2,3 Millionen Tonnen über 27 Prozent der heute profitabel erschließbaren Vorkommen. Auf den Plätzen zwei und drei folgen China und Nordkorea mit 1,7 beziehungsweise 1,5 Millionen Tonnen. In der Volksrepublik lagert damit ein Fünftel, in Nordkorea 17,7 Prozent der Reserven. Mit weitem Abstand folgten die Türkei und Australien, die über 4,6 respektive 3,9 Prozent der Vorkommen verfügen, sowie Brasilien und Griechenland mit Anteilen von 3,5 beziehungsweise 3,2 Prozent an den globalen Reserven des Leichtmetalls.

Anders gestaltet sich die Reihenfolge bei den Staaten, die Magnesium derzeit auf dem Weltmarkt anbieten. Mit 19000 Tonnen stammen mehr als zwei Drittel des Angebots aus China, gefolgt von der Türkei mit 10,1 Prozent sowie Russland mit 4,9 und Österreich mit 2,7 Prozent. Weitere je 2,2 Prozent der angebotenen Mengen stammen aus der Slowakei und Spanien.

Obwohl Magnesium grundsätzlich in ausreichenden Mengen auf der Erde vorhanden ist, hält die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe die Versorgungslage bei dem Leichtmetall aufgrund der enormen Marktmacht Chinas dennoch für bedenklich. Allerdings lässt sich der Rohstoff ohne Qualitätsverluste recyceln, so dass etwa die Hälfte des in Deutschland verarbeiteten Magnesiums wiederverwertet werden kann. Weltweit decken Einkäufer zwischen 15 und 20 Prozent ihres Bedarfs mit recyceltem Magnesium.

Zusammenfassung Rohstoff Magnesium
Beschreibung: · Chemisches Element „Mg“ mit der Ordnungszahl 12
· Magnesium ist ein silbrig-glänzendes Leichtmetall. Mit einer Dichte von nur 1,7 Gramm pro Kubikzentrimeter ist es der leichteste metallische Werkstoff überhaupt.
· Das Element ist widerstandsfähig gegen Säuren, korrosionsfest sowie sehr zäh und dehnbar und damit leicht zu verarbeiten
· Das Leichtmetall verbrennt bereits bei 650 Grad Celsius mit einer verpuffungsartigen, weißen, sehr hellen Flamme
Verwendung: · Aluminium-Magnesium-Legierungen (43%)
· Druckguss (37%)
· Entschwefelungs-, Desoxidations- und Zusatzstoff in der Stahl- und Gusseisenerzeugung  (10%)
· Produktion von Feuerfestmaterialien (10%)
Größte Förderländer von Magnesium: · China (68,6%)
· Türkei (10,1%)
· Russland (4,9%)
· Österreich (2,7%)
· Slowakei (2,2%)
· Spanien (2,2%)
Größte magnesiumfördernde Unternehmen : k.A.
Vorhandene Reserven*: 8,5 Mio. Tonnen
Vorhandene Ressourcen**: >12 Mrd. Tonnen
Statistische Reichweite der Reserven: 306 Jahre
Statistische Reichweite der Ressourcen: 433.212 Jahre
Recyclingquote: In Deutschland werden 50 Prozent des verarbeiteten Magnesiums wiederverwertet, weltweit 15 bis 20 Prozent.
Substituierbarkeit:· In einzelnen Anwendungen lässt sich Magnesium durch Aluminium, Kalziumkarbid oder Zink ersetzen.
Jahresproduktion von Magnesium 2016 weltweit: 27.700 Mio. 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: Sementer/Shutterstock.com (Teaser)

Autor: Gerd Meyring

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Autor: Dörte Neitzel

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