Material des Monats: Germanium

Material des Monats: Germanium

Germanium ist ein hartes, sprödes Halbmetall, das vor einem halben Jahrhundert erstmals als Halbleitermaterial in Radareinheiten und als Material für den ersten Transistor verwendet wurde. Heute wird Germanium hauptsächlich in Elektronik- und Solaranwendungen, Glasfasersystemen, Infrarotoptik, Polymerisationskatalysatoren und anderen Anwendungen (wie Chemotherapie, Metallurgie und Leuchtstoffe) verwendet. Germaniumhaltige Infrarotoptik sind hauptsächlich für militärische Zwecke bestimmt, aber die kommerziellen Anwendungen für Wärmebildgeräte, die Germaniumlinsen verwenden, haben in den letzten Jahren zugenommen.

In der Erdkruste kommt Germanium selten in hohen Konzentrationen vor. Aufgrund seiner hohen Dispersion wird es hauptsächlich als Nebenprodukt der Zinkschmelze zurückgewonnen, obwohl es auch in einigen Kupferschmelzen und aus der Flugasche von Kohlekraftwerken gewonnen wird.

Produktion

Germanium ist ein sehr dispergiertes Element. In der Natur existiert es nie als einheimisches Metall und kommt nur selten in kommerziellen Mengen in den wenigen Mineralien vor, in denen es ein wesentlicher Bestandteil ist. Vielmehr findet man Spuren davon in vielen Mineralien, einschließlich einiger der üblichen metallischen Erzmineralien. Das meiste Germanium wird als Nebenprodukt der Zinkschmelze gewonnen, aber es wird auch in einigen Kupferschmelzen und aus der Flugasche von Kohlekraftwerken gewonnen. Rund die Hälfte aller bekannten Ressourcen befindet sich in Russland und ein Viertel in China. Die weltweite, durchschnittliche Produktion von raffiniertem Germanium wird von China dominiert, gefolgt von Russland mit einem weiteren grossen Anteil. Die Vereinigten Staaten, Japan und die Ukraine produzieren andere kleinere Fraktionen (siehe Abbildung unten).

Schätzungsweise 30% der weltweiten Germaniumproduktion wird durch Recycling abgedeckt, hauptsächlich aus Schrott, der bei der Herstellung von Glasfaserkabeln und Infrarotoptik anfällt. Aufgrund des hohen Wertes von raffiniertem Germanium wird dieser Schrott zurückgewonnen und mit einer Rate von 60% in den Produktionsprozess zurückgeführt. Aufgrund seiner hohen Dispersion in den meisten Produkten und seiner Anwendung in sehr geringen Mengen wird jedoch nur ein kleiner Teil des Germaniums aus Altprodukten recycelt.

Je nach Anwendung kann Germanium in einigen elektronischen Anwendungen durch andere Materialien wie Silizium ersetzt werden. Eine Substitution führt jedoch häufig zu einem Leistungsverlust und ist daher nicht optimal.

 

Probleme

Während Germanium im Allgemeinen ein ungiftiges Element ist, gewinnt der ökologische Fußabdruck der GE-Rückgewinnung aus Kohle zunehmend an Bedeutung. Vorbehaltlich eines starken Anstiegs der Nachfrage scheinen die Herstellung, Verwendung und das Recycling / die Entsorgung von Germanium nachhaltig zu sein. Es ist unwahrscheinlich, dass mit seiner Herstellung oder Verwendung schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit oder die Umwelt verbunden sind.

 

Quellen: 

(Melcher, F. and Buchholz, P., 2013)
Study on the EU’s list of Critical Raw Materials (2020)
USGS Open-File Report, Mineral Commodity Profiles: Germanium 
USGS Mineral Commodity Summaries, Germanium