Die Rolle der Platingruppenmetalle in unserem alltäglichen Leben wird oft unterschätzt. Dabei ist unser Leben ohne Platingruppenmetalle heutzutage gar nicht mehr denkbar. Von der Automobilindustrie über die Elektronikbranche bis hin zur Schmuckherstellung sind Platingruppenmetalle unverzichtbar geworden. Dementsprechend sind die Fördermengen in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich gestiegen.

Doch was sind Platingruppenmetalle überhaupt und was macht sie aus? In zwei Blogbeiträgen möchten wir Ihnen mehr Einblicke in die Welt dieser Edelmetalle geben und über ihre Herkunft, Verwendungen und Bedeutung berichten.

Zu den Platingruppenmetallen (PGM) gehören im Periodensystem sechs Metalle: in Reihenfolge aufsteigenden Atomgewichts, Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Osmium (Os), Iridium (Ir) und Platin (Pt), wobei Pt, Pd und Rh die wirtschaftlich wichtigsten PGMs darstellen. Die gemeinsame Benennung dieser Elemente in einer Gruppe beruht überwiegend auf ähnlichen chemischen Eigenschaften. Ebenso gehen diese Metalle bevorzugt Verbindungen mit Eisen, Nickel, Kupfer und Schwefel, im Gegensatz zu Sauerstoff ein. Somit sind sog. Sulfide wie Pyrrhotin, Chalkopyrit oder Pentlandite wichtige Minerale in denen PGM vorkommen. Des Weiteren kommen PGM zusammen mit Schwefel, Arsen, Antimon, Tellur, Quecksilber, Wismut (Bismut) oder Selen vor.

Abb. 1: Platingruppenmetalle (insges.) Produktion:Förderung 1960 – 2019 (Quelle: rosys.dera.bgr.de)

Wo kommen Platinmetalle vor?

Mit steigender Nachfrage nach Platinmetallen wird die Frage nach ihrer Verfügbarkeit immer wichtiger. Wie auch Gold, sind Platinmetalle eine endliche Ressource, die in der Erdkruste zu finden und deren Gewinnung äußerst aufwendig ist. Die Hauptvorkommen liegen in wenigen Ländern, die zudem unter politischen und wirtschaftlichen Spannungen leiden. Aufgrund der steigenden Nachfrage und der begrenzten Ressourcen sind die Preise für Platingruppenmetalle in den letzten Jahren stark gestiegen. Folglich werden Recyclingmethoden weiter an Bedeutung zunehmen, um die Abhängigkeit von Platingruppenmetallen zu verringern. Zum Recycling der Platingruppenmetalle erfahren Sie noch mehr in unserem nächsten Blogbeitrag.

Wo werden die Platingruppenmetalle also am meisten gefördert?

Weltweit gibt es unterschiedliche Lagerstättentypen in denen die Platingruppenmetalle in abbauwürdigen Konzentrationen auftreten. Bei den für PGM wichtigen magmatischen Lagerstätten handelt es sich zum einen um (1) PGM-dominierte Lagerstätten mit geringen Gehalten an Basismetallsulfiden (z.B. geologisch prominenter Bushveld-Komplex in Südafrika). Zum anderen werden PGM als Beiprodukte aus sog. (2) Nickel-Kupfer-dominierten Lagerstätten gewonnen. Im zweiten Fall handelt es sich primär um Nickellagerstätten (z.B. Sudbury/Kanada und Norilsk-Talnakh/Russland) bei denen Kupfer, Kobalt, PGM, aber auch Gold und Silber (evtl. Chrom, Tellur und Blei) als Koppelprodukte gewonnen werden.

Die Förderung der Platingruppenmetalle konzentriert sich auf Südafrika und Russland, mit den entsprechenden Lagerstätten. Für das Jahr 2019 gab die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) eine gesamte Produktionsmenge von 457.586 kg an. Dabei trug Südafrika mit 268.068 kg einen Anteil von 58,6% der weltweiten Förderung aller PGM, während die Russische Föderation weitere 109.935 kg (ein Anteil von 24% an der Gesamtförderung) förderte.

Abbildung zeigt die Dominanz der bereits aufgeführten primär produzierenden Länder Südafrika und Russland im Jahr 2021.

Abb. 2: Prozentuale Anteile der einzelnen Platingruppenmetalle am primären Angebot in 2021 (Quelle: JM PGM Market Report 2022)

Bei den Vorräten (sicher & wahrscheinlich) sieht die weltweite Verteilung ähnlich aus, jedoch mit einer deutlichen Dominanz von Südafrika, welches nach jetzigem Wissensstand ca. 63.000t von insgesamt knapp 70.000t, d.h. um die 90%! der sicheren und wahrscheinlichen Vorräte an PGM auf seinem Territorium vorfindet.

Abb. 3: Platingruppenmetalle (insges.) Vorräte sicher & wahrscheinlich (Quelle: rosys.dera.bgr.de)

Wie werden Platinmetalle gefördert?

Während die Goldförderung relativ stark in der Öffentlichkeit diskutiert wird, nimmt die Förderung der Platinmetalle eine im Vergleich zu Gold unbedeutendere Rolle ein. Auch wenn dessen Förderung aus ökologischen und sozialen Aspekten fragwürdig bleibt. Die Platingruppenmetalle werden sowohl im Tief – als auch im Tagebau mit chemischen Prozessen zur Extraktion der Metalle abgebaut.

Da jede abbauwürdige PGM-Lagerstätte, trotz des i.d.R. magmatischen Charakters, individuelle Eigenheiten aufgrund der geologischen Entstehung (Genese) aufzeigt, unterscheiden sich die einzelnen angewandten Verfahrensschritte der Aufbereitung und Gewinnung der PGM je nach Lagerstätte. In Abhängigkeit von ihrer Dimension, den Metallgehalten, sowie der Morphologie (vereinfacht: das Lagerungsverhältnis zum Nebengestein bzw. äußere Gestalt des Erzkörpers), werden PGM-Lagerstätten weltweit sowohl im Tief- als auch im Tagebau abgebaut. Die Schritte von der Förderung der Roherze bis zu den sog. PGM-Konzentraten, die als Basis zur Gewinnung der einzelnen Reinmetalle dienen, sind i.d.R. immer gleich: Sortieren, Brechen & Mahlen, Schweretrennung und Flotation. Die Flotation ist ein nass-chemisches Verfahren, um in Lösung enthaltene feindisperse Stoffe (z.B. Minerale) durch Aufschwimmen einer Abtrennung zugänglich zu machen.

Platingruppenmetalle: Eigenschaften

Zu den wichtigsten Eigenschaften der Platingruppenmetalle zählen ihre hohe Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und katalytische Aktivität. Aus diesem Grund finden sie eine breite Verwendung vor allem in der Industrie, was mit zunehmender globaler Industrialisierung sich wiederum stark auf ihre Verfügbarkeit auswirkt.

In welchen Bereichen finden Platinmetalle Anwendung?

Platingruppenmetalle sind kostbare Ressourcen, die in vielen Bereichen unseres Lebens unverzichtbar geworden sind. Ihre einzigartigen Eigenschaften machen sie zu wertvollen Werkstoffen in der Automobilindustrie, Elektronik und weiteren Einsatzgebieten. Interessant ist die Tatsache, dass bei den Hauptanwendungsbereichen das Schmucksegment unter 5% kommt und in nachfolgender Grafik nicht aufgelistet wird.

Abbildung 4 zeigt die Hauptanwendungsbereiche für die Gesamtheit aller PGM, die die Nachfrage nach diesen Metallen antreibt. Laut International Platinum Group Metals Association (IPA), gibt es Schätzungen, dass jedes vierte Produkt das uns umgibt, PGM enthält oder unter Verwendung von PGM hergestellt wurde.

Abb. 4: Wichtige Nachfrage-/Anwendungsbereiche für PGM (Quelle: JM PGM Market Report 2021)

Im dominierenden Nachfragebereich der Automotive gibt es drei Hauptanwendungsbereiche für die Platingruppenmetalle:

1. Als katalytische Konverter in Autokatalysatoren, wobei Platin, Rhodium und/oder Palladium je nach Typ des Katalysators auf ein Trägermaterial im Abgassystem aufgebracht werden. Dort wirken die Metalle als Katalysatoren, um den Gehalt an Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) auf die gesetzlich vorgeschriebenen Werte zu reduzieren. Damit leisten PGM seit der Einführung von Abgaskatalysatoren einen wichtigen Beitrag zur Verringerung der Umweltverschmutzung.
2. Platin und Ruthenium spielen eine große Rolle in der Brennstoffzellen-Technologie. Brennstoffzellen sind elektrochemische Geräte, die die Energie einer chemischen Reaktion direkt in Strom umwandeln, wobei Wärme und Wasser als Nebenprodukte entstehen. Der Brennstoff und das Oxidationsmittel (Sauerstoff oder Luft) werden von außen zugeführt, so dass sie so lange in Betrieb bleiben können, wie sie gespeist werden. Im Gegensatz zu Batterien gehen sie also nie „aus“. Platin wird als Katalysator eingesetzt, der Wasserstoff und Sauerstoff in Wärme, Wasser und Strom umwandelt.
3. Erdölraffinerien setzen bereits seit mehreren Jahrzehnten Pt-Katalysatoren ein um Naphtha in hoch-oktanige Mischungskomponenten für Benzin (d. h. Reformat) umzuwandeln. Iridium kann ebenfalls in Verbindung mit Platin in einigen katalytischen Anwendungen eingesetzt werden.

Im Bereich Umweltschutz werden Pt und Pd als Katalysatoren zur Reduzierung nitroser Gase (N₂O) bei der Herstellung von Düngemittel eingesetzt. Des Weiteren wird Palladium zur Luftreinhaltung in geschlossenen Räumen (z.B. Flugzeuginnenräume) und zur Wasseraufbereitung (Entfernung toxischer Stoffe) eingesetzt. Im medizinischen Bereich retten PGM, besonders Platin und Iridium buchstäblich Leben, indem sie in Herzschrittmachern und Defibrillatoren Einsatz finden. Rhodiumfolie wird in der Röntgen-Mammographie eingesetzt.

Im kommenden Blogbeitrag widmen wir uns den Themen Angebot und Nachfrage, Recyclingkreisläufe und Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der Platingruppenmetalle.

Quellen:

• Schmidt, M. (2015): Rohstoffrisikobewertung – Platingruppenmetalle DERA Rohstoffinformationen 26: 156 S. Berlin

• Grégoire Bellois & Isabelle Ramdoo (IISD 2023) – Searching for Critical Minerals? How metals are produced and associated together

• DERA Rohstoffinformationssystem ROSYS

• Johnson Matthey PGM Market Report 2022

• International Platinum Group Metals Association (IPA) website