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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.

ANWENDUNGSGEBIETE

Dysprosium ist ein wichtiger Bestandteil von Permanentmagneten (Nd-Fe-B-Magneten), die für Windkraftanlagen, in elektronischen Geräten oder in diversen Kleinmotoren im Automobilbereich benötigt werden. Im Rahmen des Rohstoffbedarfs für die Energiewende gewinnt das Seltenerdmetall daher langfristig weiter an Bedeutung. Dysprosium findet zudem Anwendung als Dotierungsmittel in Leuchtstoffen wie Halogenlampen. Legierungen mit dem Seltenerdmetall, z. B. in Zinklegierungen und als Legierungszusatz zu Zirkonium, werden für Verdampfungsmaterialien und Sputtertargets eingesetzt. In einer Legierung mit Blei findet das Seltenerdelement Anwendung als Abschirmmaterial in Kernreaktoren.

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.

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.

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.

Symbol: Dy

Elektronenkonfiguration: [Xe] 4f106s2

Atommasse: 162,5 u

CAS-Nummer: 7429-91-6

Ordnungszahl: 66

Schmelzpunkt: 1.412 °C

Entdeckungsdatum: 1886

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