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Vorkommen
Hafnium ist ein seltenes Metall, das in der Erdkruste nur in geringen Mengen vorkommt. Anders als viele andere Metalle bildet es kaum eigene Lagerstätten. Stattdessen tritt es fast immer gemeinsam mit dem chemisch sehr ähnlichen Element Zirkonium auf. Beide Elemente kommen vor allem im Mineral Zirkon vor, das in bestimmten Sandlagerstätten enthalten ist.
Wichtige Zirkonlagerstätten befinden sich unter anderem in Australien, Südafrika und den USA. Hafnium fällt dabei ausschließlich als Nebenprodukt der Zirkoniumraffination an, da beide Elemente immer zusammen im Zirkon vorkommen. Diese Länder sind deshalb zugleich die wichtigsten Hafniumquellen. Wie viel Hafnium gewonnen wird, hängt also stark davon ab, wie viel Zirkonium produziert wird. Aktuelle Daten zur weltweiten Primärproduktion oder den Hafniumreserven liegen allerdings selbst dem US Geological Service nicht vor.
Gewinnung
Die Herstellung von Hafnium beginnt mit Zirkonsand, aus dem zunächst Zirkoniumverbindungen gewonnen werden. Da Hafnium und Zirkonium chemisch sehr ähnlich sind, ist ihre Trennung technisch anspruchsvoll und erfordert mehrere Verarbeitungsschritte.
Zunächst wird das Mineral chemisch aufgeschlossen, sodass eine Lösung entsteht, die sowohl Zirkonium als auch Hafnium enthält. Anschließend werden die beiden Elemente mithilfe spezieller chemischer Verfahren voneinander getrennt. Häufig werden dafür Verfahren wie Lösungsmittelextraktion oder Ionenaustausch eingesetzt.
Das gewonnene Hafnium wird anschließend weiterverarbeitet, meist über eine Verbindung namens Hafniumtetrachlorid. Im sogenannten Kroll-Prozess entsteht durch Reduktion mit Magnesium metallisches Hafnium. Für besonders hohe Reinheitsanforderungen wird dieses anschließend im Zonenschmelzverfahren gereinigt: Dabei wird eine schmale Schmelzzone langsam durch einen länglichen Hafniumstab geführt, wobei Verunreinigungen in die flüssige Phase wandern und sich am Ende des Stabes anreichern. So lassen sich Reinheitsgrade erreichen, die für Anwendungen in der Kerntechnik und Halbleiterindustrie erforderlich sind.
Der weltweite Bedarf an Germanium steigt. Angesichts der stark konzentrierten Förderung und Weiterverarbeitung kommt dem Recycling als Quelle für diesen Rohstoff eine immer größere Bedeutung zu. Dies gilt auch für die Verarbeitung von Schrotten aus der Produktion germaniumhaltiger Erzeugnisse. In Europa sieht das Gesetz über kritische Rohstoffe (Critical Raw Materials Act) vor, dass 25 Prozent des Bedarfs an strategischen Rohstoffen bis 2030 durch Recycling gewonnen werden müssen. Zu diesen Materialien gehört auch Germanium. Neben Anderen arbeitet der Rohstoffhändler TRADIUM bereits auf nationaler und internationaler Ebene daran, das Potential dieser Rohstoffquelle zu nutzen.
