Terbium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Tb und der Ordnungszahl 65. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Wie die anderen Lanthanoide ist Terbium ein silberglänzendes, weiches Schwermetall.
Terbium wurde 1843 zusammen mit Erbium von Carl Gustav Mosander bei der Untersuchung von Yttrium entdeckt. Wie Erbium, Yttrium und das später entdeckte Ytterbium wurde Terbium nach der Grube Ytterby bei Stockholm benannt, aus der das Erz stammte, das bei den Entdeckungen untersucht wurde.
Terbium wird vor allem als grün-emittierender Leuchtstoff in Leuchtstoffröhren sowie zur Verbesserung der Eigenschaften von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten eingesetzt. Diese werden unter anderem in Computern, Elektroautos oder Windkraftanlagen verwendet. Wie andere schwere Seltene Erden wird das Element fast ausschließlich in China produziert. Auf Grund der großen technischen Bedeutung und der Abhängigkeit von China hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.
Geschichte Die Entdeckung des Terbiums begann 1843, als Carl Gustav Mosander Yttrium mittels fraktionierter Kristallisation genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den Namen Yttrium, einen gelben nannte er Erbium, einen rosafarbenen Terbium. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen der Grube Ytterby, der Typlokalität von Gadolinit, dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.C. G. Mosander: XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In: The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 . 1860 wiederholte Nils Johan Berlin diese Experimente, fand jedoch nur einen rosafarbenen Niederschlag, den er – abweichend von Mosander – Erbium nannte und bestritt die Existenz des Terbiums.Paweł Miśkowiec: Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In: Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 . Ebenso fand Robert Bunsen in Mosanders Terbiterde nur ein Gemisch aus Erbium-, Yttrium- und Ceroxiden.J. Bahr, Robert Bunsen: Ueber Erbinerde und Yttererde. In: Justus Liebig s Annalen der Chemie. 1866, Band 137, Nummer 1, S. 1–33 .
Marc Delafontaine war dagegen weiter von der Existenz des Terbiums überzeugt und fand schließlich bei Untersuchungen von Samarskit das gesuchte Element, was von Jean Charles Galissard de Marignac durch Zerlegung von Gadolinit bestätigt werden konnte. Nach dieser Bestätigung blieb es jedoch bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.C. James, D. W. Bissel: Terbium. In: Journal of the American Chemical Society. 1914, Band 36, Nummer 10, S. 2060–2066 .
Durch Gadolinium und Dysprosium verunreinigtes metallisches Erbium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Terbium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die ungefähre Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.W. Klemm, H. Bommer: Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden. In: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 231, 1937, S. 138–171, doi:10.1002/zaac.19372310115. Die Gewinnung von reinem Terbium gelang erst nach der Entwicklung von Ionenaustausch-Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden.
Vorkommen Terbium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 1,2 ppm. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nur Thulium, Lutetium und das radioaktive Promethium sind seltener. Unter den Seltenen Erden wird es mit Yttrium und den Elementen von Gadolinium bis Lutetium zu den schweren Seltenen Erden (Heavy Rare Earth Elements, HREE) gezählt.
Wie alle Seltenen Erden ist Terbium lithophil und daher vor allem in der kontinentalen Erdkruste zu finden, nur wenig im Erdmantel. Seltene Erden werden zudem zu den inkompatiblen Elementen gezählt, jedoch ist es bei verschiedenen Gesteinen und Lanthanoiden unterschiedlich ausgeprägt. Während leichte Lanthanoide stark inkompatibel sind, ist dies bei schweren weniger der Fall. Vor allem in Granat werden HREE wie Terbium bevorzugt eingebaut.Martin Okrusch, Hartwig E. Frimmel: Mineralogie. 10. Auflage, Springer, 2022, ISBN 978-3-662-64064-7, S. 765–769.
Es sind keine Terbiumminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten terbiumhaltigen Minerale sind Xenotim, Gadolinit-(Y), Bastnäsit, Allanit und Britholit.Scott M. McLennan: Holmium. In: William White (Hrsg.): Encyclopedia of Geochemistry. Springer, 2018, ISBN 978-3-319-39311-7, S. 683–684. Von diesen besitzt Xenotim mit etwa 1 % den höchsten Terbiumanteil.Manish Kumar Sinha, Himanshu Tanvar, Sushanta Kumar Sahu, Brajendra Mishra: A Review on Recovery of Terbium from Primary and Secondary Resources: Current State and Future Perspective. In: Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2023, Band 45, Nummer 7, S. 743–766 .
Die kommerziell wichtigste Quelle für Terbium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits. In: Nature Communications. 2020, Band 11, Nummer 1 .
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar. Erhebliche Mengen Terbium werden durch illegalen Abbau in China gewonnen.Cuixia Gao, Yufei Xu, Yong Geng, Shijiang Xiao: Uncovering terbium metabolism in China: A dynamic material flow analysis. In: Resources Policy. 2022, Band 79, S. 103017 . Nach Recherchen von Global Witness wurden Regionen im Kachin-Staat in Myanmar seit 2017 wichtige Abbaugebiete insbesondere von Terbium und Dysprosium. So betrug der Export von schweren Seltenen Erden von Myanmar nach China 2023 über 40.000 Tonnen. Dies hat erhebliche Umweltzerstörungen zur Folge und Einfluss auf den Bürgerkrieg in Myanmar. 2023 verdiente die Militärregierung 1,4 Milliarden Dollar mit dem Export von schweren Seltenen Erden wie Terbium.Global Witness: Fuelling the future, poisoning the present: Myanmar’s rare earth boom. veröffentlicht am 23. Mai 2024, abgerufen am 22. April 2025.
Gewinnung und Darstellung mini|links|Terbiummetall Um Terbium herzustellen, muss zunächst eine Seltenerdmetallchlorid-Lösung aus den Ausgangserzen gewonnen werden. Die Verfahren dazu unterscheiden sich je nach Erz, so wird Bastnäsit bei 620 °C calciniert und anschließend mit Salzsäure ausgelaugt.
Ionenadsorbierender Ton wird nicht abgebaut und dann weiterverarbeitet, stattdessen werden Löcher in das Vorkommen gebohrt und der Ton dann über längere Zeit (150 bis 400 Tage) mit Salzlösungen (beispielsweise einer Ammoniumsulfatlösung) ausgelaugt. Dabei werden die im Ton gebundenen Seltenerdmetall-Ionen durch Ammoniumionen ersetzt und so gelöst. Über die Zeit steigt die Seltenerdmetall-Konzentration der Lösung. Ist die Konzentration hoch genug, wird über eine pH-Wert-Änderung mitgelöstes Aluminium abgetrennt und anschließend die Seltenerdmetalle mit Ammoniumhydrogencarbonat oder Oxalsäure gefällt. Mittels Calcinierung entsteht ein Mischoxid, das mit Salzsäure ausgelaugt wird. Werden einzelne Elemente benötigt, wird für die Trennung das Chlorid durch Nitrat ersetzt.Ehsan Vahidi, Julio Navarro, Fu Zhao: An initial life cycle assessment of rare earth oxides production from ion-adsorption clays. In: Resources Conservation and Recycling. 2016, Band 113, S. 1–11 .
Die Trennung der einzelnen Seltenerdmetalle untereinander ist – bedingt durch die Ähnlichkeit der Elemente – kompliziert und wird vorwiegend durch Extraktionsverfahren mit unterschiedlichen Lösungsmitteln durchgeführt. Andere Verfahren, wie fraktionierte Kristallisation oder Ionenaustausch spielen technisch keine Rolle mehr.
Die Herstellung metallischen Terbiums aus Terbium(III)-oxid erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird das Oxid mit Flusssäure in Terbium(III)-fluorid umgewandelt und durch Erhitzen im Vakuum von Sauerstoffresten befreit. Anschließend wird es mit Calcium bei 1500 °C reduziert und das entstandene Calciumfluorid abgetrennt. Es sind auch elektrolytische Verfahren zur Gewinnung von metallischem Terbium bekannt. So kann festes Terbium(III,IV)-oxid in geschmolzenem Calciumchlorid bei 850 °C reduziert werden.Dihua Wang, Guohong Qiu, Xianbo Jin, Xiaohong Hu, George Z. Chen: Electrochemical Metallization of Solid Terbium Oxide. In: Angewandte Chemie. 2006, Band 118, Nummer 15, S. 2444–2448 . Auch ein Verfahren zur elektrolytischen Reduktion von Terbium(III)-oxid in einer Terbium(III)-fluorid/Lithiumfluorid-Schmelze wurde entwickelt.
Die Menge an produziertem Terbium betrug 2011 in China 545 Tonnen und wurde bis 2020 auf 690 Tonnen gesteigert.
Auf Grund der hohen wirtschaftlichen und technologischen Bedeutung sowie der eingeschränkten Verfügbarkeit und hohen Abhängigkeit von China als Produzent hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.Europäischer Rat: Ein EU-Gesetz zu kritischen Rohstoffen für die Zukunft der EU Lieferketten. In: consilium.europa.eu, abgerufen am 24. April 2025. Ähnliches wurde von den Vereinigten Staaten veranlasst.U.S. Department of Energy: Critical Materials Assessment, erstellt im Juli 2023, abgerufen am 24. April 2025 (pdf). Nach Medienberichten gehört Terbium zu den sieben Seltenen Erden, für die China im April 2025 ein Exportverbot erlassen hat.China blockiert den Export seltener Erden. In: manager-magazin.de, erstellt am 15. April 2025, abgerufen am 24. April 2025.