En un mundo cada vez más dependiente de la tecnología, los elementos conocidos como tierras raras han surgido como minerales cruciales, un nuevo «oro» del siglo XXI, y ha sido motivo de conflictos entre países, y lo seguirá siendo. Estos elementos, a pesar de su nombre, son vitales, y aquí podrás conocer por qué son tan importantes, y qué son estos elementos REE (Rare Earth Elements).
¿Qué son las tierras raras?
Las tierras raras, en inglés REE (Rare-Earth Elements), son un conjunto de minerales entre los que abundan 15 elementos en la tabla periódica, conocidos como la serie de los lantánidos. Estos elementos son fundamentales para tecnologías que buscan reducir las emisiones, el consumo de energía y mejorar la eficiencia, rendimiento, velocidad, durabilidad y estabilidad térmica. También son un componente clave en tecnologías que buscan hacer los productos más ligeros y pequeños. Por tanto, la base de la tecnología actual, de ahí su importancia.
Esto los hace indispensables e irremplazables en muchas aplicaciones eléctricas, ópticas, magnéticas y catalíticas, y dado que no son abundantes, esto ha llevado a conflictos, guerras, y tensiones entre países, como más adelante veremos. Bueno, aunque los elementos de tierras raras son relativamente abundantes en la corteza terrestre, debido a sus propiedades geoquímicas, suelen estar muy dispersos. Esto significa que no se encuentran a menudo en concentraciones que los hagan viables para la minería. Precisamente esa escasez lo que llevó a que se les llamara tierras raras.
Entre los 17 elementos de las REE se encuentran:
- Escandio (Sc)
- Itrio (Y)
- Lantano (La)
- Cerio (Ce)
- Praseodimio (Pr)
- Neodimio (Nd)
- Prometio (Pm)
- Samario (Sm)
- Europio (Eu)
- Gadolinio (Gd)
- Terbio (Tb)
- Disprosio (Dy)
- Holmio (Ho)
- Erbio (Er)
- Tulio
- Iterbio (Yb)
- Lutecio (Lu)
Propiedades de las tierras raras
En cuanto a las propiedades de las tierras raras, o mejor dicho de sus elementos, cabe destacar:
- Propiedades magnéticas: el neodimio, disprosio y samario son valorados por sus propiedades magnéticas. Pueden almacenar grandes cantidades de energía magnética, lo que los hace útiles en turbinas eólicas, motores eléctricos, sistemas de guía, altavoces y discos duros, etc.
- Propiedades luminiscentes: el europio, itrio, erbio y neodimio tienen propiedades luminiscentes, lo que significa que emiten luz cuando son estimulados por radiación electromagnética. Se utilizan en fuentes de luz eficientes, pantallas, amplificación de señales en líneas de fibra óptica y láseres.
- Propiedades eléctricas: el cerio, lantano, neodimio y praseodimio se utilizan en baterías de hidruro de níquel-metal (NiMH) debido a sus propiedades eléctricas. Proporcionan a la batería una mayor densidad de energía y una mejor capacidad de retención después de muchos ciclos de descarga-recarga.
- Propiedades catalíticas: el cerio y lantano se utilizan como catalizadores para reacciones químicas debido a su estructura electrónica. Son más abundantes y más baratos que otras tierras raras, lo que los convierte en la elección principal para aplicaciones catalíticas.
Historia
Las tierras raras están presentes desde la formación de la Tierra, sin embargo, no fueron descubiertas hasta el siglo XVIII por el teniente del ejército sueco Carl Axel Arrhenius. Y el aislamiento de los elementos de estas tierras es aún más reciente, algunos no llegarían hasta el siglo XX.
Durante los 160 años de descubrimiento (1787-1947), la separación y purificación de los elementos de tierras raras fue un proceso difícil y prolongado. Muchos científicos dedicaron toda su vida a obtener estos elementos puros. Finalmente, debido a que se encontró que los elementos de tierras raras eran productos de fisión de un átomo de uranio, la Comisión de Energía Atómica de EE. UU. hizo un gran esfuerzo para desarrollar nuevos métodos de separación. En 1947, se publicaron resultados que mostraban que los procesos de intercambio iónico ofrecían una mejor forma de separar las tierras raras para producir los elementos que se utilizan.
Los elementos de tierras raras, excepto el escandio, son más pesados que el hierro y se producen por nucleosíntesis de supernovas o por el proceso-s en estrellas de la rama asintótica gigante. En la naturaleza, la fisión espontánea del uranio-238 produce pequeñas cantidades de prometio radiactivo, pero la mayoría del prometio se produce sintéticamente en reactores nucleares.
Reservas mundiales de tierras raras
Las reservas más importantes de tierras raras en el mundo se encuentran en los siguientes países:
- China: posee las mayores reservas del mundo, con aproximadamente 44 millones de toneladas. Además, es el mayor productor de tierras raras.
- Vietnam: alberga enormes reservas de tierras raras, especialmente a lo largo de la frontera noroeste con China y a lo largo de la costa este, con 22 millones de toneladas.
- Brasil y Rusia: ambos países tienen reservas de 21MT.
- India: posee reservas de 6,9 millones de toneladas.
- Australia: tiene reservas de 4,2 millones de toneladas.
- Estados Unidos: sus reservas ascienden a 2,3 millones de toneladas.
- Groenlandia: se calcula en torno a 1,5MT.
Es importante mencionar que, aunque algunos países tienen grandes reservas, su producción puede ser baja debido a diversas razones…
¿Y Europa?
En Europa, las reservas de tierras raras son escasas, y se encuentran principalmente en los siguientes lugares:
- Suecia: se cree que tiene la mayor reserva de tierras raras de Europa. La empresa minera LKAB, administrada por el Estado sueco, ha identificado un yacimiento cerca de la ciudad de Kiruna, en el norte del país, que contiene más de un millón de toneladas de tierras raras.
- Finlandia y Portugal: también se han identificado sitios de explotación en estos países.
En cuanto a España, se sabe que existen reservas de tierras raras, aunque no se ha investigado a fondo. Por ejemplo, destacan el Campo de Montiel (Ciudad Real), Monte Galiñeiro (Pontevedra), y recientemente se está hablando mucho del fondo marino frente a las cosas de las Islas Canarias. Algunos de estos lugares no se han explotado aún, y no se saben las reservas que existen, en el caso de la reserva gallega, su explotación se desestimó por cuestiones medioambientales, y en el caso de Canarias, Marruecos mantiene tensiones por apoderarse de estas explotaciones…
Procesamiento y separación
Las tierras raras se obtienen principalmente a través de la minería industrial a cielo abierto., en algún caso la producción de tierras raras ocurre como un subproducto de la minería de hierro. Los minerales que contienen tierras raras se presentan como óxidos, por lo que se deben procesar para obtener los elementos:
- La extracción de tierras raras se produce en minas abiertas, mediante detonaciones y maquinaria pesada.
- Después de la extracción, el mineral se tritura o se muele para su correcto procesamiento.
- Para la separación de la mena en óxidos, se pueden usar métodos lixiviación, precipitación y cristalización.
- Mediante métodos físico-químicos, se realiza el refinamiento de óxidos de tierras raras en metales con diferentes niveles de pureza.
- Aleación de metales de tierras raras mediante procesos químicos.
- Transformación de aleaciones de tierras raras en componentes utilizados en aplicaciones comerciales.
Tipos de tierras raras
Antes de nada, hay que decir que existen tierras raras ligeras y tierras raras pesadas. Las ligeras, o LREE, son más abundantes, y se componen de lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio y escandio. En el caso de las pesadas, o HREE, no suelen ser tan abundantes, y tienen concentraciones de gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio e itrio.
Aplicaciones
Para finalizar, es importante conocer cuáles son las potenciales aplicaciones de las tierras raras para comprender su importancia actual:
- Catalizadores y imanes: a nivel global, la mayoría de los elementos de tierras raras se utilizan para catalizadores e imanes de alto rendimiento (neodimio), así como la creación de materiales cerámicos especiales, vidrios y para el pulido. Por ejemplo, el cerio y lantano son importantes catalizadores, y se usan en la refinería de petróleo y como aditivos para el diésel. Por otro lado, cuando hablamos de imanes, no solo nos referimos a imanes convencionales, sino que éstos se emplean para aplicaciones como los motores eléctricos de vehículos híbridos y eléctricos, generadores en algunas turbinas eólicas, discos duros, electrónica portátil, micrófonos y altavoces.
- Fabricación de aleaciones y producción de celdas de combustible y baterías de hidruro de níquel-metal: cerio, lantano y neodimio son importantes en la fabricación de aleaciones y en la producción de celdas de combustible y baterías de hidruro de níquel-metal.
- Electrónica: cerio, galio y neodimio son importantes en la electrónica y se utilizan en la producción de pantallas LCD y de plasma, fibra óptica y láseres, y en la imagenología médica.
- Aplicaciones médicas, fertilizantes y tratamiento de agua: se utilizan como trazadores en aplicaciones médicas, fertilizantes y en el tratamiento del agua.
- Agricultura: se han utilizado en la agricultura para aumentar el crecimiento de las plantas, la productividad y la resistencia al estrés aparentemente sin efectos negativos para el consumo humano y animal. Además, los elementos de tierras raras son aditivos para la alimentación del ganado, lo que ha resultado en una mayor producción, como animales más grandes y una mayor producción de huevos y productos lácteos.
- Más: los usos son muy extensos, por ejemplo, se pueden usar también para datación de fósiles, ya que las concentraciones de tierras raras en rocas solo cambian lentamente por procesos geoquímicos, y esto lo hace útiles para la datación. Otros ejemplos son:
- Escandio se emplea para fabricar luces de alta intensidad y como agente de rastreo para las refinerías de petróleo.
- Itrio se puede agregar a multitud de aleaciones metálicas para mejorar sus propiedades.
- Lantano se usa como catalizador de craqueo de petróleo y como aditivo para fabricar hierro fundido nodular.
- Cerio se puede emplear en diversas industrias, desde catalizadores para reducir la contaminación, hasta escapes de vehículos, para productos de limpieza y pigmentos.
- Praseodimio se puede alear con otros metales para crear imanes para dispositivos electrónicos, aunque también como catalizador.
- Neodimio es muy utilizado para fabricar imanes muy potentes, con aplicaciones como en la industria de los motores eléctricos, aunque también se emplea para cámaras fotográficas, óptica con láseres, etc.
- Prometio es empleado por medidores de espesor como fuente beta, también como batería de compulsión, se puede convertir en una fuente de rayos X portátiles, etc.
- Samario también se usa para fabricación de imanes permanentes de alta potencia, para lentes especiales, y materiales absorbentes de neutrones para reactores nucleares.
- Europio el metal más reactivo de las tierras raras, y no es frecuente en aplicaciones prácticas.
- Gadolinio se usa en medicina, para imágenes de resonancia magnética, así como en microondas, televisores a color, amplificadores, y sistemas de audio profesional.
- Terbio se usa para adulterar ciertos componentes, para elaborar dispositivos electrónicos, etc.
- Disprosio es empleado en aleaciones de imanes a base de neodimio para hacerlo más resistente a la desmagnetización a altas temperaturas. También se emplea en lámparas de descarga de haluro.
- Holmio para dispositivos electrónicos, pantallas de plasma, lámparas de mercurio, etc.
- Herbio empleado para aleaciones, amplificadores electrónicos, láseres, etc.
- Tulio se emplea para unidades de rayos X, láseres de alto alcance, materiales cerámico-magnéticos, etc.
- Iterbio, común en la industria de la metalurgia para aleaciones con hierro y acero, catalizadores, láseres, y fibra óptica. También en medicina nuclear para tratar ciertas enfermedades y la radioterapia.
- Lutecio, usado como catalizador en el craqueo de hidrocarburos en la industria petroquímica, terapia contra el cáncer, etc.
Como ves, fundamentales para la industria de la electrónica, especialmente para fabricar condensadores cerámicos que los encontrarás en multitud de PCBs…