¿Qué son los metales de las tierras raras? ¿Para qué se utilizan?

Al profundizar en El en tecnología metales En la actualidad, lo más probable es que se encuentre con metales de tierras raras, elementos de tierras raras, óxidos de tierras raras y metales raros.

¿Qué significan?

¿Qué son y por qué son importantes?

¿Cómo las utilizamos?

Como sugiere el término "metales tecnológicos", son minerales estratégicos que son fundamentales para la sociedad moderna y el avance de la tecnología. Son elementos cruciales para todo lo relacionado con la defensa, el aire y el espacio, y el ejército. Además, su uso se extiende a las tecnologías de energía limpia e incluso a la electrónica doméstica y personal.

En esta guía, cubriremos los importantes metales de las tierras raras, cómo se extraen y por qué están en el centro de 21 tecnología del siglo XXI.

¿Qué son los metales de las tierras raras?

Los metales de tierras raras (REM), los elementos de tierras raras (REE) y los óxidos de tierras raras (REO) son términos que designan 17 elementos de la tabla periódica.

  • Cerio
  • Disprosio
  • Erbium
  • Europium
  • Gadolinio
  • PvP
  • Lantano
  • Lutecio
  • Neodimio
  • Praseodimio
  • Promethium
  • Samario
  • Escandio
  • Terbio
  • Thulium
  • Ytterbium
  • Yttrium

Estos elementos se conocen como lantánidos. A pesar de su denominación de "raras", no lo son tanto como su nombre indica. Se encuentran en abundancia en todo el mundo y la mayor concentración se encuentra en China, que es el principal productor de REM. Hace millones de años, se formaron en el manto terrestre y han sido empujados a la corteza terrestre debido a la actividad tectónica, donde la meteorización ha seguido dispersando ampliamente estos metales.

Los REM se dividen a su vez en categorías pesadas y ligeras, en las que los elementos de tierras raras pesadas (THREE) se consideran más valiosos que los elementos de tierras raras ligeras (LREE). Ambos tipos de lantánidos no son radiactivos y son muy deseados para muchas tecnologías de energía limpia, ingeniería y fabricación.

¿Por qué son raros los metales de las tierras raras?

Aunque pueden encontrarse en concentraciones superiores a las de otros metales, incluso el oro y la plata, su ubicación dispersa hace que su extracción no sea rentable, salvo en unas pocas zonas viables de minería y refinado en el mundo. Algunos países también restringen la extracción de MRE debido a las normas medioambientales. La mayoría de los grupos de MRE se encuentran juntos o en proximidad. Se unen químicamente entre sí y a elementos no metálicos. Así que, aparte de la dificultad de poder encontrar fuentes viables de MRE, también es un proceso muy costoso y químicamente desafiante separar las MRE individuales.

Minería de metales de tierras raras

Debes localizar con éxito las REMs para determinar su viabilidad como fuente que merezca ser explotada. A diferencia de otros metales que suelen encontrarse en yacimientos y vetas que pueden explotarse económicamente, los elementos terrestres suelen encontrarse en rocas alcalinas e ígneas y no se detectan mediante detectores de metales . Los REM, como el europio, el terbio y el itrio, pueden encontrarse en el fondo del océano. Un nuevo sensor basado en proteínas puede ser capaz de unirse a los REMs y cambiará su fluorescencia en caso de detección positiva. Esta tecnología se utiliza a menudo para encontrar y unirse al calcio, pero los investigadores han descubierto que es extremadamente eficaz para unirse a los lantánidos cuando una parte del sensor se intercambia con una proteína en su lugar. Esta puede ser la clave para localizar fuentes concentradas de MRE en un futuro próximo.

Una vez que se encuentra una fuente económicamente viable y de alta concentración, el primer paso es crear trozos concentrados a partir de su forma bruta mediante procedimientos mineros estándar que incluyen la trituración y el lavado. Cuando se ha formado un concentrado, se lleva a cabo el proceso de desafío químico para intentar separar las MRE individuales. Este proceso puede incluir la lixiviación, la precipitación, la disolución y varios otros métodos de purificación específicamente diseñados para elementos terrestres individuales.

Según el tipo de elemento, durante el proceso de extracción pueden incorporarse diversos materiales, como ácidos y productos químicos radiactivos, y puede repetirse de varias a cientos de veces. Estos procesos producen residuos tóxicos y es parte del reto que supone la producción de REM.

Usos de los metales de las tierras raras

A diferencia de los metales menores, que experimentaron un rápido auge después de la Segunda Guerra Mundial, los MRE no tenían un papel tan importante antes de 1965, aunque se producían cantidades menores. Quizá recuerde cuando aparecieron en el mercado los primeros televisores en color, y puede agradecérselo a Europium. Este descubrimiento situó a Estados Unidos a la cabeza de la producción de REM. En los años 80, China se puso al día y empezó a producir cantidades masivas de MRE y se convirtió en el mayor productor del mundo.

Rare Earth Production Graphic

Desde entonces, múltiples países y organismos gubernamentales han reconocido la importancia de los elementos terrestres y han comenzado a almacenar reservas y a incorporarlos en casi todos los aspectos de la defensa, la industria, la aviación, la electrónica de consumo y mucho más.

China tenía los precios más bajos para las MRE, lo que obligó a las minas competidoras de todo el mundo a detener la producción. En su momento, esto llevó a China a restringir las exportaciones de MRE, lo que provocó una importante subida del precio de los materiales. Esto obligó a Estados Unidos a averiguar cómo consumir menos MRE, encontrar sustituciones alternativas y producir productos que no los requieran.

Mientras que los Estados pueden haber reducido el consumo de MRE, China y Australia han seguido aumentando su producción de productos elaborados con MRE, lo que ha provocado un aumento del consumo y, en consecuencia, de la demanda.

Rare Earth Oxide Production by Country
Crédito de la imagen: Geología.com

Entonces, ¿qué tecnologías utilizan actualmente los metales terrestres?

Tierras raras en usos militares y de defensa nacional

Las tierras raras son esenciales para múltiples sectores de la defensa. Accionamientos de lantano tecnología de visión nocturna en las gafas y el equipo asociado. El neodimio alimenta los telémetros láser utilizados en deportes como la caza y el golf, pero también para aplicaciones militares de munición guiada de precisión en las que el praseodimio es esencial. Las mismas tierras raras se utilizan también para los sistemas de comunicación y orientación. El samario también se incorpora a las armas guiadas de precisión.

Las combinaciones químicas de REM pueden utilizarse como imanes resistentes a la temperatura que tienen un gran papel en la aviación. Ejemplos como los imanes de samario-cobalto y neodimio-hierro-boro se utilizan en los actuadores de las aletas de los sistemas de guía y control de vuelo de misiles y como componentes en la innovación informática militar.

Los REM también se utilizan para producir blindajes, proyectiles perforantes, bombas inteligentes, aviones de combate, guerra electrónica, comunicaciones por satélite, radares, sonares, ópticas y mucho más.

Estados Unidos es el uso de los REM en la defensa nacional ha adquirido más interés en los últimos años, ya que 2019 ha marcado el financiación de las tierras raras a escala comercial producción por parte de las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos. Los recursos propios del país y las asociaciones con los países aliados ayudarán a satisfacer la la demanda de los militares de los REM.

Las tierras raras en la industria del automóvil

Los REM y sus aleaciones se utilizan en múltiples áreas de la industria del automóvil, como los catalizadores, las baterías y los motores de propulsión.

Rare Earth Metals in the Automotive Industry
Crédito de la imagen: Molycorp

Como se puede ver, hay un uso diverso de los REM en los componentes de automoción. El cerio se utiliza para pulir el vidrio y los espejos, mientras que el neodimio modifica las propiedades de transmisión de la luz de los cristales de los faros. Las baterías híbridas utilizan cerio y lantano, mientras que los motores y generadores eléctricos pueden incorporar una variedad de REM como el neodimio, el praseodimio, el disprosio y el terbio. Las tierras raras también se utilizan como refinador en el gas utilizado como combustible en los motores de combustión interna.

Los imanes de tierras raras, como el de neodimio-hierro-boro, se utilizan en los sensores, e incluso los imanes de ferrita contienen pequeñas cantidades de tierras raras y metales menores como el lantano y el cobalto para mejorar el rendimiento del imán hasta en un 25%. La navegación por GPS, las pantallas táctiles, los elevalunas y todos los artilugios de alta tecnología de los vehículos nuevos tendrán, al menos, alguna aportación de REM en su fabricación.

Mientras que algunas marcas de lujo haciendo el cambio a los imanes permanentes de tierras raras como Tesla, Toyota ha "idear una tecnología que ayude a conservar las reservas de neodimio". Al alejarse del neodimio, están consumiendo los suministros de cerio y lantano, más baratos y fáciles de conseguir.

Las tierras raras en la industria de las energías alternativas

Las tierras raras desempeñan un papel progresivo en el movimiento de las energías limpias y renovables, ya que los gobiernos buscan formas de alejarse de los combustibles fósiles. Sin embargo, una preocupación importante y legítima son las bajísimas tasas de reciclaje de los REM, mientras que algunos no se reciclan en absoluto. El uso de las MRE como energía renovable está íntimamente relacionado con la disminución de los suministros y los retos de la minería y el refinado.

En el gráfico siguiente, podemos ver cómo la demanda de REM en las tecnologías solar y de turbinas eólicas crecerá entre 2020 y 2050, y este gráfico no tiene en cuenta las necesidades de REM en todas las demás tecnologías críticas, como la militar, la de automoción y la de consumo.

Demand for Rare Earth Metals in the Alternative Energy Industry
Crédito de la imagen: Metabolic.nl

Los mismos imanes de neodimio-hierro-boro que vemos en los vehículos eléctricos y las aplicaciones militares son también los mismos imanes que se utilizan en los generadores de las turbinas eólicas. Aunque el neodimio se utiliza en gran medida en las turbinas eólicas terrestres y marinas, también se necesitan otras tierras raras como el disprosio, el praseodimio y el terbio, así como otros metales críticos como la plata, el indio y el telurio; el boro, el selenio y el cadmio para alimentar los paneles solares.

Tierras raras en la electrónica de consumo

Casi todo el mundo ha estado en contacto con los REM, quizás, sin saberlo. El sector de la electrónica sigue consumiendo MRE para múltiples productos, pero el ciudadano medio probablemente asocie su uso a los dispositivos electrónicos modernos.

El dispositivo electrónico más conocido es probablemente el teléfono móvil. Se estima que más de cinco mil millones de personas propios dispositivos móviles, y qué tierras raras hay en un smartphone? Neodimio, Disprosio, Gadolinio, Lantano, Praseodimio y Terbio. Se encuentran en las pantallas, baterías y otros componentes de dispositivos personales en miniatura, como tabletas y ordenadores portátiles. También se utilizan para el GPS, la amplificación de señales y los cables de fibra óptica.

Los REM se utilizan en los discos duros, en los cines, en las lentes de las cámaras, en la amplificación del sonido, en las pantallas planas y en las tecnologías de grabación magneto-óptica.

Tierras raras en otros campos

Las industrias manufacturera, sanitaria y de comunicaciones avanzadas también dependen de las MRE. Proporcionan múltiples beneficios para los satélites y los sistemas de comunicaciones basados en el espacio, así como para las aplicaciones médicas que incluyen resonancias magnéticas, rayos X, láseres, radioterapia de neutrones y diversos tratamientos farmacológicos.

¿Se agotarán los metales de las tierras raras en el mundo?

Aunque el suministro y la producción mundial de MRE dependen en gran medida de las prácticas políticas, todos los gobiernos y las potencias mundiales están de acuerdo en que es fundamental aumentar el suministro. El reto consiste en crear una oferta que se ajuste al ritmo creciente de la demanda mundial.

Con los recursos no descubiertos y las reservas mundiales, las materias primas existen en una oferta que podía satisfacer el aumento de la demanda, pero la extracción y la economía que conlleva son los principales factores de la lentitud de la producción, y eso sin mencionar la ubicación de las materias primas, que es más estratégica para algunos países que para otros.

¿Qué hacer ahora? Hay muchas opiniones que van desde la búsqueda de sustitutos hasta el reciclaje y la reutilización de las tierras raras y la mejora de las tecnologías que actualmente utilizan las MRE.

La carrera está en marcha

Con la creciente anticipación y conciencia de estos valiosos y críticos elementos, las organizaciones del futuro pueden esperar avances en la tecnología que sin duda cambiarán la forma en que defendemos nuestros países, avanzamos con la energía limpia e interactuamos con los dispositivos personales en el día a día.

Entre Estados Unidos, Australia y los nuevos yacimientos descubiertos cerca de Japón que los sitúan en el mapa, (los principales países que tienen la mayor cantidad de reservas de REM o su potencial) existe la posibilidad de desarrollar por fin estos recursos de forma que compitan con China. La carrera está en marcha.