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

Explicación de que son los metales de tierras raras y para qué se utilizan

Cuando se profundiza en la tecnología de los metales, es muy probable que se encuentren 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 los usamos?

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

En esta guía, cubriremos los principales metales de la tierra, cómo se extraen y por qué están en el centro de la tecnología del siglo XXI.

 

¿Qué son los metales de las Tierras Raras?

Metales de tierras raras (REM), elementos de tierras raras (REE) y óxidos de tierras raras (REO) son términos para 17 elementos de la tabla periódica.

  • Cerio
  • Disprosio
  • Erbio
  • Europio
  • Gadolinio
  • Holmio
  • Lantano
  • Lutecio
  • Neodimio
  • Praseodimio
  • Prometeo
  • Samario
  • Escandinavia
  • Terbio
  • Tulio
  • Ytterbium
  • Yttrio

Estos elementos son conocidos como aslantánidos. A pesar de su designación de «raro», no son tan raros como su nombre sugiere. Se encuentran en abundancia en todo el mundo, con la mayoría de las concentraciones 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, en la que la meteorización ha seguido dispersando ampliamente estos metales.

Los REM se desglosan además en categorías pesadas y ligeras, en las que los elementos pesados de tierras raras (HREE) se consideran más valiosos que los elementos ligeros de tierras raras (LREE). Ambos tipos de lantánidos no son radioactivos, y son muy deseados para muchas tecnologías de energía limpia, ingeniería y fabricación.

¿Por qué los metales de la Tierra son raros?

Aunque se pueden encontrar inconcentraciones más altas que las de otros metales, incluso el oro y la plata, sus localizaciones de dispersión hacen que no sea económico extraerlos y extraerlos salvo en unas pocas zonas mineras y de refinado viables en el mundo. Algunos países también restringen la extracción de REM debido a las normas ambientales. La mayoría de los grupos de REM se encuentran juntos o en proximidad. Se unen químicamente entre sí y a elementos no metálicos. Así que, aparte de la dificultad de encontrar fuentes viables de MOR, también es un proceso muy costoso y químicamente difícil separar los MOR individuales.

Minería de metales en tierras raras

Debe localizar con éxito los REM para determinar su viabilidad como fuente digna de ser explotada. A diferencia de otros metales que suelen encontrarse en los depósitos y vetas de minerales que pueden extraerse de manera económica, 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 Yttrio pueden encontrarse en el fondo del océano. Un nuevo sensor basado en proteínas puede ser capaz de unirse a los REM y cambiará su fluorescencia al ser detectado positivamente. 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 REM 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 utilizando procedimientos mineros estándar que incluyen la trituración y la depuración. Cuando se ha formado un concentrado, se lleva a cabo el proceso de desafío químico para intentar separar los REM individuales. Este proceso puede incluir lixiviación, precipitación, disolución y varios otros métodos de purificación diseñados específicamente para elementos individuales de la tierra.

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 desechos tóxicos y es parte del desafío en la producción de REM.

Usos de metales en las Tierras Raras

A diferencia de los metales menores que tuvieron un rápido auge en la Segunda Guerra Mundial, los MOR no tuvieron un papel tan importante antes de 1965, aunque se produjeron cantidades menores. Tal vez recuerden cuando aparecieron los primeros televisores a color en el mercado, y pueden agradecer a Europio por ello. Este descubrimiento puso a los Estados Unidos en la cima de la producción de REM. En los años 80, China se dio cuenta y comenzó a producir cantidades masivas de REM y se convirtió en el mayor productor del mundo.

Desde entonces, múltiples países y agencias gubernamentales han reconocido la importancia de los elementos de la tierra y han comenzado a acumular 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 los REM, lo que obligó a las minas competidoras de todo el mundo a detener la producción. En ese momento, esto llevó en última instancia a China a restringir las exportaciones de REM, lo que condujo a un aumento significativo del precio de los materiales. Esto obligó a los Estados Unidos a averiguar cómo consumir menos REM, encontrar sustituciones alternativas y producir productos que no los requieran.

Si bien es posible que los Estados hayan reducido el consumo de REM, China y Australia han seguido aumentando su producción de productos elaborados con REM, lo que ha provocado un aumento del consumo y, por consiguiente, de la demanda de éstos.

Entonces, ¿qué tecnologías utilizan actualmente los metales terrestres?

Tierras raras en el ejército y Usos de la defensa nacional

Las tierras raras son esenciales para múltiples sectores de defensa. El lantano impulsa la tecnología de visión nocturna en gafas y equipos asociados. El neodimio impulsa telémetros láser utilizados en deportes como la caza y el golf, pero también para aplicaciones de municiones militares de precisión en las que el praseodimio es esencial. Las mismas tierras raras también se utilizan para las comunicaciones y los sistemas de guía. El samario también está incorporado en las armas guiadas de precisión.

Las combinaciones químicas 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 actuadores de aletas para sistemas de guía y control de vuelo de misiles y como componentes en la innovación militar impulsada por computadora.

Los REM también se utilizan para producir armaduras, proyectiles perforadores de armaduras, bombas inteligentes, aviones de combate, guerra electrónica, comunicaciones por satélite, radar, sonar, óptica y mucho más.

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

Tierras raras en la industria automotriz

Los REM y sus aleaciones se utilizan en múltiples áreas de la industria automovilística: catalizadores, baterías y motores de tracción.

Como pueden ver, hay un uso diverso de los REM en los componentes de automoción. El cerio se usa para pulir el vidrio y los espejos mientras que el neodimio modifica las propiedades de transmisión de la luz del vidrio de los faros. Las baterías híbridas usan Cerio y Lantano mientras que los motores y generadores eléctricos pueden incorporar una variedad de REMs como Neodimio, Praseodimio, Disprosio y Terbio. Las tierras raras también se utilizan como refinador en el gas utilizado para alimentar 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 de los imanes hasta en un 25%. La navegación GPS, las pantallas táctiles, los elevalunas eléctricos y todos los aparatos de alta tecnología de los nuevos vehículos tendrán al menos alguna contribución de los REM en su fabricación.

Mientras que algunas marcas de lujo están haciendo el cambio a imanes permanentes de tierras raras como Tesla, Toyota ha «creado una tecnología que ayudaría a conservar las reservas de neodimio». Al alejarse del neodimio, están consumiendo los suministros de cerio y lantano más baratos y más fácilmente disponibles.

Tierras raras en la industria de la energía alternativa

Las tierras raras juegan un papel progresivo en el movimiento de la energía limpia y renovable mientras los gobiernos buscan formas de alejarse de los combustibles fósiles. Sin embargo, una preocupación importante y legítima son las muy bajas tasas de reciclaje de las REM, mientras que algunas no se reciclan en absoluto. Los paralelismos del uso de los REM como energía renovable están íntimamente entrelazados con la disminución de los suministros y los desafíos de la minería y la refinación.

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

Los mismos imanes de neodimio-hierro-boro que vemos en los vehículos eléctricos y en las aplicaciones militares son también los mismos imanes que se utilizan en los generadores de las turbinas eólicas. Mientras que el Neodimio se utiliza en gran medida en turbinas eólicas marinas y terrestres, otras tierras raras como el Disprosio, el Praseodimio y el Terbio y otros metales críticos como la Plata, el Indio y el Telurio; el Boro, el Selenio y el Cadmio también son necesarios para alimentar los paneles solares.

Tierras raras en la electrónica de consumo

Casi todo el mundo ha entrado en contacto con los REM, tal vez, sin siquiera saberlo. El sector de la electrónica sigue consumiendo REM para múltiples productos, pero es probable que la persona promedio asocie su uso con los dispositivos electrónicos modernos.

El dispositivo electrónico más fiable es probablemente el teléfono móvil. Se estima que más de 5.000 millones de personas poseen dispositivos móviles, y ¿qué tierras raras hay en un teléfono inteligente? Neodimio, Disprosio, Gadolinio, Lantano, Praseodimio y Terbio. Se encuentran en las pantallas, baterías y otros componentes de los dispositivos personales en miniatura, como tabletas y ordenadores portátiles. También se usan para GPS, amplificación de señales y 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 manufactureras, de salud y de comunicaciones avanzadas también dependen de los REM. Ofrecen múltiples beneficios para los satélites y los sistemas de comunicaciones basados en el espacio y para las aplicaciones médicas que incluyen resonancias magnéticas, rayos X, rayos láser, radioterapia de neutrones y diversos tratamientos con medicamentos.

¿Se agotarán los metales raros de la Tierra?

Si bien el suministro y la producción mundial de MRE depende en gran medida de las prácticas políticas, todos los gobiernos y las potencias mundiales coinciden en que es fundamental aumentar el suministro. El desafío consiste en construir una oferta a un ritmo que se corresponda con el aumento de la demanda mundial.

Con recursos no descubiertos y reservas mundiales, las materias primas existen en una oferta que podría satisfacer el aumento de la demanda, pero la extracción y la economía implicadas son los principales factores de la lentitud de la producción y eso sin mencionar la ubicación de las REM, 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 tierras raras y la mejora de las tecnologías que actualmente utilizan los REM.

La carrera está en marcha

Con la creciente anticipación y conciencia de estos elementos valiosos y críticos, las organizaciones futuras 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 a diario.

Entre los Estados Unidos, Australia y los depósitos recién descubiertos cerca de Japón que los pone en el mapa, (los principales países que tienen la mayor cantidad o potencial de reservas REM) existe la posibilidad de desarrollar finalmente estos recursos de una manera que compita con China. La carrera está en marcha.

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