“Si alguna vez has usado un teléfono inteligente, conducido un vehículo eléctrico, te has puesto auriculares o has encendido una luz LED, es probable que te hayas topado con tierras raras.” Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, TU Darmstadt
Ciertos elementos químicos son denominados como Minerales Estratégicos, Minerales (y/o Materiales) Críticos o finalmente Materias Primas Críticas ya que son esenciales para el desarrollo de determinados sectores económicos- industriales y no está garantizado su suministro de manera sostenible.
La Unión Europea realiza en forma permanente un análisis para determinar si una materia prima es fundamental y/o estratégica (sin considerar la energía y los productos agrícolas) basándose en los siguientes parámetros:
- Importancia Económica: en términos de usos final y/o la participación como valor agregado en sus manufacturas, a su vez corregida por un índice de posible sustitución por mejora del rendimiento técnico junto con el coste del producto sustituto
- Riesgo de suministro o de interrupción del suministro por la concentración en pocos países de la oferta mundial, la gobernanza de las regiones (que incluyen los cambios políticos) y la fiabilidad de las importaciones (legislación respectiva)
- Posibilidad de sustitución basada en la fase de la cadena de valor que presenta mayores riesgos de cuello de botella para la UE, una vez consideradas las alternativas y el reciclaje.
La Unión Europea analizo 83 Materiales determinando cuales son las materias Primas Criticas Estratégicas CMRE para el desempeño de su sector industrial *
Se aprecia para el caso de las Tierras Raras (REEs: Rare Earths Elements) el alto interés económico (EI) para su sector industrial de bienes y servicios y la enorme dependencia (IR) de la República Popular de China para su abastecimiento tanto en materias primas extraídas, así como procesadas ya que importa casi el 100 % de su consumo. Existe una dependencia similar de la Comunidad Europea en los metales del grupo del platino respecto de Sudáfrica.
Las Tierras Raras constituyen un Subgrupo de los Materiales Estratégicos en la Economía Mundial para la fabricación de los productos tecnológicos.
TIERRAS RARAS
«Oriente Medio tiene petróleo y China tiene tierras raras». Deng Xiaoping 1992.
La diferencia fundamental entre las tierras raras y los minerales estratégicos radica en su criticidad y aplicabilidad. Mientras los minerales estratégicos incluyen una gama más amplia de recursos esenciales para la economía y defensa nacional (como el litio, el cobalto o el grafito), las tierras raras representan un subconjunto específico cuya singularidad química los hace insustituibles en tecnologías clave.
Los elementos de Tierras Raras (REE ) son un grupo de 17 elementos, que comprende al escandio (Sc), itrio (Y) y los 15 lantánidos (elementos 57-71), según la definición de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, 2005)
Si bien existe una cantidad significativa de yacimientos de minerales de tierras raras en todo el mundo, la producción a lo largo de toda la cadena de valor está fuertemente concentrada en China. Esto incluye la minería, la concentración, la extracción, la separación, la fabricación de metales y aleaciones, la fabricación de imanes y el reciclaje
La producción minera mundial se estima en 280.000 toneladas equivalentes de óxidos en 2021, un aumento significativo en comparación con 2020 (240.000 toneladas). La producción de óxidos (REO Rare Earth Oxides) en China se estimó en 168.000 toneladas (USGS, 2022). China proporcionó alrededor del 68 % de la producción primaria mundial de REE en 2020 y el 90 % de su procesamiento.
Las tierras raras son consideradas como materias primas, pero en realidad son compuestos químicos específicos para cada cliente, producidos según especificaciones químicas y físicas precisas. El mercado de tierras raras es un mercado especializado, caracterizado por el comercio entre empresas (business-to-business) en lugar del comercio en mercados de metales ( no cotizan en la Bolsa de metales), de tal manera que se trata de un mercado volátil con alta incertidumbre, manipulación del mercado y falta de transparencia en la cadena de suministro.
TIERRAS RARAS MAGNETICAS Nd, Pr, Tb, Dy
Los imanes permanentes basados en el Neodimio («imanes Nd») ofrecen un rendimiento superior a otros magnetos, ya que son más ligeros y resistentes, y tienen la capacidad de ser diseñados en cualquier forma o tamaño, con la incorporación de Disprosio y Terbio ofrecen un mayor rendimiento operativo para funcionar a temperaturas más elevadas hasta 240°C sin perder sus propiedades magnéticas, frente a los 60°C de los imanes tradicionales sin tierras raras
El uso principal de estas tierras raras son las turbinas eólicas y motores de vehículos eléctricos. Otros usos: Unidades de disco duro de computadora, Altavoces y auriculares, Dispositivos biomédicos, Juguetes e imanes y también la Joyería
Neodymiun Oxide 250 U$s/Kg (2011) / 100 U$s/Kg (2021)
Praseodymiun Oxide 200 U$s/Kg (2011) / 100 U$s/Kg (2021)
Terbyum Oxide 2500 U$s/Kg (2011) / 1300 U$s/Kg (2021)
Dysprosium Oxide 2000 U$s/Kg (2011) / 400 U$s/Kg (2021)
CMEE Factsheets Rare Earth ´European Commission.
TIERRAS RARAS PESADAS Y, Eu, Er, Ho, Lu, Gd, Tm
El uso de holmio, tulio, iterbio y lutecio se utilizan en aplicaciones específicas, principalmente relacionadas con sus propiedades ópticas como dopantes láser, fibra óptica, radiografía y otras
La mayor parte del erbio se utiliza en vidrio para aplicaciones ópticas (74%) por sus propiedades de fluorescencia óptica particularmente útiles en ciertas aplicaciones láser. Otros usos del erbio incluyen la industria nuclear (barras de control que absorben neutrones) y la metalurgia (aditivo metalúrgico, aleación de erbio-níquel) y usos ópticos se relacionan
El europio se utiliza a nivel mundial (y en la UE) casi exclusivamente en aplicaciones de iluminación, también se puede utilizar en barras de control para reactores nucleares debido a su propiedad de absorción de neutrones.
El gadolinio se utiliza en aplicaciones de microondas, su oxido como luminóforo y proporciona el color verde a los tubos de televisión y oxisulfuros se utilizan para producir fósforo verde para pantallas luminiscentes (radar).
TIERRAS RARAS LIGERAS Ce, La, Sm
Los usos principales de los compuestos de Cerio son el pulido, la metalurgia, craqueo de fluidos, los catalizadores, en súper aleaciones por su resistencia a la oxidación en altas temperaturas, la decoloración y pulido del vidrio.
Los compuestos de Lantano se utilizan para producir cátodos de alta calidad, en vidrios con alto índice de refracción para lentes de cámaras, en el campo de la medicina bisturís y aparatos quirúrgicos resistentes a la corrosión y fácilmente esterilizables.
La principal aplicación del samario son los imanes permanentes con una mayor resistencia a la des magnetización, ya que son estables a temperaturas superiores a 700 °. Estos imanes se encuentran en pequeños motores, auriculares y pastillas magnéticas de alta gama para guitarras e instrumentos musicales similares.
APLICACIONES FUTURAS
La investigación científica apunta hacia aplicaciones aún más transformadoras:
- Computación Cuántica: El europio y otros lantánidos están siendo investigados como posibles qubits para computación cuántica, debido a sus propiedades de espín electrónico únicas (Müller et al., 2020).
- Tecnologías Médicas Avanzadas: Las nano partículas de tierras raras están mostrando potencial en terapia fotodinámica contra el cáncer y en sistemas de administración dirigida de fármacos. (Idris et al., 2012).
- Almacenamiento de Energía: Investigaciones recientes exploran el uso de cerio y lantano para mejorar la eficiencia y durabilidad de baterías de estado sólido, prometiendo una nueva generación de almacenamiento energético (Huggins, 2016).
DESAFÍOS y FUTURO SOSTENIBLE
«China ha establecido una Zona de Sacrificio para extraer y procesar tierras raras de forma relativamente económica con subvenciones a costa de un enorme impacto ambiental negativo en términos ecológico y social». Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, TU Darmstadt
La extracción de tierras raras presenta importantes desafíos ambientales debido a los procesos químicos intensivos, el consumo excesivo de agua, las aguas acidas residuales, los polvos en el ambiente por las voladuras de rocas y en algunos casos la generación de residuos radiactivos (ya que algunos minerales contienen torio y uranio).
La investigación actual se centra en desarrollar métodos de extracción más limpios, mejorar el reciclaje (actualmente inferior al 1% para la mayoría de las tierras raras), y encontrar materiales alternativos.
El futuro tecnológico de la humanidad está, literalmente, escrito en estos elementos. Su gestión responsable y distribución equitativa determinarán no solo el ritmo de la innovación, sino también la geopolítica del siglo XXI. Como sociedad, enfrentamos el doble desafío de aprovechar sus extraordinarias propiedades mientras desarrollamos ciclos de vida más sostenibles para estos elementos fantasma que, aunque invisibles al ojo humano, iluminan nuestro mundo moderno
REFERENCIAS
- Binnemans, K., et al. (2013). «Recycling of rare earths: a critical review.» Journal of Cleaner Production.
- Graedel, T.E., et al. (2015). «Criticality of metals and metalloids.» Proceedings of the National Academy of Sciences.
- Haque, N., et al. (2014).»Rare earth elements: Overview of mining, mineralogy, uses, sustainability and environmental impact.» Resources.
- Huggins, R.A. (2016). Advanced Batteries: Materials Science Aspects.
- Idris, N.M., et al. (2012). «Revisiting the classification of NIR-absorbing/emitting nanomaterials for in vivo bioapplications.» NPG Asia Materials.
- Lucas, J., et al. (2015). «Rare earth elements in renewable energy technologies.» Procedia Engineering.
- Müller, C., et al. (2020). «Rare-earth qubits for quantum computing.» Nature Materials. “Entrevista con el Prof. Dr. Oliver Gutfleisch, TU Darmstadt” IRTC Mesa Redonda Internacional sobre Criticidad de Materiales
