Tierras raras

Tierras raras
Síntesis elaborada por Lilly Soto Vásquez
Recuperado de http://enlacemineria.blogspot.com/2014/04/los-
metales-de-tierras-raras-el-nuevo.html
1

HISTORIA DE LAS TIERRAS RARAS

 El descubrimiento de la primera tierra rara se produjo en 1787 por el
lugarteniente de artillería sueco C.A. Arrhenius. El halló un feldespato en
Ytterby, pequeño pueblo situado a 30 Kms de Estocolmo y lo llamó
Ytterbita (Galonita, actualmente). En su composición se halló un nuevo
mineral que fue bautizado como Itrio. A lo largo del siglo XIX y comienzos
del XX se descubren todas las demás tierras raras. En la segunda mitad del
siglo XX se logran aislar todos sus elementos a nivel industrial y se inicia su
incorporación a diferentes productos comerciales.
3

En general, podemos clasificar la historia de
las Tierras Raras en tres etapas:
 1. Etapa Inicial (1787-1950). Se descubre el Itrio por Gadolin y,
posteriormente, todas las demás tierras raras a excepción del Prometio.
Hallazgos importantes: el ferromagnetismo del Gadolinio (Gd) y la
superconductividad del Lantano (La). Termina cuando se consigue obtener
industrialmente elementos de las tierras raras con gran pureza.
 2. Etapa de Desarrollo (1950-1970). Los métodos para obtener metales en
estado puro sufren una evolución constante. Se descubre el efecto láser y se
dan las primeras aplicaciones en magnetismo, óptica, pigmentos, etc.
 3. Etapa de Oro (1970 a la fecha). Las tierras raras se incorporan a muchos
de los materiales que utilizamos en la vida cotidiana. Se descubren nuevas
propiedades como absorción de grandes cantidades de hidrógeno, de imanes
permanentes, de superconductores de alta temperatura, magnetoresistencia,
de iridiscencia, etc.
4

Tierras raras. Definición
 Se conoce mundialmente como tierras raras, también
llamados metales especiales, al conjunto de 17
elementos químicos metálicos: el Escandio (número
atómico 21), el Itrio (número atómico 39) y el llamado
grupo de los lantánidos –Lantano, Cerio, Praseodimio,
Neodimio, Prometio, Samario, Europio, Gadolinio, Terbio,
Disprosio, Holmio, Erbio, Tulio, Iterbio y Lutecio-, cuyos
números atómicos están comprendidos entre 57 y 71.
5

Se comercializan en forma de polvo y
como óxidos metálicos
 Generalmente se comercializan en forma de polvo y como
óxidos metálicos.
 Se extraen de unos 25 minerales que se encuentran en la
naturaleza en cantidades no tan escasas como su nombre
da a entender. Sin embargo, este nombre está justificado por
la baja concentración en que se suelen encontrar y la
consiguiente dificultad para localizarlos en proporciones que
permitan su explotación comercial.

6

Monazita y bastnazita y más de 200
minerales
 Las tierras raras se encuentran dispersas en la corteza terrestre en
cantidades insignificantes y son dos los minerales que las contienen en una
mayor concentración: la monazita y la bastnazita.Sin embargo, se
conocen más de 200 minerales en los que las tierras raras entran en su
composición.
9

Excepcionales propiedades ópticas,
eléctricas y magnéticas
 La estrecha analogía en el comportamiento químico de las tierras raras
hace que el proceso de extracción y posterior separación y purificación, a
partir de los diferentes minerales en los que se encuentran asociados, sea
tedioso y complicado (en algunos casos puede implicar más de 1,500
etapas). A pesar de todo esto y por sus excepcionales propiedades
ópticas, eléctricas y magnéticas, las tierras raras se han hecho casi
insustituibles en la industria actual.
10

¿Son realmente insustituibles las tierras
raras?
 En una investigación de la Academia Nacional de Ciencias de EE.UU. se
analizaron 62 elementos químicos ampliamente utilizados y se descubrió
que para al menos diez de ellos no existe ningún tipo de reemplazo o,
bien, no está disponible.
 Entre estos elementos absolutamente irreemplazables están el
manganeso, magnesio, rodio, renio, talio, así como diferentes metales de
tierras raras: itrio, lantano, europio, disprosio, tulio e iterbio.
 Esto los hace no solo indispensables sino estratégicos para todas las
naciones que fabrican productos de alta tecnología.
11

China y las tierras raras
En la actualidad, el país más rico en metales
raros es China, sin embargo, las tecnologías
modernas dependen de los recursos extraídos
en todos los continentes, excepto la Antártida.
12

Uso de las tierras raras
 Las aplicaciones de las tierras raras son muy amplias y aumentan
constantemente. Hoy en día se usan ya para producir discos duros de
ordenador, equipos de sonido, catalizadores de automóviles, pilas de
combustible, imanes permanentes, teléfonos móviles inteligentes, pantallas
de T.V., pantallas táctiles, turbinas eólicas, paneles solares o lámparas de
bajo consumo, materiales para cerámicos, materiales ópticos, entre otros
muchos objetos. Sus propiedades ópticas y magnéticas los han convertido
en indispensables para la producción de casi todos los equipos modernos.
14

La televisión y el europio; el erbio y la
fibra óptica
 La imagen cada vez más nítida de la televisión se debe al europio. El indio,
que es parte del material de la pantalla de una computadora o tableta o
del teléfono celular, permite encenderlos con solo el roce de los dedos (el
famoso touch screen). La información que buscamos en internet llega a
nosotros gracias a que la fibra óptica por donde viaja está pavimentada
con erbio.
15

Miniaturización de los dispositivos
electrónicos
 Debido a su casi nula toxicidad las tierras raras también son ideales para la
generación de pigmentos inorgánicos, ya que los actuales presentan
elementos como cobalto, cadmio, cromo, plomo, etc. que traen
problemas medioambientales.
 Otro gran beneficio de las tierras raras es que han permitido la
miniaturización de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, hoy en día
tenemos auriculares que suenan como equipos de alta fidelidad de
antaño porque en su interior llevan unos diminutos y ligeros imanes de
neodimio, increíblemente potentes, que han sustituido a los de ferrita,
mucho más pesados.
16

Láseres de tierras raras
 Sus aplicaciones como láseres, por ejemplo, son muy amplias. Los láseres
de tierras raras son excelentes fuentes de radiación monocromática de
alta intensidad, coherencia y direccionalidad. Por ello se pueden usar en
investigación (espectroscopía óptica, fusión láser, medicina, etc.),
procesado de materiales (cortado, soldadura, perforado, moldeado),
comunicaciones (óptica integrada, transmisión de datos a alta velocidad,
comunicaciones vía satélite) y militares (detectores, blancos).
17

También tienen un uso muy importante en los catalizadores de
tres vías (CTV) que utilizan los automóviles y que reducen
eficazmente la contaminación ambiental. Son los famosos
“coches híbridos” en los que Occidente confía su salvación en
términos de dependencia de combustibles. El modelo más
popular, el Toyota Prius, del cual se vendieron 3 millones de
unidades en el 2013, contiene un kilogramo del supermagnético
neodimio en su motor, y al menos otros 10 kilos de lantano en sus
baterías recargables. Y este solo uso representa el 35% del uso
global de las tierras raras.
19

Uso militar
 En cuanto a su uso militar todas
las tierras raras han logrado tener
importantes aplicaciones:
 • Escandio. Aleaciones para
aviación y vuelo espacial.
 • Neodimio, Samario, Disprosio
e Iterbio. Láseres de uso militar.
 • Samario. Bombas
inteligentes.
 • Terbio. Sonares.
 • Lantano. Lentes de visión
nocturna.
 • Europio. Fluorescencia en monitores.
 • Itrio, Europio, Terbio. Sistemas de armas.
 • Neodimio, Itrio, Lantano, Disprosio, Terbio.
Amplificación de señales.
 • detectar minas.
 • Itrio. Superconductores a temperaturas
muy bajas.
 • Tulio, Lantano. Superconductores a altas
temperaturas.
 • Praseodimio. Aleaciones en motores de
aviación.
 • Samario, Europio, Gadolinio, Disprosio y
Holmio. Reactores nucleares.
 • Las turbinas eólicas tienen cuatro tierras
raras.
 • La tecnología militar emplea tierras raras
en motores jets y sistemas para guiar misiles.
21

22
PROPIEDADES Y DISPONIBILIDAD DE LOS METALES DE TIERRAS
RARAS
PROPIEDADES Y USOS GENERALES DISPONIBILIDAD
El tecnesio se encuentra en muy pequeña cantidad en
los minerales de uranio. En la actualidad se extrae de
los desechos radioactivos ya que tiene una función
muy importante para visualizar el interior del cuerpo
humano por tomografía o resonancia magnética. Un
isómero del tecnesio tiene una vida media de solo 6
horas, esto hace que pueda ser inyectado en el
paciente para que ilumine la parte del cuerpo que
interesa, y gracias a que su vida media es muy corta
la exposición a la radiación es mínima.
Muy poca
Una aleación de indio con óxido de titanio posee una
rara combinación: es conductora de electricidad y es
ópticamente transparente, lo cual la ha hecho
indispensable para las pantallas planas de televisión
en donde actúa como electrodo que controla cada
pixel. Dicha aleación es la que comunica una
conductividad sensible al tacto a las pantallas táctiles
(touch screen).
Cuando el indio se mezcla con otros metales, pierde
su transparencia y se convierte en un conector de luz,
por lo que una mezcla de indio, cobre, selenio y
galio se emplea actualmente para fabricar celdas
solares que superan a las de óxido de silicio.
Escasa
Las baterías de litio son las que hasta la fecha se han
usado en los aparatos electrónicos portátiles como
teléfonos y computadoras, pues es importante que
sean ligeras y poco voluminosas. Sin embargo,
pueden ser explosivas y por ende no se han podido
usar en los vehículos eléctricos o híbridos. Para estos
se están fabricando unas baterías con una mezcla
de níquel ymichsmetal, cuyos componentes más
abundantes son lantano y serio. Estas baterías son tan
eficientes como las de litio.
Poca

23 neodimio
Nd (60)
38 ppm
Una aleación de neodimio, fierro y boro tiene un poder
magnético 12 veces mayor que el de los imanes
convencionales de fierro. Gracias a esto se ha reducido el
peso y el tamaño de las computadoras portátiles. Esta
aleación permite un control más fino de los motores que
hacen girar el disco duro así como del brazo que lee y
escribe datos, además es posible almacenar más
información en la misma superficie.
Las turbinas generadoras de energía eólica y los vehículos
híbridos y eléctricos requieren también de estos imanes, lo
que aumentó la demanda de neodimio en un 40% el 2014.
Poca
europio
Eu (63)
2 ppm
El europio y el terbio tienen propiedades fosforescentes y
se emplean para generar las imágenes y los colores en la
televisión. El terbio genera un color amarillo-verdoso
mientras que el europio produce azul. Si el europio se
mezcla con itrio, se genera luz roja.
Poca
terbio
Tb (65)
1 ppm
Al agregar terbio al recubrimiento fluorescente de las
lámparas que emiten rayos X se obtienen mejores imágenes
en menor tiempo de exposición a la radiación X, que en
exceso es dañina. Con el fin de dar una sensación de
calidez a la luz ultravioleta de los focos ahorradores de
energía, se cubre el interior de estos focos con una mezcla
de terbio y europio.
Poca
disprosio
Dy (66)
6 ppm
Una aleación de terbio, fierro y disprosio (Terfenol-D)
tiene la rara propiedad de cambiar de forma ante un campo
magnético. La marina estadounidense ha diseñado un sonar
de gran sensibilidad que aprovecha esta propiedad como
transductor para localizar con gran precisión sonidos
submarinos.
Los imanes de neodimio-fierro-boro pierden su propiedad
magnética por encima de los 300o
C, pero si se les agrega
disprosio, el imán tolera temperaturas más altas. Esto lo ha
hecho indispensable para turbinas y discos duros de gran
desempeño.
Poca

24
erbio
Er (68)
4 ppm
La fibra óptica empleada para transmitir ondas luminosas
que codifican información es muy eficiente aunque la señal
se debilite a lo largo de grandes distancias y es necesario
amplificarla. A pequeñas secciones de la fibra óptica se les
pone erbio. Al irradiar estas secciones con láser, los iones
de erbio liberan esta energía como luz de la misma longitud
de onda que amplifica la señal.
Poca
hafnio
Hf (72)
3.3 ppm
El óxido de hafnio es un excelente aislante de la
electricidad. Hoy se usa en lugar de los transistores de
óxido de silicio. El tamaño de los transistores disminuyó de
65 a 32 nanómetros cuando se fabricaron con óxido de
hafnio. El hafnio ha contribuido a que los teléfonos
inteligentes sean pequeños y más inteligentes.
Poca
renio
Re (75)
0.7 ppm
Aleaciones con renio son resistentes a temperaturas muy
altas, por lo que se han usado en turbinas de gas en
aeronáutica y generadoras de energía. Su escasez ha
obligado a las industrias que lo requieren a reciclar el renio
de turbinas que ya no son útiles.
Poca
*ppm = partes por
millón Fue
nte: ¿cómoves?

25
OTRAS APLICACIONES DE LAS TIERRAS RARAS
Cerámicas Tenaces Si3N4 / SiACON / ZrO2
/AlN
Y2O3,
R2O3
Pulido de Vidrio CeO2
Absorbentes de Neutrones EuB6 / Gd2O3
Conductores iónicos ZrO2 / CeO2 Y2O3 / Pr,
Gd
Sensores de Oxígeno ZrO2 Y2O3 /
R2O3
Conductores electrónicos LaCrO3
Termistores BaTiO3
Resistores RBa6
Magnetorresistentes La1-xCaxMnO3
Superconductores RBa2Cu3O7
Recubrimientos en
aleaciones
Fe-Cr-Al Y, R
Agentes de Contraste en
RM
Gd(DOTA) / Gd(DPTA)
Aplicaciones en Medicina:
Ensayos inmunológicos Criptatos de t.r.
Agentes antocoagulantes 3Sulfoisonicotinato de Nd
Agentes antiinflamatorios Complejos de t.r.
Agentes antimicrobianos Nitrato de Ce-sulfadiazina
de Ag
Puede tener más información de los usos de las tierras raras en la REE
Handbook. Guía de elementos de tierras raras (en Inglés).

Producción y demanda de tierras raras en el mundo26

27
 Un hecho clave para entender la actual coyuntura que plantean las tierras
raras es su demanda y los recursos disponibles en el mundo. La demanda
ha experimentado un crecimiento extraordinario en las últimas dos
décadas, incluso durante la actual crisis económica, alcanzando
incrementos de 10% al año. En especial, es la producción de dispositivos
móviles la que aumenta bruscamente la demanda de metales de tierras
raras: oro, antimonio, bismuto, cobalto y berilio. Solo en 2011 la importación
para las industrias de la innovación y tecnología alcanzó los 155.000
millones de dólares.

 La producción mundial de tierras raras que inicialmente estuvo liderada
por los EE.UU. ahora está dominada totalmente por China que, a finales de
los 80, empezó a producir con una fuerza arrolladora al tiempo que EE.UU.
perdía peso, de forma progresiva, hasta desaparecer del mercado. En
Norteamérica se cerró la gran mina de tierras raras de Mountain Pass en
California en el año 2002, debido a su elevado coste relativo de
explotación, comparado con Chila. A su vez, China comenzó a
incrementar consistentemente su demanda de tierras raras hasta llegar a
ser ahora el país que más las usa. Los cuadros a continuación nos dan los
detalles.
28

RESERVAS DE TIERRAS RARAS EN EL
MUNDO
 Aunque hay numerosas reservas de tierras raras repartidas por todo el
mundo, son pocas las minas donde se extraen. Para que estas sean
rentables debe haber una alta concentración de estos minerales, pues es
complicado separar las tierras raras de otros elementos con los que se
encuentran en la naturaleza. Suelen ser minas a cielo abierto y requieren
mover grandes cantidades de suelo. Además de ese impacto, hay riesgos
medioambientales. Para separar los elementos de estos minerales hay que
lavarlos con ácidos, lo que da lugar a millones de litros de residuos tóxicos.
31

 En Mongolia interior (China), donde están las mayores minas de tierras raras de
mundo, se han contaminado lagos enteros, matando el ganado y provocando
problemas de salud pública. También hay riesgo de radiactividad, pues es
frecuente encontrar uranio y torio en los minerales de los que se obtienen las
tierras raras. La legislación ambiental es más permisiva en China, pero en
muchos otros países la minería de tierras raras se considera una actividad
demasiado sucia y provoca fuerte rechazo social.
 En Malasia, una plataforma ciudadana está tratando de frenar la construcción
de una refinería detierras raras en Kuantan. En Europa, la única mina
permanece cerrada. Está en Ytterby (Suecia), donde se descubrieron estos
elementos. En España se han encontrado tierras raras en zonas de Galicia,
Extremadura y Castilla y León, pero faltan estudios sobre esos posibles
yacimientos.
32

33
MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE LOS METALES
DE TIERRAS RARAS
La
Electrólisis de los cloruros o fluoruros fundidos
o calciotermia
Ce
Pr
Nd
Y
Calciotermia de los cloruros o fluoruros, y
posterior destilación y condensación a estado
cólico
Gd
Tb
Lu
Dy
Calciotermia o litiotermia* de los fluoruros, y
posterior sublimación
Ho
Er
Sm
Lantanotermia en el transcurso de la cual la tierra
rara destila
Eu
Tm
Yb
* Reducción metalotérmica
Fuente: Sociedad Española de Química (2000)

Precios de las tierras raras

 Los precios de las tierras raras tuvieron un incremento meteórico entre el año 2009 y 2011
en que alcanzaron su pico máximo. En ese lapso muchas de ellas multiplicaron su precio
por 10 e incluso algunas por 20 para (óxido de Lantano) o hasta por 30 (óxido de Cerio).
Luego de eso, durante 2012, los precios bajaron de forma apreciable por diferentes
circunstancias que explicaremos más adelante. Pero el aviso ha sido muy claro: a pesar
de la bajada relativa de los precios en 2012, éstos se mantienen aproximadamente en el
500% de los valores de 2009. Entre las más caras puede citarse el Europio, que ha llegado
a costar 5,000 dólares el kilo, frente a un precio de 500 $/Kg. en 2009.
 Las tierras raras no se cotizan en bolsa sino que se definen en negociaciones privadas.
Aquí podemos apreciar algunos precios de referencia (por kilogramo).

34

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