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TECNOLOGÍA. "Tierras Raras": qué son y para qué se utilizan

Una montaña sin pretensiones de 1.250 de altura llamada Round Top (Texas) promete hacer que Estados Unidos sea en gran medida autosuficiente en estos minerales críticos. La montaña contiene cinco de las seis tierras raras ligeras (como el neodimio), 10 de las 11 tierras raras pesadas (disprosio, por ejemplo) y los cinco materiales de imanes permanentes. Además, Round Top tiene grandes depósitos de litio, críticos para las baterías en vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía.


Las llamadas "tierras raras" son metales que en realidad no son tan raros como su nombre podría implicar. Son fundamentales para la óptica y el láser de alto rendimiento, y esenciales para los imanes y superconductores más potentes del mundo. Las tierras raras son simplemente más caras de extraer que la mayoría de los metales cuando no se extraen con productos químicos perjudiciales para el medio ambiente. 
Estos metales tampoco son tradicionalmente tan rentables en los mercados. Esto los ha hecho menos deseables en el pasado, hasta que el mundo se dio cuenta de que China controlaba gran parte del mercado.
Estas dificultades, combinadas con la demanda de los metales para su uso en aplicaciones de alta tecnología, introducen complicaciones económicas y políticas que hacen que algunos de los metales más interesantes sean aún más emocionantes para los inversores.
Las tierras raras son componentes vitales para todo, desde teléfonos inteligentes, baterías de vehículos eléctricos y máquinas de imágenes médicas hasta armamento de defensa avanzado, por lo que la dependencia de una nación poco amigable, como China, para el suministro representa un riesgo político y económico, en particular para los Estados Unidos de Norteamérica.


Imanes de neodimio de tierras raras
 GETTY. La empresa USA Rare Earth ha aduirido un equipo de producción de imanes permanentes de neodimio hierro boro (NdFeB) que Hitachi Metals America, Ltd. poseía y operaba en Carolina del Norte. Esos imanes son críticos en muchas de las aplicaciones. USA Rare Earth es una LLC privada de Delaware que se formó específicamente para desarrollar el proyecto para extraer y procesar el valioso mineral de Texas Round Top

Tierras raras en el mercado

Según el Servicio Geológico de los Estados Unidos, a partir de 2018, China produjo alrededor del 80% de la demanda mundial de metales de tierras raras (por debajo del 95% en 2010). Sus minerales son ricos en itrio, lantano y neodimio.
Desde agosto de 2010, los temores sobre el dominio chino de los suministros cruciales de tierras raras han persistido ya que China restringió las cuotas de exportación de los metales sin una explicación oficial, lo que inmediatamente provocó un debate sobre la descentralización de la producción mundial de tierras raras.
Se encontraron grandes cantidades de minerales de tierras raras en California en 1949, y se están buscando más en toda América del Norte, pero la minería actual no es lo suficientemente significativa como para controlar estratégicamente cualquier parte del mercado mundial de tierras raras (la mina Mountain Pass en California todavía tiene que enviar sus minerales a China para ser procesados).
China está priorizando su consumo interno. En 2019 fabricaron productos por valor de $ 1 billón de sus materiales de tierras raras. Las tierras raras pesadas en particular son escasas, no son infinitas.
Las tierras raras se negocian en la Bolsa de Nueva York en forma de fondos cotizados en bolsa (ETFs) que representan un fondo de proveedores y acciones mineras, en lugar de comerciar con los propios metales. Esto se debe a su rareza y precio, así como a su consumo casi estrictamente industrial. Los metales de tierras raras no se consideran una buena inversión física como los metales preciosos, que tienen un valor intrínseco de baja tecnología.
Esta estadística muestra los principales países en producción de minas de tierras raras en todo el mundo en 2018 y 2019, medidos en toneladas métricas. En 2019, China tenía una producción minera de unas 132.000 toneladas métricas de óxido de tierras raras. Los siguientes elementos se encuentran entre las tierras raras: cerio (Ce), disprosio (Dy), erbio (Er), europio (Eu), gadolinio (Gd), holmio (Ho), lantano (La), lutecio (Lu), neodimio ( Nd), praseodimio (Pr), prometio (Pm), samario (Sm), escandio (Sc), terbio (Tb), tulio (Tm), iterbio (Yb) e itrio (Y). Fuente: https://www.statista.com/statistics/268011/top-countries-in-rare-earth-mine-production/

Los desafíos han sido percibidos por otros gobiernos. De hecho, existe una alianza entre Estados Unidos, Reino Unido, Australia y Canadá. La UE también tiene sus propias iniciativas para abastecerse independientemente de China. Los gobiernos líderes en manufactura están extremadamente preocupados. Los contratistas de defensa quieren producir en el país, pero no pueden debido a la realidad actual de abastecimiento. Ha sido una preocupación durante años: en una conferencia de prensa en 2015, el expresidente norteamericano, Obama, habló sobre el establecimiento de un arsenal de tierras raras en los Estados Unidos. El suministro de tierras raras se considera asunto de seguridad nacional, ya que dependemos de un país (China) con el que se mantiene cierto nivel de adversidad. Y han usado su influencia antes: en 2011 cortaron los suministros a Japón.


Metales de tierras raras y sus aplicaciones

En la tabla periódica de los elementos, la tercera columna enumera los elementos de tierras raras. La tercera fila de la tercera columna se expande debajo del gráfico, enumerando la serie de elementos lantánidos. El escandio y el itrio se enumeran como metales de tierras raras, aunque no forman parte de la serie de los lantánidos. Esto se debe a que la prevalencia de los dos elementos es similar en parte a los lantánidos.
 La columna 3 de la tabla periódica de elementos enumera las tierras raras.

En orden de aumento de la masa atómica, los 17 metales de tierras raras y algunas de sus aplicaciones comunes se dan a continuación.
  • Escandio : peso atómico 21. Utilizado para fortalecer aleaciones de aluminio.
  • Itrio : peso atómico 39. Utilizado en superconductores y fuentes de luz exóticas.
  • Lantano : peso atómico 57. Utilizado en gafas y ópticas especiales, electrodos y almacenamiento de hidrógeno.
  • Cerio : peso atómico 58. Es un excelente oxidante, se utiliza en el craqueo de petróleo durante el refinado de petróleo y se usa para la coloración amarilla en cerámica y vidrio.
  • Praseodimio : peso atómico 59. Utilizado en imanes, láseres y como color verde en cerámica y vidrio.
  • Neodimio : peso atómico 60. Utilizado en imanes, láseres y de color morado en cerámica y vidrio.
  • Prometio : peso atómico 61. Utilizado en baterías nucleares. Solo se han observado isótopos hechos por el hombre en la Tierra, con una especulación de 500-600 gramos que ocurren naturalmente en el planeta.
  • Samario : peso atómico 62. Utilizado en imanes, láseres y captura de neutrones.
  • Europio : peso atómico 63. Produce fósforos, láseres y lámparas de vapor de mercurio de colores.
  • Gadolinio : peso atómico 64. Utilizado en imanes, óptica especializada y memoria de computadora.
  • Terbio : peso atómico 65. Utilizado como verde en cerámica y pinturas, y en láseres y lámparas fluorescentes.
  • Disprosio : peso atómico 66. Utilizado en imanes y láseres.
  • Holmio : peso atómico 67. Utilizado en láser.
  • Erbio : peso atómico 68. Utilizado en acero aleado con vanadio, así como en láseres.
  • Tulio : peso atómico 69. Utilizado en equipos de rayos X portátiles.
  • Itterbio : peso atómico 70. Utilizado en láseres infrarrojos. Además, funciona como un gran reductor químico.
  • Lutecio : peso atómico 71. Utilizado en equipos especiales de vidrio y radiología.

Propiedades

Cuando observamos la tabla periódica, hay un bloque de elementos de dos filas ubicado debajo del cuerpo principal del gráfico. Estos elementos, más el lantano (elemento 57) y el actinio (elemento 89), se conocen colectivamente como elementos de tierras raras o metales de tierras raras. En realidad, no son particularmente raros, pero antes de 1945, se requerían procesos largos y tediosos para purificar los metales de sus óxidos. Los procesos de intercambio iónico y extracción con solventes se utilizan hoy en día para producir rápidamente tierras raras altamente puras y de bajo costo, pero el antiguo nombre todavía está en uso. 
Los metales de tierras raras se encuentran en el grupo 3 de la tabla periódica , y el sexto ( configuración electrónica de d ) y el séptimo (5 fconfiguración electrónica) períodos. Hay algunos argumentos para comenzar la tercera y cuarta serie de transición con lutecio y laurencio en lugar de lantano y actinio.
Hay dos bloques de tierras raras, la serie de lantánidos y la serie de actínidos. El lantano y el actinio están ubicados en el grupo IIIB de la tabla. Cuando observa la tabla periódica, vemos que los números atómicos saltan del lantano (57) al hafnio (72) y del actinio (89) al ruteroford (104). Si salta al final de la tabla, puede seguir los números atómicos desde el lantano hasta el cerio y desde el actinio hasta el torio, y luego volver al cuerpo principal de la tabla. Algunos químicos excluyen el lantano y el actinio de las tierras raras, considerando que los lantánidos comienzan a seguir al lantano y los actínidos a comenzar a seguir al actinio. En cierto modo, las tierras raras son metales de transición especiales, que poseen muchas de las propiedades de estos elementos.
Estas propiedades comunes se aplican tanto a los lantánidos como a los actínidos:
  • - Las tierras raras son metales plateados, blancos plateados o grises.
  • - Los metales tienen un alto brillo pero se manchan fácilmente en el aire.
  • - Los metales tienen alta conductividad eléctrica.
  • - Las tierras raras comparten muchas propiedades comunes. Esto hace que sean difíciles de separar o incluso distinguir entre sí.
  • - Existen diferencias muy pequeñas en solubilidad y formación compleja entre las tierras raras.
  • - Los metales de tierras raras ocurren naturalmente juntos en minerales (por ejemplo, la monazita es un fosfato mixto de tierras raras).
  • - Las tierras raras se encuentran con no metales, generalmente en el estado de oxidación 3+. Hay poca tendencia a variar la valencia . (El europio también tiene una valencia de 2+ y el cerio también una valencia de 4+).
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