Viviendo entre tierras raras

Fernando Valcárcel Luján »

“Perdidos” en la Tabla Periódica se encuentras los diecisiete elementos conocidos como Tierras Raras. Por esta definición, dada por la Unión Internacional de Química Teórica y Aplicada, podríamos pensar que ser trata de elementos poco comunes, pero no nos dejemos engañar por el nombre, las tierras raras son similares en abundancia a los elementos tan familiares como cobre, níquel o zinc, incluso el menos abundante es unas 200 veces más común que el oro. La primera de estas tierras raras fue descubierta por el químico finlandés Johan Gadolin, en el año 1794, y fue el iterbio.

Las tierras raras aparecen como óxidos metálicos, que tienen muchas utilidades en las tecnologías actuales, y su utilización se va incrementando año tras año con el descubrimiento de nuevos usos. Forman parte de las tierras raras el grupo de elementos químicos de la serie de los lantánidos que son: lantano, cerio, praseodimio, neodimio, promecio, samario (conocidos como las tierras raras livianas) y el europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio (conocidos como las tierras raras pesadas). También podemos considerar que forman parte de las tierras raras el itrio y el escandio. Generalmente se estos óxidos metálicos se encuentran contenidos en unos 25 minerales, de los que podemos destacar la bastnasita y la monacita por ser los más interesan económicamente.

Actualmente los elementos de tierras raras se encuentran en muy pocas zonas del mundo donde su extracción en cantidades comercialmente viables. El principal productor fue Estados Unidos con una mina en California conocida como Mountain Pass. Sin embargo, cuando los chinos se metieron en el negocio y comenzaron a explotar sus grandes yacimientos, como el de Bayan Obo, los precios cayeron y los americanos se vieron obligados a cerrar su mina. China concentra hoy el 90% de las reservas mundiales y con este “as en la manga” se permiten subir y bajar la producción según les conviene principalmente por motivos económicos. Los Estados Unidos se han quedado algo retrasados en su programa de tierras raras y Japón que es un gran consumidor, depende de China. Recientemente, por un problema diplomático entre los dos países, China dejó de venderle y lo que los japoneses, igual que coreanos y otros países interesados en el desarrollo de estas tecnología han tenido que salir a abastecerse en países no convencionales (Argentina, Australia, etc…). Según publicó Periódico La Jornada el martes 5 de julio de 2011, Japón habría encontrado enorme depósitos de tierras raras en el océano pacifico. Por el alto interés que tienen estos elementos no debemos extrañarnos de comunicados con la aparición de depósitos donde se puedan obtener estos elementos con facilidad.

Es interesante destacar que las tierras raras han entrado en los mercados con formando parte de una amplia gama de productos de las llamadas “tecnologías limpias”, por lo que tienen la simpatía de la población que se encuentra muy sensibilizada con estos temas. ¿Pasará mucho tiempo hasta que algún político la utilice para sus fines electorales?

Descripción y propiedades

Veamos ahora cada uno de estos elementos y algunas de las aplicaciones que tienen, esto nos ayudara a comprender la importancia, para el desarrollo económico/tecnológico, que empiezan a tener.

ESCANDIO. Técnicamente no se debería meter al escandio en los metales de tierras raras, este elemento está presente en la mayoría de las minas de tierras raras y de depósitos de uranio. El escandio es un metal con aspecto duro y de color plateado. A pesar de que el escandio sigue considerado como un elemento un tanto raro, hay varias aplicaciones hoy en día, debido a que el metal es ligero y fuerte, escandio es ideal para la fabricación de material deportivo, la aleación de escandio con titanio para producir productos como bicicletas, bates de béisbol, etc. El isótopo radiactivo ⁴⁶Sc se utiliza como trazador en el craqueo de petróleo, el yoduro de escandio añadido a lámparas de vapor de mercurio produce una luz muy parecida a la luz solar, que se puede utilizar para grabaciones en el interior de estudios de TV y por la noche, el óxido de escandio se usa para producir luces de gran intensidad, también se usa como catalizador en la conversión de ácido acético en acetona y tiene aplicación en la industria aeroespacial dado que es muy ligero y presenta un punto de fusión muy superior al del aluminio.

ITRIO. Igual que el escandio es otro metal de transición, es químicamente similar a los lantánidos y sólo se encuentra combinado con otros metales de tierras raras, minerales de uranio y nunca como elemento libre en la naturaleza. A pesar de esto, se estima que el itrio es unas 400 veces más abundante que la plata. Se utiliza oxido de itrio combinado con europio para ayudar a producir píxeles rojos en las televisiones LED, se puede utilizar para aumentar la fuerza de las aleaciones de aluminio y magnesio, se ha utilizado en los superconductores que deben mantenerse a temperaturas muy bajas, también tiene aplicaciones en el tratamiento de varios tipos de cáncer como el linfoma, leucemia, cáncer de ovario, de páncreas y cáncer de los huesos, son muy eficientes como filtros de microondas. Añadido en la fabricación de las ciertas baterías, mejoran la velocidad de recarga. El óxido se emplea para obtener cerámicas y vidrio, ya que posee un alto punto de fusión, gran resistencia al choque y baja dilatación.

Comentemos algunos efectos que el itrio tiene sobre la salud, es principalmente peligroso en el ambiente de trabajo, debido a que las partículas pueden ser inhaladas con el aire, esto puede provocar daño en los pulmones, especialmente si las exposiciones son durante mucho tiempo, también puede ser perjudicial para el hígado cuando se va acumulando en el cuerpo humano y daña las membranas de sus células, lo cual tiene influencias negativas en la reproducción y las funciones de su sistema nervioso.

LANTANO. Es un elemento metálico de color blanco plateado que se encuentra generalmente en combinación con cerio y otros elementos de tierras raras. El lantano es relativamente abundante, es dos veces más frecuente en la corteza terrestre que el nitrógeno, el plomo o litio. Se utiliza en las baterías en los coches híbridos, que llevan entre 9 y 11 kilogramos de este elemento, se estudia como incrementar la cantidad de lantano para aumentar la autonomía de estos vehículos, también se utiliza en la producción de tubos de vacío electrónicos, cámaras y lentes telescópicas, como aditivo del acero, e incluso en algunos medicamentos.

CERIO. Es el más abundante de los metales de tierras raras con cerca de 24.000 toneladas del metal producido por año. El cerio se utiliza en una serie de aplicaciones técnicas, pero la más notable es como componente en el convertidor catalítico de los automóviles, la reducción de emisiones de carbono de los gases de escape y que a menudo se añade a los combustibles diesel. Cerio también se utiliza en la fabricación de vidrio, así como las aleaciones de aluminio y hierro. Otras aplicaciones incluyen imanes, arco de carbono de iluminación utilizado por la industria del cine.

PRASEODIMIO. Se encuentra en cantidades relativamente pequeñas y debe ser separado de otros elementos de tierras raras por procesos químicos. Es difícil de purificar, se utiliza como agente de aleación para los metales usados ​​en motores de aviones, como colorantes de vidrios y esmaltes, y en pequeñas cantidades también se encuentran en los encendedores de cigarrillos, se emplea su oxido en la fabricación de arcos de incandescencia de carbón, utilizados en focos y proyectores.

NEODIMIO. Se encuentra en forma metálica, sin la compañía de otros metales de tierras raras, y es relativamente abundante en la corteza de la Tierra.  Los imanes hechos con neodimio se sabe que están entre los más fuertes que se conocen actualmente, con la capacidad de levantar alrededor de 1.000 veces su propio peso. Más fuerte que sus homólogos, este tipo de imán se utiliza en los micrófonos, altavoces profesionales, auriculares y en discos duros para ordenadores, donde se requiere un campo magnético. Se usa también en láseres para uso comercial y militar, así como la coloración de vidrio y lámparas fluorescentes. Los electroimanes que se usan en las turbinas eólicas o en los trenes de levitación magnética de alta velocidad.

PROMETIO. Un elemento radiactivo, el prometio se forma en la naturaleza como resultado de la fisión o la decadencia de los elementos más pesados, de forma natural solo se encuentra en pequeñas cantidades en los minerales. Tiene pocas aplicaciones, incluyendo el uso en baterías nucleares y una fuente de radiación beta para medidores de espesores, pero algunos creen que podría ser utilizado como una fuente de alimentación de las sondas espaciales y satélites.

SAMARIO. Es un metal plateado brillante, que tiene una producción anual estimada de 700 toneladas a pesar de que no se encuentra libre en la naturaleza. Requiere de un procesamiento especializado para extraer el elemento. Tiene aplicaciones, junto con otros metales de tierras raras, en los imanes, rayos láser y de luz de arco de carbono, pero también puede ser utilizado como un absorbente de neutrones en reactores nucleares y uno de los isótopos radiactivos del samario se utiliza para tratar el dolor severo asociado con el cáncer de hueso.

EUROPIO. Uno de los más codiciados de las tierras raras, el europio es también uno de los más reactivos en el grupo y no se encuentra en la naturaleza como elemento libre. Se usa en los televisores LED, pantallas para ordenadores, en las lámparas fluorescentes, en la detección de enfermedades genéticas, como síndrome de Down, se utiliza en los fósforos de lucha contra la falsificación de los billetes, también se emplea como absorbente de neutrones en control nuclear.

GADOLINIO. Es un metal blanco-plateado que se encuentra en los depósitos de tierras raras de todo el mundo, con una producción en torno al millón de toneladas, en las zonas mineras de China, EE.UU., Brasil, India y Australia. Sin embargo, sólo alrededor de 400 toneladas de gadolinio puro se producen anualmente. Por su gran facilidad en la captura de neutrones, el gadolinio se utiliza en los reactores nucleares tanto como un escudo y como de mecanismo de parada de emergencia en ciertos tipos de reactores, también se utiliza en la tecnología para realizar resonancia magnética, en filtros para microondas y como catalizador del oxígeno en la producción de titanio.

TERBIO. Aunque nunca se encuentran en la naturaleza como elemento libre, está en minerales junto con otros metales de tierras raras. La fuente más abundante del terbio, junto al itrio, se encuentra en arcillas procedentes del sur de China. Se utiliza en dispositivos de estado sólido, como el estabilizador de cristal de las células de combustible, los sistemas de sonar naval y ciertas aleaciones. La aplicación comercial más común del terbio es en tubos de televisión en color.

DISPROSIO. Es un metal muy blando y se puede cortar con un cuchillo con facilidad, es otro elemento de tierras raras que proviene principalmente del sur de China. El elemento se utiliza en la fabricación de materiales con láser, la absorción de neutrones y las barras de control en los reactores nucleares.

HOLMIO. Tienen la mayor fuerza magnética de cualquier elemento de la tabla periódica. Las principales minas se encuentran en China, EE.UU., Brasil, India, Sri Lanka y Australia. Por su fuerza magnética se utiliza como un componente de imanes de gran alcance, como así como las barras de control nuclear, ya que tiene la capacidad de absorción de neutrones expulsados ​​por la fisión nuclear, también se utiliza en equipos de microondas y dispositivos médicos.

ERBIO. Cuando es aislado artificialmente, el erbio es un metal sólido de color blanco plateado, pero en la naturaleza siempre se encuentra combinado con otros elementos. Destacamos entre sus usos principales, se combinan con isótopos de europio para darles ciertas propiedades fluorescentes, también se usa en amplificadores ópticos, cables de fibra óptica, así como para los láseres médicos y dentales.

TULIO. Junto con el prometio, son los elementos menos abundante de las tierras raras, nunca se encuentra en forma pura en la naturaleza y generalmente se purifica a través de un proceso de intercambio iónico. Procede principalmente del sur de China. A pesar de su alto precio y escasez, el tulio es utilizado en los láseres quirúrgicos, dispositivos portátiles de rayos X y los superconductores de alta temperatura.

ITERBIO. Un metal blando, que podemos encontrar en China, EE.UU., Brasil, India, Sri Lanka y Australia. Se calcula que hay cerca de 1 millón de toneladas en la corteza Terrestre. El iterbio puede ser utilizado en dispositivos portátiles de rayos X, el fortalecimiento de acero, en láseres de estado sólido e indicadores de estrés que controlan la deformación del suelo por terremotos o explosiones.

LUTECIO. Se encuentra en la naturaleza mezclada con otros elementos de tierras raras. El principal mineral de donde se saca lutecio comercialmente es la monzonita, que contiene sobre un 0,003% de lutecio. La producción mundial de Lutecio es de unas 10 toneladas anuales, y se extrae principalmente de China, EE.UU., Brasil, Sri Lanka y Australia. No se logró obtener el metal puro hasta finales del siglo XX ya que es extremadamente difícil de separar. Se emplea como catalizador en el craqueo del petróleo en las refinerías, en diversos procesos químicos como alquilación, hidrogenación y polimerización. También se están investigando radioisótopos de lutecio para ser aplicados en medicina nuclear para tratamientos terapéuticos.

Fuentes

• CNBC
• Geology. com
• Metalgestion. com
• Textoscientificos. com
• Eltribuno. info
• Imagen de cabecera: creada por inteligencia artificial a partir de la descripción “las tierras raras de los elementos químicos de la tabla periódica”.