Las tierras raras, elementos clave en dispositivos electrónicos y motores eléctricos, son protagonistas de una demanda global en constante crecimiento. Su presencia en la vida diaria se extiende desde las pantallas LED de nuestros dispositivos hasta los imanes de última generación utilizados en turbinas eólicas y vehículos híbridos.
El uso de dispositivos móviles y/o electrónicos se ha masificado a tal punto que por ejemplo en nuestro país, para el año 2022 existían más 33 millones de celulares [1]. Por otro lado, el aumento en la demanda de energías limpias ha también impulsado la investigación y desarrollo (I+D) de turbinas y motores eléctricos de última generación. Pero que tienen en común estos dos temas que parecen tan lejanos, pero al mismo tiempo tan cercanos. Y es el uso de tierras raras (REEs, por sus siglas en ingles Rare Earth Elements) para la fabricación de tanto dispositivos electrónicos como para la fabricación de motores eléctricos.
En los dispositivos electrónicos modernos, las tierras raras como Lantano, Cerio, Neodimio, Samario, Europio, Terbio y Disprosio son los mayormente usados. Por ejemplo, Europio y Terbio se usan en la fabricación de pantallas LEDs (por sus siglas en ingles Light-Emmiting Diodes) que son de lo que están hechas las pantallas de los teléfonos móviles y televisores. En este sentido, este tipo de sistemas que generan luz son de mucho interés ya que son mucho más eficientes tanto en el consumo de energía como de la generación de luminosidad, esto es posible observarlo en nuestras propias casas, ya proactivamente no existen ampolletas incandescentes, son todas del tipo LEDs.
En la senda del cuidado del medio ambiente, las tierras raras también tienen un amplio uso en la fabricación de motores eléctricos de última generación, equipos debido a sus propiedades magnéticas y de resistencia a altas temperaturas. Esto es debido a que con estos elementos en particular, Neodimio, es posible fabricar imanes permanentes, los cuales son parte fundamental de estos equipos para poder transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Los imanes de tierras raras son también son usados en diferentes áreas como la salud, donde estos son componentes de equipos médicos como máquinas de resonancia magnética, marcapasos, entre otras [2].
¿Pero que son las tierras raras?. Las tierras raras corresponden a un grupo de 17 elementos químicos, correspondientes al grupo de metales con número atómico desde el 57 al 71. De ellos 15 que corresponden a los lantánidos, más el escandio (Sc) y el itrio (Y). Estos elementos pueden ser divididos en dos grupos, siendo el primero de ellos las tierras raras livianas (Ligth Rare Earth Elements, LREE), que corresponden a Lantano (La), Cerio (Ce), Praseodimio (Pr), Neodimio (Nd), Prometio (Pm), Samario (Sm), Europio (Eu) y Escandio (Sc). Y el segundo grupo son conocidos como tierras raras pesadas (Heavy Rare Earth Elements, HREE): Gadolinio (Gd), Terbio (Tb), Disprosio (Dy), Holmio (Ho), Erbio (Er), Tulio (Tm), Iterbio (Yb), Lutecio (Lu) e Itrio (Y). Ahora bien, porque estos elementos son tan especiales y presentan estas propiedades magnéticas y ópticas tan particulares que los hace tan necesarios para el desarrollo de las tecnologías actuales y futuras. Esto se debe a los electrones de estos elementos, tanto en los orbitales en los que se mueven, ya que estos se encuentran protegidos por orbitales de mayor energía, y de igual manera en el comportamiento que estos. Esto es afirmado por el Prof. Dr. Michel Verdaguer (Profesor Emérito de la Universite Pierre et Marie Curie) en su libro “Electrons in Molecules”, donde establece que las diferentes propiedades observadas en los materiales tienen su origen en el comportamiento del electrón; si son localizados, saltones o excitados (localized, hopping or excited), y si podemos tener control sobre estas propiedades podemos diseñar nuevos materiales que se puedan utilizar como alternativa o complemento a los materiales ya existentes [3].
Ahora bien, el nombre “tierras raras”, resulta inapropiado debido a que no son particularmente raros. Su abundancia es relativamente alta, pudiendo mencionar que el Cerio, Itrio y Neodimio son más abundantes que el oro o la plata [4]. El término “raro” se acuño en el siglo XX debido a que eran elementos difíciles de separar de los minerales que los contienen, y el término “tierra” = óxidos o minerales de aspecto terroso. Las tierras raras en la naturaleza se encuentran formando compuestos iónicos y no existen en estado metálico, ni forman minerales sulfurados. En general, las tierras raras se pueden encontrar en minerales en base a carbonatos como la bastnasita [(Ce,La,Y)CO3F], en forma de fosfatos como la monacita [(Ce,La,Nd,Sm)PO4], como silicatos como cerita [(Ce,La,Ca)9(Mg,Fe3+)(SiO4)3(SiO3OH)4(OH)3] o en forma de óxidos como la euxenita [(Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6].
Como es posible apreciar existen diferentes tipos de minerales que poseé tierras raras, pero ellos se encuentran en el mismo mineral, y desde el punto de vista químico, son muy difíciles de separar, y es uno de los procesos más desafiantes en lo que concierne a la separación por solvente, en comparación con la separación no-acuosa. Es en este punto en el que China asume el dominio en la explotación de tierras raras ya que posee las capacidades técnicas y operacionales para la separación de estas. Sin embargo, este proceso es muy contaminante para el medio ambiente, pero China estaba dispuesto a pagar este costo [5]. Durante los últimos años China ha reducido su exportación de las tierras que produce, ya que como otros países han designado a que estos elementos son de muchísimo interés estratégico [6]. Finalmente, existen algunas proyecciones que indican que la extracción de tierras raras desde relaves podrían ser de interés [7].
Este interés estratégico esta asociado fuertemente a la generación de energía limpia, ya como se mencionó anteriormente, se fabrican imanes permanentes, los cuales son utilizados en turbinas eólicas y motores de automóviles híbridos. Es así como ciertos elementos como el Samario, Neodimio, Europio y Gadolinio han sido designados como de interés estratégico por la Unión Europea, y por los Estados Unidos [8]. Para este último país, el interés en las tierras raras se debe principalmente a su uso en uso en aplicaciones militares, como para la fabricación de transistores, diodos y circuitos integrados, lo cuales se usan en gafas de visión nocturna, armas guiadas de precisión, equipo de comunicaciones, sistemas GPS, entre otros. [9]
Pero nuestro país, cuenta con estos minerales tan preciados actualmente en el mundo, y la respuesta es sí. El economista Tomas Flores, académico de la Universidad Bernardo O´Higgins realizó un informe económico preliminar de la eventual explotación de un yacimiento de tierras raras en arcilla en la zona de Penco (octava región) por la empresa Aclara Resources [10-11]. Sin embargo, existen otros yacimientos de tierras en Chile, así como por ejemplo en la tercera región, el cual de acuerdo al informe de COCHILCO de 2016, se han detectado varios depósitos en las zonas de Sierra Áspera, Cerro Carmen y Veracruz, siendo el del Cerro Carmen es el más prometedor [4]. En este mismo informe existen varias prospecciones de tierras raras hechos en varias regiones del país, y puede ser que desde que se hizo este informe, yacimientos que no tenían rentabilidad en 2016, puede que ahora si lo sean.
Finalmente, desde mi opinión, la I+D+i en temas que van desde la explotación hasta la fabricación de materiales en base a tierras raras es una oportunidad única, ya que de acuerdo a lo indicado en este escrito, se sabe que las Tierras Raras serán de principal interés para el mundo desde el punto de vista tecnológico, y así como el litio, puede transformar a Chile en un referente mundial en esta área de desarrollo tanto productivo como científico para nuestro país. En este sentido, esta opinión es soportada por Francisco Devia (Abogado y Magister en Ciencia Política de la PUC. Diplomado en Relaciones Internacionales y Defensa, ANEPE) en la columna “Tierras raras en Chile: es ahora o nunca” publicada el 27 de abril de 2023 en el portal de Opinión Economía de Cooperativa [11].
Referencias
[1] Celulares en Chile superan los 33 millones y gasto promedio de usuarios cae con fuerza en 10 años.
https://www.df.cl/celulares-en-chile-superan-los-33-4-millones-y-gasto-promedio-de
[2] Rare Earth Metals Market.
https://www.transparencymarketresearch.com/rare-earths.html
[3] J.-P. Launay, M. Verdaguer, Electrons in Molecules: From Basic Principles to Molecular Electronics, Oxford University Press, 2013.
[4] Situación actual del mercado de tierras raras y su potencial en Chile. https://www.cochilco.cl/Listado%20Temtico/Tierras%20Raras%20final.pdf
[5] Rare earths give China leverage in the trade war, at a cost. https://www.economist.com/china/2019/06/15/rare-earths-give-china-leverage-in-the-trade-war-at-a-cost
[6] Australia challenges China in mining for essential elements.
https://www.bbc.com/news/business-62760354
[7] R. Collao. Recuperación de elementos de tierras raras, Mediante tecnologías de lixiviación y biotecnologías. Identificación, cuantificación y extracción (bio) tecnológica de minerales/elementos de valor contenidos en los relaves de la industria minera chilena. 2017. Codelco Tech – Corfo.
[8] Europe in race to secure raw materials critical for energy transition.
[9] An elemental issue.
https://www.army.mil/article/227715/an_elemental_issue
[10] T. Flores, F. Berger. Informe Preliminar Tierras Raras, Universidad Bernardo O´Higgins, 2023.
[11] Tierras Raras. Minera Valle Central.
https://mineravallecentral.cl/tierras-raras/
[11] F. Devia. Tierras raras en Chile: es ahora o nunca.
Autor:
Dr. Walter Cañón Mancisidor – Doctor en Química Universidad de Chile
Profesor Asociado – Investigador-Académico – Facultad de Ingeniería. Ciencia y Tecnología – Universidad Bernardo O`Higgins (UBO)
Investigador Asociado – Centro para el Desarrollo de la Nanociencia y la Nanotecnología (CEDENNA).
