A pesar de los problemas ambientales que caracterizan nuestra época actual, el desarrollo de la tecnología no parece detenerse. De hecho, los automóviles que nos permiten desplazarnos rápidamente en nuestra ciudad, los aviones que nos permiten viajar, y los teléfonos inteligentes que facilitan la comunicación nos distraen muy fácilmente de la preocupación ambiental.

¿Cuántos se han preguntado en algún momento de qué material están hechas todas y cada una de las piezas que conforman un maravilloso iPhone? Pues bien, estos y otros grandes inventos de los que gozamos en la actualidad se elaboran a partir de elementos y compuestos poco comunes. Estos se conocen como “tierras raras”.

Esa idea común de que valoramos más lo que nos cuesta conseguir parece aplicar en este caso. Y es que los elementos de tierras raras se forman debajo de la superficie de la tierra y son bastante difíciles de encontrar y extraer. En parte por ello son tan valorados por la industria, no solo tecnológica orientada a diferentes ámbitos, no solo comunicaciones, sino también defensa.

Como su nombre lo indica, los elementos de tierras raras no se consiguen en cualquier lugar del mundo. En este sentido, los suelos de China albergan una alta cantidad de estos minerales, y de hecho, en promedio, este país representa más del 90 por ciento de la producción y el suministro mundial de estos metales durante la última década. Estos datos son suministrados por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS).

A propósito de ello, Estados Unidos, un gigante en producción tecnológica a nivel mundial, es especialmente dependiente del país asiático para la obtención de esta materia prima, lo cual es un hecho bastante curioso en el contexto de la guerra comercial que se suscita entre ambos países actualmente. Según Bloomberg, Estados Unidos depende de China para el 80 por ciento de sus importaciones de elementos de tierras raras.

Pero en esta ocasión no hablaremos precisamente de la guerra comercial entre estas potencias. En su lugar, explicaremos qué son los elementos de tierras raras, por qué es tan difícil extraerlos y, sobre todo, cuán importantes son para las empresas y el desarrollo tecnológico global.

¿Qué son los elementos de tierras raras?

Mina de tierras raras a cielo abierto en Molycorp en Mountain Pass, California. Fuente: David Becker/Reuters.

El nombre “tierras” se refiere a un vocablo arcaico con el cual referirse a algo que se puede disolver en ácido. Por su parte, el adjetivo de “raras” puede llevarnos a pensar en elementos escasos en la naturaleza, pero en realidad se les ha denominado así debido a que es muy difícil conseguirlos en forma pura, a pesar de que existen depósitos de varios de ellos en todo el mundo.

A pesar de su nombre no son raros, se les llama así porque no se encuentran en altas concentraciones en la naturaleza, en comparación con otros elementos o compuestos, como la pirita o el oro“, explica Juan Diego Rodríguez-Blanco, un profesor de nanomineralogía en el Trinity College de Dublín.

Se trata de 17 elementos químicos: escandio, itrio y los 15 elementos del grupo de los lantánidos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio).

¿Cómo se extraen los elementos de tierras raras?

Escaleras que conducen a una presa que recoge agua contaminada de una mina de tierras raras en China. Fuente: David Gray/Reuters.

Como ya dijimos, no son raros. Sin embargo, es en los procesos que implican su extracción del suelo y su posterior tratamiento en realidad son bastante complejos y sobre todo costosos.

Obtener los elementos de tierras raras no es para nada similar a ir a un supermercado a buscar un ingrediente para una cena especial. Hay pocas áreas viables en el planeta en las que los elementos de tierras rara se pueden extraer y procesar para futuros usos. Y estos no se encuentran en forma pura en la naturaleza, sino que forman parte de óxidos o silicatos, y muchas veces son impurezas en otros materiales.

Estos elementos no se encuentran en altas concentraciones en las rocas y son muy difíciles de separar de estas, pero “una vez que lo saca de la tierra, el gran reto es la química, la minería no; la conversión de las tierras raras de roca en elementos separados” explicó Eugene Gholz, un experto de tierras raras en la Universidad de Notre Dame al portal The Verge.

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Para ello, la ciencia ha diseñado una variedad de procesos bastante agresivos, que incluyen la extracción mediantes disolventes orgánicos, la separación magnética (aprovechando las propiedades magnéticas de muchos de estos) o las siempre confiables altas temperaturas, que para estos casos superarían los 1000 grado celcius.

Una vez extraídas las rocas que contienen las tierras raras, se agregan en trozos de altas concentraciones. Pues bien, estas pueden contener una variedad de componentes además de las tierras raras, entonces se busca aislar los elementos químicos entre sí y este material.

Se disuelve la materia prima y se canaliza en varias cámaras diseñadas para separar las tierras raras de acuerdo su capacidad intrínseca de disolverse en el líquido circundante que circula por dichos canales. Y de hecho, estos pueden arrastrar productos químicos radiactivos.

Las tierras raras suelen tener como impureza un elemento radioactivo, el torio. No son altas concentraciones pero no sabemos cómo puede afectar al medio ambiente y a las personas que están cerca“, explica el geólogo.

No conforme con ello, construir una mina de tierras raras puede costar hasta US$ 500 millones según la Asociación de Minería de Wyoming.

Son métodos muy ineficientes y medioambientalmente agresivos. Muchas veces se pierde más del 50 por ciento de las tierras raras del yacimiento en su proceso de separación“, explica Rodríguez-Blanco.

Esto nos adentra al tema del impacto de dichos procesos sobre el medio ambiente. Los ácidos empleados y la combustión de altas temperaturas son fuentes abundantes de dióxido de carbono, un conocido gas de efecto invernadero.

Ahora bien, las aguas residuales procedentes de las minas tienen altas concentraciones de tierras raras que las de muchas rocas, sin embargo, el reciclaje parece no tener cabida en este sector. La recuperación de estas aguas es tan costosa que no tiene sentido hacerlo.

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¿Por qué los elementos de tierras raras son útiles para la tecnología?

El reconocido producto de Apple, iPhone, tiene componentes elaborados con minerales de tierras raras.

Ya conociendo un poco sobre el proceso general de separación, podemos intuir un poco sobre sus características. Los elementos de tierras raras tienen propiedades magnéticas, resistentes al calor y fosforescentes únicas que no proporcionan otros elementos. Esto los convierte en materiales no sustituibles en la producción de ciertos artefactos.

Asimismo, estos pueden interactuar con otros para formar materiales con propiedades que ninguno de los elementos podría ofrecer por sí solo. Por ejemplo, al combina el neodimio con hierro y boro, se crea uno de los imanes más fuertes del mercado, comúnmente empleado para la fabricación de iPhones y discos duros.

Por suerte, no son necesarios en masa. Los elementos de tierras raras se utilizan en pequeñas cantidades, y aún así pueden aprovecharse las propiedades ya mencionadas para la elaboración de productos como baterías, motores de automóviles y pantallas de TV LCD. Varios también participan en la fabricación de motores de vehículos eléctricos como el Tesla Model 3.

El tulio es un metal plateado brillante bastante requerido como fuente de radiación en equipos de rayos X portátiles y láseres de estado sólido. El lantano lo apoya en este sector, y es un componente de las pantallas intensificadores de las unidades de rayos X, así como para generar vidrios especiales.

Se trata de elementos tan importantes que incluso le sirven a la potencia estadounidense para la defensa de su territorio. Según un informe de 2016 de la Oficina de Responsabilidad del Gobierno de EE. UU., el Departamento de Defensa representa aproximadamente el 1 por ciento de la demanda de minerales de tierras raras en sus límites.

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El Departamento de Defensa de los Estados Unidos depende en gran medida de la importación de elementos de tierras raras pues estos se usan para la fabricación de dispositivos para los militares.

Por ejemplo, las gafas de visión nocturna que utilizan los militares, así como las armas guiadas con precisión, los equipos de comunicaciones, GPS, las baterías y demás dispositivos electrónicos empleados en la defensa y seguridad del país contienen componentes elaborados con elementos de tierras raras.

Los elementos de tierras raras tienen la peculiaridad de que sus yacimientos tienen una naturaleza distinta, y los procesos definidos hasta ahora no necesariamente funcionen en cualquier parte del mundo donde se les encuentre. Los métodos de separación de dichos minerales en Bayan Obo serían completamente inútiles en un yacimiento australiano, por ejemplo.

Las tierras raras son sin lugar a dudas un recurso sumamente valioso en la actualidad, y países como China pueden sacar provecho de ello incluso más allá de simplemente explotar su suelo para producir tecnología.

Por ejemplo, limitando el acceso de otros países como Estados Unidos a estos elementos, pueden ponerlos en desventaja en la producción y comercialización de productos tecnológicos imprescindibles como los teléfonos inteligentes. Curiosamente, ya esta idea parece resonar entre las autoridades chinas según informes recientes. Solo queda esperar cómo avanza la batalla por liderar el mercado global.

Referencias:

Rare-Earth elements. US Geological Survey (USGS). https://pubs.usgs.gov/pp/1802/o/pp1802o.pdf

Xi’s Trip to Rare-Earths Plant Stokes Talk of Trade Retaliation. https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-05-20/xi-s-trip-to-rare-earths-plant-stokes-talk-of-trade-retaliation

Rare earth elements aren’t the secret weapon China thinks they are. https://www.theverge.com/2019/5/23/18637071/rare-earth-china-production-america-demand-trade-war-tariffs

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