Universidad
Politécnica de Madrid

24.01.13

Por JOSÉ ANTONIO ESPÍ y JOSÉ LUIS SANZ

En nuestras conversaciones cotidianas nunca llegaríamos a mencionar las tierras raras (TR), o incluso no atraerían la atención periodística, si no estuviesen ligadas a nuestros bienes industriales más preciados: la electrónica de última generación, los superconductores, los instrumentos LED y otros muchos que no podemos imaginar. Las tierras raras, en nuestros días, además de su utilidad, parece que no tienen un suministro seguro. Esta última circunstancia es foco de atracción como noticia.

¿Qué son la tierras raras?

La denominación tierras proviene de la antigua denominación que antes se daba a los óxidos, mientras que el término de raras procede del siglo pasado y se refiere a las dificultades que existen en los procesos de separación entre ellas para ser usadas. Las tierras raras (o REE, en inglés,  por rare earth elements) comprenden un grupo de elementos químicos de la serie de los lantánidos, integrado por las tierras raras ligeras (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, promecio y samario) y las tierras raras pesadas (europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio). Generalmente también se incluyen entre ellas al itrio y al escandio.

Las tierras raras son por tanto, mezclas de óxidos e hidróxidos de los elementos del bloque F de la tabla periódica de elementos. Estos elementos tienen radios iónicos muy parecidos y muestran comportamientos químicos igualmente semejantes que hacen difícil su separación. Aunque el nombre de tierras raras (TR) podría llevar a la conclusión que se trata de elementos con escasa abundancia en la corteza terrestre, esto no es así. Algunos elementos, como el cerio, el itrio y el neodimio son más abundantes que el plomo, y el tulio, que es el más escaso, es aún más común que el oro o el platino.

¿En dónde se usan?

Si bien el consumo actual se concentra mayoritariamente en la industria automotriz, donde se utilizan en la fabricación de imanes o magnetos que requiere un vehículo, son los nuevos usos en las tecnologías avanzadas los que señalan su mayor expansión en los últimos años.

La fabricación de imanes permanentes de alto rendimiento representa hoy el 21% del consumo de las TR, seguido por los catalizadores en el refino de combustibles, que acaparan otro 20% del mercado.

Otra aplicación reciente, donde los magnetos también juegan un importante papel, es en la última generación de turbinas eólicas. Además, los sectores de eficiencia energética y de defensa son los que les han otorgado su carácter estratégico. De esta manera, las tierras raras tienen un amplio horizonte donde colocarse. Así, en el sector energético su uso se deriva fundamentalmente hacia aquellos elementos asociados a la iluminación y en particular a la tecnología LED, que consigue ahorros de energía muy importantes, junto a una gran calidad de iluminación. En este caso, los metales especiales aportan sus características de buenos conductores de la energía.

En el sector de defensa, se usa neodimio para fabricar telémetros láser, sistemas de orientación y de comunicaciones, mientras que el erbio se destina al desarrollo de amplificadores en transmisión de datos de fibra óptica. El samario se utiliza en imanes que requieren una estabilidad en altas temperaturas.

Además, la industria en general y la electrónica en particular solicitan cada año más cantidad de estos elementos para fabricar sus productos. Su uso, por tanto, se incrementa cada año, ya que constantemente se encuentran nuevas aplicaciones para ellos. Así, el neodimio, el holmio y el disprosio se emplean como parte de la construcción de láseres. El samario en los imanes permanentes más potentes que se conocen (aplicados en los nuevos motores eléctricos y discos duros). El iterbio y el terbio se emplean en los dispositivos magneto-ópticos utilizados en los ordenadores y el europio, junto al itrio, se utilizan en las pantallas de color para producir los tonos de rojo. Los trenes de levitación magnética de alta velocidad utilizan electroimanes fabricados con una aleación de neodimio y boro.

¿Cuál es la causa de su generación en la corteza terrestre? ¿Son abundantes?

Se ha mencionado que el tulio (el más escaso) resulta tan común como el bismuto y más abundante que el arsénico o el mercurio, por ejemplo, que no los consideramos raros. Se puede decir que existe una relativa abundancia de depósitos minerales que contienen TR distribuidos por todo el mundo.  

Aunque se encuentran apreciables cantidades de tierras raras en centenares de minerales, solo en contados casos pueden ser procesados para obtener productos comerciales. De esta manera, algo así como 20 minerales cumplen estas condiciones y de ellos, tan solo la batnasita, las monacitas, las arcillas aluminosas, la xenotima, la loparita, y la parisita se han utilizado industrialmente.

Los yacimientos económicos están constituidos por muchos minerales. La monacita es uno de los más importantes y se presenta casi siempre como partículas de arena de alta densidad, de color oscuro y composición variable. Estos eran los antiguos yacimientos que suministraban al mundo sus necesidades en TR, pero en la actualidad, aunque aparentemente se renueva el interés en su investigación, su participación en la producción total ha descendido de manera importante. El problema de su aprovechamiento radica en que contienen minerales radioactivos de complicado almacenamiento.

Mayor interés poseen los yacimientos de origen ígneo (procedentes directamente del interior de la corteza terrestre), asociados con las carbonatitas y rocas silicatadas peralcalinas. Además, y con mucho menos interés, se ha de contar con los elementos procedentes de las pegmatitas asociadas con granitos muy aluminosos. Pero más importantes son las derivadas de las rocas anteriores que, por disolución y posterior precipitación de las TR que albergan, dan lugar a yacimientos removilizados. De esta manera se han descubierto gigantescos depósitos ligados a la lixiviación de carbonatitas en Brasil (Araxá), Rusia (Tomtor) y Australia (monte Weld). Además, y derivadas de las últimas exploraciones, se han encontrado arcillas enriquecidas en TR (3.000 ppm TR) procedentes de la disolución selectiva de granitos que las contenían.

También hace tiempo apareció un yacimiento muy importante en el sur de China y desde entonces no han cesado los descubrimientos en distintas partes del mundo. Estos yacimientos, aunque aparentemente pobres en su contenido en TR, su magnitud y facilidad de extracción los convierten en una gran promesa. Por otra parte, hay que significar también la detección de concentraciones importantes (500-2.000ppm TR) en los fondos marinos.

Hoy por hoy, como anteriormente se ha mencionado, la casi totalidad de la producción mundial procede de China y, en concreto, de un solo yacimiento, Bayan Obo, que supone entre el 40% y 60% de su producción. El resto se deriva  de las batsanitas de Mountain Pass en California, las loparitas rusas y los subproductos de la explotación de arenas titaníferas de India, Brasil y Malasia. Según las apreciaciones del Servicio Geológico de EE UU, la producción mundial de tierras raras en 2011 se elevó a 133.000 toneladas.

¿Realmente son escasas? ¿Se exagera en ello?

En el  siglo XIX, Brasil ya producía tierras raras, en las explotaciones de arenas de monacita en el Estado de Bahía dedicadas a otros usos distintos a los de hoy. Hasta 1915 este país mantuvo su producción, cediéndole en esa fecha su lugar a  la India, que a su vez fue desplazada por Estados Unidos, hasta la irrupción de China.

La extracción de TR en gran escala comienza cuando la industria descubre otros usos para esos elementos. Tímidamente es en los últimos años del siglo XIX, y con más intensidad, a partir de la década de 1960, cuando empiezan a aplicarse en las modernas tecnologías, cobrando entonces los yacimientos de estos elementos una gran importancia. Si bien China controla casi toda la producción actual (más del 97%), sin embargo, tan sólo posee el 35% de las reservas mundiales.

Aunque se pueden encontrar TR en prácticamente todo el mundo, no siempre es posible o rentable explotar estos yacimientos. China concentra en la actualidad la casi totalidad  de las producción mundial, y países como Estados Unidos o Japón, que son grandes consumidores de estos elementos, dependen de China para abastecerse. La demanda de TR, lejos de disminuir, irá aumentando con el tiempo.

Muchos productos de consumo que serán comunes en el futuro más o menos cercano, como los coches eléctricos, requieren de numerosos elementos del grupo de los lantánidos para la fabricación de sus baterías y motores. Las turbinas eólicas, que previsiblemente producirán una buena parte de la energía eléctrica que hoy se genera quemando combustibles fósiles, precisan poderosos electroimanes que solo pueden fabricarse  gracias a TR como el praseodimio, el neodimio, el samario y el disprosio.

Hace muy pocos años China, con el argumento de proteger sus recursos propios y conseguir mayor valor añadido a sus producciones, comenzó a imponer una serie de restricciones y aranceles a sus exportaciones de tierras raras, obligando a varias multinacionales a trasladar sus instalaciones de producción a ese país. Esta situación provocó que otras economías industrializadas, como la de Estados Unidos, Japón y el bloque de países de la Unión Europea, buscaran alternativas para derribar estas medidas comerciales, con exploración de nuevas reservas que permitieran a Occidente recuperar parte de la oferta de estos recursos.

“Las tierras raras son demasiado importantes para nosotros como para mantenernos al margen”, dijo recientemente el presidente de Estados Unidos, Barack Obama, cuando su país junto a varias otras naciones presentaron ante la Organización Mundial de Comercio (OMC) una acción conjunta para intentar revertir la decisión proteccionista del gigante asiático. En los tres últimos años, Estados Unidos ha reacondicionado la que en su tiempo fue la mayor mina de TR del mundo y que había sido cerrada, al no ser capaz de aguantar los precios provocados por la invasión china de los mercados, aprovechando sus bajos costes de producción. El incremento de la demanda previsto para los próximos años ha desencadenado una carrera en la búsqueda de yacimientos por todo el mundo, especialmente en Australia y Norteamérica. De esta manera, nuevos proyectos  se están desarrollando poco a poco, en lugares que antes no suministraban estas sustancias minerales.

¿Cuál es su porvenir? ¿Existen posibilidades de encontrar tierras raras en España?

En el mundo de la producción de los minerales, al final, el desenlace siempre es muy parecido. Ahora con dos efectos, uno, el monopolio ejercido por el gigante económico del momento, China, sobre el control casi absoluto de la producción primaria, donde parece que la hegemonía debía ser duradera, y otro, la tendencia imparable, de las tecnologías punteras que necesitan en sus aleaciones de estos metales tan singulares. Sin embargo, la realidad es otra. La economía de los minerales también es muy singular. Las inversiones hacia nuevos destinos minerales es mucho más precavida (cuando son grandes) y, sobre todo, mucho más lenta que en la mayoría de otros sectores industriales. La culminación de una inversión en un nuevo proyecto minero rara vez se realiza antes de los ocho años, dado que la exploración necesita de muchos elementos y la incertidumbre es grande, además de costosa. Luego, la consecución de la financiación es un proceso lento y cuidadoso, que requiere introducir en ella una gran cantidad de garantías. Los permisos ambientales, aun cuando no existan enconadas oposiciones, también precisan de inversiones adicionales y, sobre todo, tiempo. Curiosamente, el tramo más fácil es a menudo el desarrollo tecnológico y la construcción física de las instalaciones.

Estados Unidos y la Unión Europea han tomado conciencia de la necesidad de poseer unas fuentes de suministro seguras y en ello se encuentran. No va a ser demasiado difícil encontrar nuevos yacimientos que superen el nivel de rentabilidad económica impuesto por las cotizaciones actuales. De hecho, en el año 2012 se han contabilizado más de 400 nuevos proyectos de exploración de tierras raras en 43 países, algunos de ellos en fase de desarrollo. Además, si el Estado está como garante, se van a  facilitar las operaciones, sobre todo las económicas y ambientales. Así, la apertura del  yacimiento californiano de Mountain Pass significará un respiro para las necesidades de parte de las TR que demanda EE UU, mientras se van incorporando nuevos proyectos alrededor del mundo, como ya ha ocurrido especialmente en Canadá y Australia, en  donde existen trabajos en avanzado estado de desarrollo.

Sin embargo, actualmente queda por resolver el reto de contar fuera de China con plantas capaces de terminar el proceso de producción de las TR, separando sus componentes que, en la etapa de producción minera, se obtienen como concentrado. Después, a partir de ellos, mediante su extracción por solución y extracción en húmedo, se llega a los productos finales necesarios para la industria de transformación. Ello significa una costosa y larga etapa que condiciona a los pocos productores actuales a a mandar sus propios concentrados a las plantas chinas, entrando de esta manera en el régimen de regulación por cuotas de exportación. 

En España hace largo tiempo que se conocen las arenas monacíticas del Norte, en Galicia fundamentalmente, investigadas por el IGME en los años setenta y ochenta del pasado siglo, sin que los resultados fueran totalmente satisfactorios. Además, existe un yacimiento primario, Monte Galiñeiro, descubierto por la Junta de Energía Nuclear e investigado por la compañía Río Tinto en la década de los 80. Actualmente una empresa sudafricana, Umbono Capital, pretende seguir la investigación de sus recursos.


Más información:

• Elements, Vol. 8, 2012.
• USGS, Mineral Commodity Summaries, 2012  y  China´s Rare Earth Industry.

* José Antonio Espí Rodríguez y José Luis Sanz Contreras, doctores ingenieros de Minas, son Catedrático y Profesor Titular, respectivamente, del Departamento de Ingeniería Geológica de la UPM en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas.